cms g1

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在计算机科学和软件工程的领域中，垃圾收集（Garbage Collection, GC）是一种自动内存管理的技术，用于回收不再被应用程序使用的内存空间。在Java虚拟机（JVM）的环境中，垃圾收集器的选择和优化对于应用程序的性能和响应时间至关重要。CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾收集器和G1（Garbage-First）垃圾收集器作为两种不同的GC策略，各自有其适用的场合和优劣势。而本文将重点介绍CMS G1垃圾收集器的原理、特点及其适用场景。

CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾收集器

CMS垃圾收集器是一种以低停顿时间为主要目标的GC策略，其主要适用于需要频繁响应请求、停顿时间较短的应用程序，如Web服务器应用。CMS通过并发的方式进行垃圾收集，即在标记和清理阶段与应用程序的线程同时工作，从而有效降低垃圾收集过程中产生的停顿时间。

CMS的工作原理

CMS主要由以下几个阶段构成：

1. 初始标记（Initial Mark）： 标记那些被直接引用的对象，需要短暂地暂停应用程序线程（Stop-The-World, STW），但时间很短。

2. 并发标记（Concurrent Mark）： 对对象图进行深度遍历，标记所有可达对象。这一阶段与应用程序线程并发执行。

3. 重新标记（Remark）： 修正并发标记期间因应用线程继续运作而导致的标记遗漏。这一过程再次短暂地暂停应用程序线程。

4. 并发清除（Concurrent Sweep）： 回收不可达对象的内存空间，这一阶段也与应用程序并发执行。

尽管CMS在较大程度上减少了停顿时间，但由于需要额外的CPU资源进行并发标记和清除，因此在CPU密集型的应用中，可能会对应用的性能产生一定的影响。

CMS的优点与局限

优点：

• 低停顿时间： 通过并发的垃圾收集方式，CMS显著降低了应用程序的停顿时间，这是其相对于其他GC策略的*的优势。

• 适用于大多数Java应用程序： CMS的性能在减少延迟和增加响应性方面表现出色，尤其在需要高可用性的应用场景中。

局限：

• 内存碎片化严重： CMS采用的“标记-清除”策略经常会导致内存中出现大量碎片，使得长时间运行后，无法为较大的对象分配连续的内存块，从而可能触发Full GC。

• 并发模式失效（Concurrent Mode Failure）： 如果在垃圾收集完成前堆内存耗尽，CMS将不得不中断应用线程进行Full GC，这会导致更长的停顿时间。

G1（Garbage-First）垃圾收集器

G1垃圾收集器是JVM的一种新的GC策略，旨在替代CMS，并将其优点与新的优化策略结合在一起。G1专为多核计算机和大内存环境下的应用而设计，通过将堆分为若干区域（Region），并在这些区域中进行垃圾的管理和收集，有效解决了CMS所面临的一些内存问题。

G1的工作原理

G1垃圾收集器通过以下几个关键步骤进行运作：

1. 堆划分为区域（Regions）： G1将整个Java堆划分成大小相等的区域，每个区域会根据需要动态地充当Eden、Survivor或Old区域。这样的划分有助于更灵活的内存管理和垃圾收集。

2. 并发标记周期： G1同样会利用并发的标记方式来找到存活对象，并且使用了一种追踪轮廓（Snapshot-At-The-Beginning, SATB）的算法，保证在应用线程进行垃圾收集时，不漏掉任何对象。

3. 垃圾优先收集（Garbage-First，G1）： 通过对各个区域的垃圾密度进行排序，优先收集垃圾最多的区域而不是全堆进行垃圾回收，从而有效控制停顿时间并提高回收效率。

4. 混合收集（Mixed collection）： 在年轻代收集之后，动态地判断是否需要将某些老年代的区域进行回收，保证新老代协调地进行垃圾收集以便于*化吞吐量和最小化停顿时间。

G1的优点与局限

优点：

• 控制停顿时间： G1垃圾收集器通过预测性模型设定目标停顿时间，从而使得用户可以通过参数准确控制每次GC的*停顿时间。

• 减少内存碎片： 相比CMS，G1在垃圾回收时会整理内存区域以减少碎片化，同时区域划分也有助于缓解内存碎片问题。

• 适应性强： 适用于大多数Java应用程序，包括那些大内存和大数据量的企业级应用。

局限：

• 复杂性高： G1的算法相较于CMS更加复杂，涉及到的指针追踪和区域管理要求较高的计算资源。

• 配置要求高： G1的性能调优涉及多个参数，如果默认配置不能满足需求，用户必须对其进行深层次的理解和调整。

适用场景及选择

在实际的应用场景中，选择哪种垃圾收集器应该依据以下几个标准：

1. 响应时间 vs 吞吐量： 如果您的应用对响应时间要求较高，如实时数据处理应用，G1可能是更合适的选择。而对于普通的Web应用，以提升响应速度为目标，也可以考虑CMS。

2. 硬件资源： 在资源稀缺的环境中，CMS可能因为对CPU资源需求较高而不太适合，这时可以选择更现代化的G1。

3. 应用规模： 对于大堆内存的应用，G1通常表现得更为高效，因为其能更好地管理内存区域和降低内存碎片。

总之，CMS和G1两个垃圾收集器各有优劣，在选择时需要根据应用程序的具体需求、负载类型及硬件资源等方面进行综合考虑，以便采用*的内存管理和垃圾收集策略。无论选择哪一种垃圾收集器，理解其内部机制和关键运行参数都是优化应用性能的必经之路。