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了解 CMS 垃圾回收日誌
在CMS GC 時,使用參數-XX:+PrintGCDetails 和 -XX:+PrintGCTimeStamps 會輸出很多日誌信息，了解這些信息可以幫我們更好的調整參數，以獲得更高的性能。
我們來看下在JDK1.4.2_10 中CMS GC日誌示例：
39.910: [GC 39.910: [ParNew: 261760K->0K(261952K), 0.2314667 secs] 262017K->26386K(1048384K), 0.2318679 secs]
新生代使用 (ParNew 並行)回收器。新生代容量為261952K，GC回收後占用從261760K降到0,耗時0.2314667秒。(譯注：262017K->26386K(1048384K), 0.2318679 secs 表示整個堆占用從262017K 降至26386K,費時0.2318679)
40.146: [GC [1 CMS-initial-mark: 26386K(786432K)] 26404K(1048384K), 0.0074495 secs]
開始使用CMS回收器進行老年代回收。初始標記(CMS-initial-mark)階段,這個階段標記由根可以直接到達的對象，標記期間整個應用線程會暫停。
老年代容量為786432K,CMS 回收器在空間占用達到 26386K 時被觸發
40.154: [CMS-concurrent-mark-start]
開始並發標記(concurrent-mark-start) 階段，在第一個階段被暫停的線程重新開始運行，由前階段標記過的對象出發，所有可到達的對象都在本階段中標記。
40.683: [CMS-concurrent-mark: 0.521/0.529 secs]
並發標記階段結束，占用 0.521秒CPU時間, 0.529秒牆鍾時間(也包含線程讓出CPU給其他線程執行的時間)
40.683: [CMS-concurrent-preclean-start]
開始預清理階段
預清理也是一個並發執行的階段。在本階段，會查找前一階段執行過程中,從新生代晉升或新分配或被更新的對象。通過並發地重新掃描這些對象，預清理階段可以減少下一個stop-the-world 重新標記階段的工作量。
40.701: [CMS-concurrent-preclean: 0.017/0.018 secs]
預清理階段費時 0.017秒CPU時間，0.018秒牆鍾時間。
40.704: [GC40.704: [Rescan (parallel) , 0.1790103 secs]40.883: [weak refs processing, 0.0100966 secs] [1 CMS-remark: 26386K(786432K)] 52644K(1048384K), 0.1897792 secs]
Stop-the-world 階段,從根及被其引用對象開始，重新掃描 CMS 堆中殘留的更新過的對象。這裏重新掃描費時0.1790103秒，處理弱引用對象費時0.0100966秒，本階段費時0.1897792 秒。
40.894: [CMS-concurrent-sweep-start]
開始並發清理階段，在清理階段，應用線程還在運行。
41.020: [CMS-concurrent-sweep: 0.126/0.126 secs]
並發清理階段費時0.126秒
41.020: [CMS-concurrent-reset-start]
開始並發重置
41.147: [CMS-concurrent-reset: 0.127/0.127 secs]
在本階段，重新初始化CMS內部數據結構，以備下一輪 GC 使用。本階段費時0.127秒
這是CMS正常運行周期打印的日誌，現在讓我們一起看一下其他的CMS日誌記錄：
197.976: [GC 197.976: [ParNew: 260872K->260872K(261952K), 0.0000688 secs]197.976: [CMS197.981: [CMS-concurrent-sweep: 0.516/0.531 secs]
(concurrent mode failure): 402978K->248977K(786432K), 2.3728734 secs] 663850K->248977K(1048384K), 2.3733725 secs]
這段信息顯示ParNew 收集器被請求進行新生代的回收，但收集器並沒有嚐試回收，因為 它 預計在最糟糕的情況下， CMS 老年代中沒有足夠的空間容納新生代的幸存對象。我們把這個失敗稱之為”完全晉升擔保失敗”。
因為這樣，並發模式的 CMS 被中斷同並且在 197.981秒時，Full GC被啟動。這次Full GC，采用標記-清除-整理算法，會發生stop-the-world，費時2.3733725秒。CMS 老年代占用從 402978K 降到248977K。
避免並發模式失敗, 通過增加老年代空間大小或者設置參數 CMSInitiatingOccupancyFraction 同時設置UseCMSInitiatingOccupancyOnly為true。參數 CMSInitiatingOccupancyFraction 的值必須謹慎選擇，設置過低會造成頻繁發生 CMS 回收。
有時我們發現，當日誌中出現晉升失敗時，老年代還有足夠的空間。這是因為”碎片”，老年代中的可用空間並不連續，而從新生代晉升上來的對象，需要一塊連續的可用空間。CMS 收集器是一種非壓縮收集器，在某種類型的應用中會發生碎片。下麵博客中 Jon 詳細討論了如何處理碎片問題：https://blogs.oracle.com/jonthecollector/entry/when_the_sum_of_the
從JDK 1.5 開始，CMS 收集器中的晉升擔保檢查策略有些變化。原來的策略是考慮最壞情況，即新生代所有對象都晉升到老年代 , 新的晉升擔保檢查策略基於最近晉升曆史情況，這種預計晉升對象比最壞情況下晉升對象要少很多，因此需要的空間也會少點。如果晉升失敗，新生代處於一致狀態。觸發一次 stop-the-world 的標記-壓縮收集. 如果想在 UseSerialGC 中獲得這種功能，需要設置參數 -XX:+HandlePromotionFailure.
283.736: [Full GC 283.736: [ParNew: 261599K->261599K(261952K), 0.0000615 secs] 826554K->826554K(1048384K), 0.0003259 secs]
GC locker: Trying a full collection because scavenge failed
283.736: [Full GC 283.736: [ParNew: 261599K->261599K(261952K), 0.0000288 secs]
當一個JNI 關鍵區被釋放時會發生 Stop-the-world GC。新生代因為晉升擔保失敗回收失敗，觸發一次 Full GC.
CMS 可以運行在增量模式下(i-cms), 使用參數 -XX:+CMSIncrementalMode. 在增量模式下，CMS 收集器在並發階段，不會獨占整個周期，而會周期性的暫停，喚醒應用線程。收集器把並發階段工作，劃分為片段，安排在次級(minor) 回收之間運行。這對需要低延遲，運行在少量CPU服務器上的應用很有用。
以下是增量模式 CMS的日誌.
2803.125: [GC 2803.125: [ParNew: 408832K->0K(409216K), 0.5371950 secs] 611130K->206985K(1048192K) icms_dc=4 , 0.5373720 secs]
2824.209: [GC 2824.209: [ParNew: 408832K->0K(409216K), 0.6755540 secs] 615806K->211897K(1048192K) icms_dc=4 , 0.6757740 secs]
新生代花費 537 毫秒 和 675 毫秒. 在2次收集之間 iCMS 短暫運行期間由icms_dc 表示，icms_dc 表示運行的占空比。這裏占空比為4% .
簡單計算下, iCMS 增量階段費時 4/100 * (2824.209 – 2803.125 – 0.537) = 821 毫秒, 即 2次 GC 間隔時間的 4% .
在JDK 1.5 中, CMS 增加一個並發可中止預清理(concurrent abortable preclean)階段. 可中止預清理階段，運行在並行預清理和重新標記之間，直到獲得所期望的eden空間占用率。增加這個階段是為了避免在重新標記階段後緊跟著發生一次垃圾清除。為了盡可能區分開垃圾清除和重新標記 ，我們盡量安排在兩次垃圾清除之間運行重新標記階段。
There is a second reason why we do this. Immediately following a scavenge there are likely a large number of grey objects that need rescanning. The abortable preclean phase tries to deal with such newly grey objects thus reducing a subsequent CMS remark pause.
可以通過JVM參數CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 和 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 控製 重新標記階段。默認值是2m和50%. CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 設置Eden區大小,低於此值時不啟動重新標記階段，因為回報預期為微不足道 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 設置啟動重新標記階段時Eden區的空間占用率。(譯注：根據下麵描述 Eden 應該是指整個新生代)
預清理階段後，如果Eden 空間占用大於 CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 設置的值, 會啟動可中止預清理，直到占用率達到 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 設置的值, 否則，我們立即安排重新標記階段.(譯注：與上麵說的正好相反，不知是不是我翻譯有誤)
7688.150: [CMS-concurrent-preclean-start]
7688.186: [CMS-concurrent-preclean: 0.034/0.035 secs]
7688.186: [CMS-concurrent-abortable-preclean-start]
7688.465: [GC 7688.465: [ParNew: 1040940K->1464K(1044544K), 0.0165840 secs] 1343593K->304365K(2093120K), 0.0167509 secs]
7690.093: [CMS-concurrent-abortable-preclean: 1.012/1.907 secs]
7690.095: [GC[YG occupancy: 522484 K (1044544 K)]7690.095: [Rescan (parallel) , 0.3665541 secs]7690.462: [weak refs processing, 0.0003850 secs] [1 CMS-remark: 302901K(1048576K)] 825385K(2093120K), 0.3670690 secs]
上麵日誌中,在預清理之後, 啟動可中止預清理, 之後發生年輕代垃圾回收,年輕代占用從 1040940K 下降到 1464K. 當年輕代占用率達到 522484K 即堆的50%時,發生重新標記
注意在JDK1.5中，年輕代的垃圾回收日誌輸出在後麵的重新標記階段
最後更新：2017-05-23 17:31:55