JVM的GC-GMS詳解
前言
CMS，全稱Concurrent Low Pause Collector，是jdk1.4後期版本開始引入的新gc演算法，在jdk5和jdk6中得到了進一步改進，它的主要適合場景是對響應時間的重要性需求 大於對吞吐量的要求，能夠承受垃圾回收執行緒和應用執行緒共享處理器資源，並且應用中存在比較多的長生命週期的物件的應用。CMS是用於對tenured generation的回收，也就是年老代的回收，目標是儘量減少應用的暫停時間，減少full gc發生的機率，利用和應用程式執行緒併發的垃圾回收執行緒來標記清除年老代。在我們的應用中，因為有快取的存在，並且對於響應時間也有比較高的要求，因此希 望能嘗試使用CMS來替代預設的server型JVM使用的並行收集器，以便獲得更短的垃圾回收的暫停時間，提高程式的響應性。
CMS收集週期
CMS並非沒有暫停，而是用兩次短暫停來替代序列標記整理演算法的長暫停，它的收集週期是這樣：
初始標記(CMS-initial-mark) -> 併發標記(CMS-concurrent-mark) -> 重新標記(CMS-remark) -> 併發清除(CMS-concurrent-sweep) ->併發重設狀態等待下次CMS的觸發(CMS-concurrent-reset)。
其中的1，3兩個步驟需要暫停所有的應用程式執行緒的。第一次暫停從root物件開始標記存活的物件，這個階段稱為初始標記；第二次暫停是在併發標記之後， 暫停所有應用程式執行緒，重新標記併發標記階段遺漏的物件（在併發標記階段結束後物件狀態的更新導致）。第一次暫停會比較短，第二次暫停通常會比較長，並且 remark這個階段可以並行標記。
而併發標記、併發清除、併發重設階段的所謂併發，是指一個或者多個垃圾回收執行緒和應用程式執行緒併發地執行，垃圾回收執行緒不會暫停應用程式的執行，如果你有多於一個處理器，那麼併發收集執行緒將與應用執行緒在不同的處理器上執行，顯然，這樣的開銷就是會降低應用的吞吐量。Remark階段的並行，是指暫停了所有應用程式後，啟動一定數目的垃圾回收程序進行並行標記，此時的應用執行緒是暫停的。
CMS的young generation的回收採用的仍然是並行複製收集器，這個跟Paralle gc演算法是一致的。
引數介紹
1、啟用CMS：-XX:+UseConcMarkSweepGC。
2。CMS預設啟動的回收執行緒數目是 (ParallelGCThreads + 3)/4) ，如果你需要明確設定，可以通過-XX:ParallelCMSThreads=20來設定,其中ParallelGCThreads是年輕代的並行收集執行緒數
3、CMS是不會整理堆碎片的，因此為了防止堆碎片引起full gc，通過會開啟CMS階段進行合併碎片選項：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，開啟這個選項一定程度上會影響效能，阿寶的blog裡說也許可以通過配置適當的CMSFullGCsBeforeCompaction來調整效能，未實踐。
4.為了減少第二次暫停的時間，開啟並行remark: -XX:+CMSParallelRemarkEnabled。如果remark還是過長的話，可以開啟-XX:+CMSScavengeBeforeRemark選項，強制remark之前開始一次minor gc，減少remark的暫停時間，但是在remark之後也將立即開始又一次minor gc。
5.為了避免Perm區滿引起的full gc，建議開啟CMS回收Perm區選項：
+CMSPermGenSweepingEnabled -XX:+CMSClassUnloadingEnabled
6.預設CMS是在tenured generation沾滿68%的時候開始進行CMS收集，如果你的年老代增長不是那麼快，並且希望降低CMS次數的話，可以適當調高此值：
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80
這裡修改成80%沾滿的時候才開始CMS回收。
7.年輕代的並行收集執行緒數預設是(cpu <= 8) ? cpu : 3 + ((cpu * 5) / 8)，如果你希望降低這個執行緒數，可以通過-XX:ParallelGCThreads= N 來調整。
8.進入重點，在初步設定了一些引數後，例如：
-server -Xms1536m -Xmx1536m -XX:NewSize=256m -XX:MaxNewSize=256m -XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=64m -XX:-UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
需要在生產環境或者壓測環境中測量這些引數下系統的表現，這時候需要開啟GC日誌檢視具體的資訊，因此加上引數：
-verbose:gc -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:/home/test/logs/gc.log
在執行相當長一段時間內檢視CMS的表現情況，CMS的日誌輸出類似這樣：
4391.322: [GC [1 CMS-initial-mark: 655374K(1310720K)] 662197K(1546688K), 0.0303050 secs] [Times: user=0.02 sys=0.02, real=0.03 secs] 4391.352: [CMS-concurrent-mark-start] 4391.779: [CMS-concurrent-mark: 0.427/0.427 secs] [Times: user=1.24 sys=0.31, real=0.42 secs] 4391.779: [CMS-concurrent-preclean-start] 4391.821: [CMS-concurrent-preclean: 0.040/0.042 secs] [Times: user=0.13 sys=0.03, real=0.05 secs] 4391.821: [CMS-concurrent-abortable-preclean-start] 4392.511: [CMS-concurrent-abortable-preclean: 0.349/0.690 secs] [Times: user=2.02 sys=0.51, real=0.69 secs] 4392.516: [GC[YG occupancy: 111001 K (235968 K)]4392.516: [Rescan (parallel) , 0.0309960 secs]4392.547: [weak refs processing, 0.0417710 secs] [1 CMS-remark: 655734K(1310720K)] 766736K(1546688K), 0.0932010 secs] [Times: user=0.17 sys=0.00, real=0.09 secs] 4392.609: [CMS-concurrent-sweep-start] 4394.310: [CMS-concurrent-sweep: 1.595/1.701 secs] [Times: user=4.78 sys=1.05, real=1.70 secs] 4394.310: [CMS-concurrent-reset-start] 4394.364: [CMS-concurrent-reset: 0.054/0.054 secs] [Times: user=0.14 sys=0.06, real=0.06 secs]
其中可以看到CMS-initial-mark階段暫停了0.0303050秒，而CMS-remark階段暫停了0.0932010秒，因此兩次暫停的總共時間是0.123506秒，也就是123毫秒左右。兩次短暫停的時間之和在200以下可以稱為正常現象。
但是你很可能遇到兩種fail引起full gc：Prommotion failed和Concurrent mode failed。
Prommotion failed的日誌輸出大概是這樣：
[ParNew (promotion failed): 320138K->320138K(353920K), 0.2365970 secs]42576.951: [CMS: 1139969K->1120688K(
166784K), 9.2214860 secs] 1458785K->1120688K(2520704K), 9.4584090 secs]
這個問題的產生是由於救助空間不夠，從而向年老代轉移物件，年老代沒有足夠的空間來容納這些物件，導致一次full gc的產生。解決這個問題的辦法有兩種完全相反的傾向：增大救助空間、增大年老代或者去掉救助空間。 增大救助空間就是調整-XX:SurvivorRatio引數，這個引數是Eden區和Survivor區的大小比值，預設是32，也就是說Eden區是 Survivor區的32倍大小，要注意Survivo是有兩個區的，因此Surivivor其實佔整個young genertation的1/34。調小這個引數將增大survivor區，讓物件儘量在survitor區呆長一點，減少進入年老代的物件。去掉救助空 間的想法是讓大部分不能馬上回收的資料儘快進入年老代，加快年老代的回收頻率，減少年老代暴漲的可能性，這個是通過將-XX:SurvivorRatio 設定成比較大的值（比如65536)來做到。在我們的應用中，將young generation設定成256M，這個值相對來說比較大了，而救助空間設定成預設大小(1/34)，從壓測情況來看，沒有出現prommotion failed的現象，年輕代比較大，從GC日誌來看，minor gc的時間也在5-20毫秒內，還可以接受，因此暫不調整。
Concurrent mode failed的產生是由於CMS回收年老代的速度太慢，導致年老代在CMS完成前就被沾滿，引起full gc，避免這個現象的產生就是調小-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction引數的值，讓CMS更早更頻繁的觸發，降低年老代被沾滿的可能。我們的應用暫時負載比較低，在生產環境上年老代的增長非常緩慢，因此暫時設定此引數為80。在壓測環境下，這個引數的表現還可以，沒有出現過Concurrent mode failed。