概述
最近一直迷惑CMS GC触发有那些情况，专门去研究了一下CMS Thread 的源码。废话不说了，让我们开始探究之旅。
ConcurrentMarkSweepThread
在启动JVM虚拟机时，进行各种初始化操作，其中就包括了GC线程的初始化，CMS GC线程初始化主要是通过 ConcurrentMarkSweepThread(简称CMSThread) 类，下面具体研究一下该类的构造函数，源码地址：hotspot\src\share\vm\gc_implementation\concurrentMarkSweep\concurrentMarkSweepThread.cpp
ConcurrentMarkSweepThread::ConcurrentMarkSweepThread(CMSCollector* collector)
: ConcurrentGCThread() {
//UseConcMarkSweepGC为true
assert(UseConcMarkSweepGC, "UseConcMarkSweepGC should be set");
assert(_cmst == NULL, "CMS thread already created");
_cmst = this;
assert(_collector == NULL, "Collector already set");
_collector = collector;
//设置线程名字
set_name("Concurrent Mark-Sweep GC Thread");
if (os::create_thread(this, os::cgc_thread)) {
int native_prio;
//UseCriticalCMSThreadPriority默认为false,如果配置为true,VMThread 可能不会获得CPU
if (UseCriticalCMSThreadPriority) {
native_prio = os::java_to_os_priority[CriticalPriority];
} else {
native_prio = os::java_to_os_priority[NearMaxPriority];
}
os::set_native_priority(this, native_prio);
if (!DisableStartThread) {
os::start_thread(this);
}
}
_sltMonitor = SLT_lock;
assert(!CMSIncrementalMode || icms_is_enabled(), "Error");
}
上面是 CMSThread 线程的初始化，主要是设置线程名称以及线程的优先级等。
与JAVA的线程类似，在 run 方法中，定义了 CMSThread 线程的工作，接下来，我们分析CMSThread线程的 run 方法。
void ConcurrentMarkSweepThread::run() {
...............................省略....................................
// Wait until Universe::is_fully_initialized()
{
CMSLoopCountWarn loopX("CMS::run", "waiting for "
"Universe::is_fully_initialized()", 2);
MutexLockerEx x(CGC_lock, true);
set_CMS_flag(CMS_cms_wants_token);
// 等待堆初始化完成，而且其他的初始化工作完成
while (!is_init_completed() && !Universe::is_fully_initialized() &&
!_should_terminate) {
CGC_lock->wait(true, 200);
loopX.tick();
}
//等待surrogate locker thread的执行
CMSLoopCountWarn loopY("CMS::run", "waiting for SLT installation", 2);
while (_slt == NULL && !_should_terminate) {
CGC_lock->wait(true, 200);
loopY.tick();
}
clear_CMS_flag(CMS_cms_wants_token);
}
while (!_should_terminate) {
//如果没有触发CMS GC，CMSThread线程阻塞
sleepBeforeNextCycle();
if (_should_terminate) break;
GCCause::Cause cause = _collector->_full_gc_requested ?
_collector->_full_gc_cause : GCCause::_cms_concurrent_mark;
_collector->collect_in_background(false, cause);
}
...............................省略....................................
在上面的代码中，等待各种初始化操作的完成，然后通过while循环，检测是否有触发GC，当触发GC时，调用 collect_in_background 进行GC操作。关于CMS的GC详情以后进行分析，我们本次主要分析CMS GC触发的原因。从上面的代码中可以看出，在 sleepBeforeNextCycle 方法中检查是否要进行GC。
void ConcurrentMarkSweepThread::sleepBeforeNextCycle() {
while (!_should_terminate) {
if (CMSIncrementalMode) {//CMS增量模式回收，默认为false
icms_wait();
return;
} else {
//类似与Java中的wait(2000)，CMSWaitDuration默认2000ms
wait_on_cms_lock(CMSWaitDuration);
}
// 检查是否要进行CMS GC
if (_collector->shouldConcurrentCollect()) {
return;
}
}
}
上面的代码中，判断CMSIncrementalMode是否为True，如果为true，执行 icms_wait 方法，如果为false，让线程阻塞2000ms，当阻塞时间超时以后，调用shouldConcurrentCollect 方法检查是否需要执行CMS GC。
CMS GC触发的情况
在上面的小节中，我们分析到 CMSThread 调用 shouldConcurrentCollect 方法来判断是否触发CMS GC，下面我们分析一下 shouldConcurrentCollect 内部的具体实现，该方法篇幅过长，我们将将源码分段讲解，源码地址：hotspot\src\share\vm\gc_implementation\concurrentMarkSweep\concurrentMarkSweepGeneration.cpp
第一部分
//有FullGC的请求
if (_full_gc_requested) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print_cr("CMSCollector: collect because of explicit "
" gc request (or gc_locker)");
}
return true;
}
如果有FullGC的请求，就触发一次GC（比如调用System.gc()触发GC）
第二部分
//UseCMSInitiatingOccupancyOnly默认false
//UseCMSInitiatingOccupancyOnly为false,会动态计算阈值
//预计完成CMS回收所需要的时间小于预计的老年代填满的时间，则进行回收。
if (!UseCMSInitiatingOccupancyOnly) {
if (stats().valid()) {
if (stats().time_until_cms_start() == 0.0) {
return true;
}
} else {
//_bootstrap_occupancy默认50%
if (_cmsGen->occupancy() >= _bootstrap_occupancy) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print_cr(
" CMSCollector: collect for bootstrapping statistics:"
" occupancy = %f, boot occupancy = %f", _cmsGen->occupancy(),
_bootstrap_occupancy);
}
return true;
}
}
}
如果预计完成CMS回收所需要的时间小于预计的老年代填满的时间，则进行回收。
第三部分
if (_cmsGen->should_concurrent_collect()) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print_cr("CMS old gen initiated");
}
return true;
}
在上面的代码种可以看出调用 should_concurrent_collect 方法判断，是否触发GC，深入到该方法中，去了解具体的实现。
bool ConcurrentMarkSweepGeneration::should_concurrent_collect() const {
//内存使用率大于初始化参数
if (occupancy() > initiating_occupancy()) {
if (PrintGCDetails && Verbose) {
gclog_or_tty->print(" %s: collect because of occupancy %f / %f ",
short_name(), occupancy(), initiating_occupancy());
}
return true;
}
// UseCMSInitiatingOccupancyOnly 为true
if (UseCMSInitiatingOccupancyOnly) {
return false;
}
//在进行堆扩容
if (expansion_cause() == CMSExpansionCause::_satisfy_allocation) {
if (PrintGCDetails && Verbose) {
gclog_or_tty->print(" %s: collect because expanded for allocation ",
short_name());
}
return true;
}
if (_cmsSpace->should_concurrent_collect()) {
if (PrintGCDetails && Verbose) {
gclog_or_tty->print(" %s: collect because cmsSpace says so ",
short_name());
}
return true;
}
return false;
}
在上面的代码中，首先判断老年代内存使用率是否大于初始化参数，如果为true，则触发GC，如果为false，且UseCMSInitiatingOccupancyOnly 为true，则返回false。
接下来判断是否在进行堆扩容，如果为true，则触发GC，如果为false，则判断CompactibleFreeListSpace是否需要进行GC。
第四部分
GenCollectedHeap* gch = GenCollectedHeap::heap();
assert(gch->collector_policy()->is_two_generation_policy(),
"You may want to check the correctness of the following");
//判断年轻代存活对象晋升失败
if (gch->incremental_collection_will_fail(true /* consult_young */)) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print("CMSCollector: collect because incremental collection will fail ");
}
return true;
}
在上面的代码中，判断年轻代存活的对象是否可能会失败，如果失败，触发GC。查看 incremental_collection_will_fail 的具体实现，源码地址：hotspot\src\share\vm\memory\genCollectedHeap.cpp
bool incremental_collection_will_fail(bool consult_young) {
assert(heap()->collector_policy()->is_two_generation_policy(),
"the following definition may not be suitable for an n(>2)-generation system");
return incremental_collection_failed() ||
(consult_young && !get_gen(0)->collection_attempt_is_safe());
}
在上面的代码中，调用 incremental_collection_failed 方法判断之前是否晋升失败，默认为false，同时调用年轻代的 collection_attempt_is_safe 方法，判断本次晋升是否失败，根据或操作的结果判断是否进行GC，深入查看 collection_attempt_is_safe
源码，源码地址：hotspot\src\share\vm\memory\defNewGeneration.cpp
bool DefNewGeneration::collection_attempt_is_safe() {
//to空间是否为空
if (!to()->is_empty()) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print(" :: to is not empty :: ");
}
return false;
}
//下一个内存管理器为空
if (_next_gen == NULL) {
GenCollectedHeap* gch = GenCollectedHeap::heap();
_next_gen = gch->next_gen(this);
assert(_next_gen != NULL,
"This must be the youngest gen, and not the only gen");
}
//判断下一个内存管理器是否能够安全晋升
return _next_gen->promotion_attempt_is_safe(used());
}
在上面的代码中判断TO空间是否为空，老年代是否存在，判断老年代是否能够安全晋升，继续往下深入，源码地址：hotspot\src\share\vm\gc_implementation\concurrentMarkSweep\concurrentMarkSweepGeneration.cpp
bool ConcurrentMarkSweepGeneration::promotion_attempt_is_safe(size_t max_promotion_in_bytes) const {
//最大可用空间
size_t available = max_available();
//之前晋升对象的平均大小
size_t av_promo = (size_t)gc_stats()->avg_promoted()->padded_average();
//允许的最大空间 > 平均晋升大小或者是允许最大空间 > 最大晋升大小
bool res = (available >= av_promo) || (available >= max_promotion_in_bytes);
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print_cr(
"CMS: promo attempt is%s safe: available("SIZE_FORMAT") %s av_promo("SIZE_FORMAT"),"
"max_promo("SIZE_FORMAT")",
res? "":" not", available, res? ">=":"<",
av_promo, max_promotion_in_bytes);
}
return res;
}
从上面的代码中可以看出如果：允许的最大空间 > 平均晋升大小或者允许最大空间 > 最大晋升大小，那么晋升成功。
年轻代晋升失败可能导致不断进行CMS GC。
第五部分
// 主要判断方法去是否需要继续GC
if (CMSClassUnloadingEnabled && _permGen->should_concurrent_collect()) {
bool res = update_should_unload_classes();
if (res) {
if (Verbose && PrintGCDetails) {
gclog_or_tty->print_cr("CMS perm gen initiated");
}
return true;
}
}
在上面的代码中判断是否开启了 CMSClassUnloadingEnabled 参数，然后调用 should_concurrent_collect 方法，（永久代的判断和老年的方法是通用的）判断是否需要进行GC。
总结
通过上面的分析，我们总结了一下情况可能会触发 CMS GC
请求进行一次fullgc，如调用System.gc时
当没有设置UseCMSInitiatingOccupancyOnly时，会动态计算。如果完成CMS回收的所需要的预计的时间小于预计的CMS回收的分代填满的时间，就进行回收
调用should_concurrent_collect()方法返回true
如果预计增量式回收会失败时，也会触发一次回收。
如果metaSpace认为需要回收metaSpace区域，也会触发一次cms回收
我们对（3）的情况在进行一下总结：
老年代使用率 > 配置的initiating_occupancy，我们启动参数中会配置如下参数：-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=n
在启动参数中配置了UseCMSInitiatingOccupancyOnly，如果空间使用率没有达到阈值，直接返回。
堆扩容的原因是_satisfy_allocation
CompactibleFreeListSpace判断需要进行回收
自我介绍
我是何勇，现在重庆猪八戒，多学学！！！