了解 CMS 垃圾回收日志

转自： http://ifeve.com/jvm-cms-log/

在CMS GC 时,使用参数-XX:+PrintGCDetails 和 -XX:+PrintGCTimeStamps 会输出很多日志信息，了解这些信息可以帮我们更好的调整参数，以获得更高的性能。

我们来看下在JDK1.4.2_10 中CMS GC日志示例：

39.910: [GC 39.910: [ParNew: 261760K->0K(261952K), 0.2314667 secs] 262017K->26386K(1048384K), 0.2318679 secs]
新生代使用 (ParNew 并行)回收器。新生代容量为261952K，GC回收后占用从261760K降到0,耗时0.2314667秒。(译 注：262017K->26386K(1048384K), 0.2318679 secs 表示整个堆占用从262017K 降至26386K,费时0.2318679)

40.146: [GC [1 CMS-initial-mark: 26386K(786432K)] 26404K(1048384K), 0.0074495 secs]
开始使用CMS回收器进行老年代回收。初始标记(CMS-initial-mark)阶段,这个阶段标记由根可以直接到达的对象，标记期间整个应用线程会暂停。
老年代容量为786432K,CMS 回收器在空间占用达到 26386K 时被触发

40.154: [CMS-concurrent-mark-start]
开始并发标记(concurrent-mark-start) 阶段，在第一个阶段被暂停的线程重新开始运行，由前阶段标记过的对象出发，所有可到达的对象都在本阶段中标记。

40.683: [CMS-concurrent-mark: 0.521/0.529 secs]
并发标记阶段结束，占用 0.521秒CPU时间, 0.529秒墙钟时间(也包含线程让出CPU给其他线程执行的时间)

40.683: [CMS-concurrent-preclean-start]
开始预清理阶段
预清理也是一个并发执行的阶段。在本阶段，会查找前一阶段执行过程中,从新生代晋升或新分配或被更新的对象。通过并发地重新扫描这些对象，预清理阶段可以减少下一个stop-the-world 重新标记阶段的工作量。

40.701: [CMS-concurrent-preclean: 0.017/0.018 secs]
预清理阶段费时 0.017秒CPU时间，0.018秒墙钟时间。

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 阶段,从根及被其引用对象开始，重新扫描 CMS 堆中残留的更新过的对象。这里重新扫描费时0.1790103秒，处理弱引用对象费时0.0100966秒，本阶段费时0.1897792 秒。

40.894: [CMS-concurrent-sweep-start]
开始并发清理阶段，在清理阶段，应用线程还在运行。

41.020: [CMS-concurrent-sweep: 0.126/0.126 secs]
并发清理阶段费时0.126秒

41.020: [CMS-concurrent-reset-start]
开始并发重置

41.147: [CMS-concurrent-reset: 0.127/0.127 secs]
在本阶段，重新初始化CMS内部数据结构，以备下一轮 GC 使用。本阶段费时0.127秒

这是CMS正常运行周期打印的日志，现在让我们一起看一下其他的CMS日志记录：

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]
这段信息显示ParNew 收集器被请求进行新生代的回收，但收集器并没有尝试回收，因为 它 预计在最糟糕的情况下， CMS 老年代中没有足够的空间容纳新生代的幸存对象。我们把这个失败称之为”完全晋升担保失败”。

因为这样，并发模式的 CMS 被中断同并且在 197.981秒时，Full GC被启动。这次Full GC，采用标记-清除-整理算法，会发生stop-the-world，费时2.3733725秒。CMS 老年代占用从 402978K 降到248977K。

避免并发模式失败, 通过增加老年代空间大小或者设置参数 CMSInitiatingOccupancyFraction 同时设置UseCMSInitiatingOccupancyOnly为true。参数 CMSInitiatingOccupancyFraction 的值必须谨慎选择，设置过低会造成频繁发生 CMS 回收。

有时我们发现，当日志中出现晋升失败时，老年代还有足够的空间。这是因为”碎片”，老年代中的可用空间并不连续，而从新生代晋升上来的对象，需要一 块连续的可用空间。CMS 收集器是一种非压缩收集器，在某种类型的应用中会发生碎片。下面博客中 Jon 详细讨论了如何处理碎片问题：https://blogs.oracle.com/jonthecollector/entry /when_the_sum_of_the

从JDK 1.5 开始，CMS 收集器中的晋升担保检查策略有些变化。原来的策略是考虑最坏情况，即新生代所有对象都晋升到老年代 , 新的晋升担保检查策略基于最近晋升历史情况，这种预计晋升对象比最坏情况下晋升对象要少很多，因此需要的空间也会少点。如果晋升失败，新生代处于一致状 态。触发一次 stop-the-world 的标记-压缩收集. 如果想在 UseSerialGC 中获得这种功能，需要设置参数 -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]

当一个JNI 关键区被释放时会发生 Stop-the-world GC。新生代因为晋升担保失败回收失败，触发一次 Full GC.

CMS 可以运行在增量模式下(i-cms), 使用参数 -XX:+CMSIncrementalMode. 在增量模式下，CMS 收集器在并发阶段，不会独占整个周期，而会周期性的暂停，唤醒应用线程。收集器把并发阶段工作，划分为片段，安排在次级(minor) 回收之间运行。这对需要低延迟，运行在少量CPU服务器上的应用很有用。

以下是增量模式 CMS的日志.
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]

新生代花费 537 毫秒 和 675 毫秒. 在2次收集之间 iCMS 短暂运行期间由icms_dc 表示，icms_dc 表示运行的占空比。这里占空比为4% .
简单计算下, iCMS 增量阶段费时 4/100 * (2824.209 – 2803.125 – 0.537) = 821 毫秒, 即 2次 GC 间隔时间的 4% .

在JDK 1.5 中, CMS 增加一个并发可中止预清理(concurrent abortable preclean)阶段. 可中止预清理阶段，运行在并行预清理和重新标记之间，直到获得所期望的eden空间占用率。增加这个阶段是为了避免在重新标记阶段后紧跟着发生一次垃圾清 除。为了尽可能区分开垃圾清除和重新标记 ，我们尽量安排在两次垃圾清除之间运行重新标记阶段。

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.

可以通过JVM参数CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 和 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 控制 重新标记阶段。默认值是2m和50%. CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 设置Eden区大小,低于此值时不启动重新标记阶段，因为回报预期为微不足道 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 设置启动重新标记阶段时Eden区的空间占用率。(译注：根据下面描述 Eden 应该是指整个新生代)

预清理阶段后，如果Eden 空间占用大于 CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold 设置的值, 会启动可中止预清理，直到占用率达到 CMSScheduleRemarkEdenPenetration 设置的值, 否则，我们立即安排重新标记阶段.(译注：与上面说的正好相反，不知是不是我翻译有误)

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]

上面日志中,在预清理之后, 启动可中止预清理, 之后发生年轻代垃圾回收,年轻代占用从 1040940K 下降到 1464K. 当年轻代占用率达到 522484K 即堆的50%时,发生重新标记

注意在JDK1.5中，年轻代的垃圾回收日志输出在后面的重新标记阶段