cms收集器与g1收集器的特点

admin 2026年02月20日 00:24 104 0

CMS收集器与G1收集器均为Java低停顿垃圾收集器，CMS基于标记-清除算法，分初始标记、并发标记、重新标记、并发清除四阶段，并发执行度高，停顿时间短，但会产生内存碎片，可能触发Concurrent Mode Failure，且对CPU敏感，G1面向大内存堆，将堆划分为Region，通过预测停顿模型优先回收价值最大Region，采用标记-整理算法减少碎片，兼顾吞吐量与低停顿，支持可配置的最大停顿时间，适合大内存场景，是CMS的替代方案。

CMS与G1收集器：JVM垃圾回收的演进与特性剖析

在Java虚拟机（JVM）的运行体系中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）作为自动内存管理的核心机制，其性能直接决定了应用的响应速度与吞吐量表现，随着Java版本的持续迭代，垃圾回收器不断进化，其中CMS（Concurrent Mark Sweep）与G1（Garbage-First）堪称两个具有里程碑意义的收集器：前者开启了并发回收的先河，后者则在大内存场景下实现了停顿时间的可预测控制，本文将深入剖析两者的核心设计理念、工作原理及适用场景,揭示JVM内存管理的演进逻辑。

CMS收集器：以“低停顿”为目标的并发标记清除

CMS是JVM历史上第一款真正意义上的并发收集器，诞生于JDK 1.4时代，其设计初衷是最大限度缩短垃圾回收过程中的停顿时间，特别适合对响应时间敏感的应用场景（如Web服务、在线交易系统），其核心特点围绕“并发执行”与“标记-清除”算法展开，通过与用户线程的并行工作,显著降低了GC对应用性能的干扰。

核心工作原理：四阶段并发执行流程

CMS基于经典的“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，工作流程划分为四个阶段，其中两个阶段可与用户线程并发执行，从而大幅减少STW（Stop The World）时间：

初始标记（Initial Mark）：
仅标记与GC Roots直接关联的对象，需触发STW，但仅处理GC Roots可达的“一级关联”对象，耗时极短（通常几毫秒）,对应用影响可忽略不计。
并发标记（Concurrent Mark）：
与用户线程并发执行，遍历对象图标记所有存活对象，这是最耗时的阶段，但全程无需暂停用户线程，是CMS实现“低停顿”的核心保障。
重新标记（Remark）：
STW阶段，主要任务是修正并发标记期间因用户线程运行导致变动的对象引用（如新对象分配、引用修改等），耗时略长于初始标记,但远低于串行标记阶段。
并发清除（Concurrent Sweep）：
与用户线程并发执行，直接清除未被标记的垃圾对象，此阶段无需移动对象，仅回收内存空间,但会不可避免地产生内存碎片。

核心特点与优势

并发执行，低停顿：
并发标记与清除阶段与用户线程并行，仅初始标记和重新标记需短暂停顿，整体GC停顿时间显著短于串行收集器（如Serial Old、Parallel Old）,特别适合实时性要求高的场景。
基于标记-清除算法：
回收过程中无需移动存活对象，避免了用户线程等待对象复制的开销，适合“响应优先”的应用模式。

局限性与缺陷

内存碎片问题突出：
标记-清除算法会产生大量不连续的内存碎片，当碎片过多时，即使堆内存仍有剩余，也可能因无法分配大对象而触发“Concurrent Mode Failure”，此时JVM会退化为Serial Old进行串行回收,导致停顿时间急剧增加。
对CPU资源敏感：
并发阶段会占用部分CPU资源，在CPU资源紧张的场景下，可能与应用线程竞争资源,导致整体吞吐量下降。
无法处理“浮动垃圾”：
并发清除期间，用户线程可能持续生成新的垃圾对象（称为“浮动垃圾”），这些垃圾只能在下次GC时回收，若浮动垃圾生成速度过快，可能提前触发Full GC,加剧停顿问题。

G1收集器：面向大内存的“可预测停顿”回收器

随着Java应用向大内存（如4GB以上）场景扩展，CMS的碎片化问题、高并发资源占用及Full GC风险逐渐暴露，G1（Garbage-First）在JDK 7中首次引入，并在JDK 9成为默认收集器，其设计目标是兼顾吞吐量与停顿时间控制，适用于大内存服务器与多核CPU环境，核心创新在于“Region分区”与“可预测停顿模型”,彻底解决了CMS的碎片化痛点。

核心设计理念：Region分区与优先级回收

G1打破了CMS物理分代（新生代/老年代连续内存）的限制，将整个堆内存划分为多个大小相等（通常1MB-32MB，可通过-XX:RegionSize参数调整）的独立Region，每个Region根据需要动态扮演Eden、Survivor或Old角色，并通过“Remembered Set”（记忆集）记录跨Region的引用关系，避免全堆扫描,大幅提升回收效率。