高级java每日一道面试题-2024年10月28日-JVM篇-详细介绍一下CMD垃圾回收器?

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面试官: 详细介绍一下CMD垃圾回收器?

我回答:

在Java高级面试中，关于CMD垃圾回收器的详细介绍可能是一个重要的考点，但值得注意的是，通常我们讨论的是Java中的各种垃圾回收器（Garbage Collector, GC），如Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、CMS、G1等，而并没有一个直接被称为“CMD垃圾回收器”的标准概念。不过，我猜测这里可能是指“CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器”的一个误称或者是对某个特定命令（如与CMD命令行相关的操作）与垃圾回收器结合的误解。

以下是对CMS垃圾回收器的详细介绍，以及Java垃圾回收器的一些基本概念和原理，这些可能是面试中需要掌握的内容：

CMS垃圾回收器

CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器是针对老年代的一个并发线程的垃圾收集器，其目的是获取最短垃圾回收停顿时间。它采用的是多线程的标记-清除算法，但需要更多的内存来完成这个动作。

工作原理：
- 初始标记：标记一下GC Roots能直接关联的对象，速度很快但仍然需要暂停所有的工作线程。
- 并发标记：进行GC Roots跟踪的过程，从刚才产生的集合中标记存活的对象，并发执行不需要暂停工作线程。但并不能保证标记出所有的存活对象。
- 重新标记：为了修正并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记变动的那一部分对象的标记记录，需要“Stop The World”且停顿时间比初始标记时间长但远比并发标记的时间短。
- 并发清除：清除GC Roots不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。
优点：
- 并发收集、低停顿：由于大部分工作都是并发进行的，所以CMS垃圾回收器能够显著减少应用程序的停顿时间。
缺点：
- 对CPU资源敏感：并发收集虽然不会暂停用户线程，但是因为占用了一部分的CPU资源，所以可能造成系统变慢，吞吐量降低。
- 无法处理浮动垃圾：在并发清除时，用户线程产生的新垃圾叫做浮动垃圾。这使得在并发清除之前需要预留一定的内存空间，不能像其他收集器一样等到老年代快要填满的时候再进行收集。
- 可能产生Concurrent Mode Failure失败：如果CMS预留空间无法满足程序要求，就会出现一次Concurrent Mode Failure失败。这时CMS会启动临时预案，使用Serial Old来处理老年代垃圾，这将导致另一次的Full GC。
- 产生内存碎片：由于CMS采用的是标记-清除算法，所以在垃圾回收之后不能进行压缩操作，会造成内存碎片问题。

Java垃圾回收器的基本概念和原理

垃圾回收的目标：自动释放不再使用的对象所占用的内存，避免内存泄漏和内存溢出。
垃圾回收的算法：
- 标记-清除算法：遍历整个堆，标记所有被活动对象引用的对象，然后清除所有未标记的对象。缺点是会产生内存碎片。
- 复制算法：将堆内存分为两个区域，通常是“From”区和“To”区。当“From”区的对象被标记为存活时，它们将被复制到“To”区，而未被标记的对象将被丢弃。优点是简单高效，但浪费了一半的内存空间。
- 标记-整理算法：在标记阶段与标记-清除算法类似，但在清除阶段，它会将所有存活对象向一端移动，然后清理边界之外的内存。这种方式可以解决内存碎片问题。
- 分代算法：基于对象的生命周期的概念，将内存分为几个不同的时代（通常是年轻代和老年代），并根据代的特点使用不同的垃圾回收算法。
Java垃圾回收器的种类：
- Serial垃圾回收器：单线程、复制算法，简单高效，但会发生Stop the World现象。
- ParNew垃圾回收器：Serial收集器的多线程版本，也使用复制算法，同样会发生Stop the World现象。
- Parallel Scavange收集器：多线程复制算法，关注程序的吞吐量问题。
- Serial Old垃圾回收器：Serial的老年代收集版本，单线程、标记-整理算法。
- CMS垃圾回收器：多线程标记清除收集器，目的是获取最短垃圾回收停顿时间。
- G1垃圾回收器：分区收集算法的代表，将堆内存划分为多个大小相同的区域（Region），每个区域可能属于年轻代或老年代。