From cff84ef62857d6840dfb0a725c5e9b9217850f5f Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: Ming Deng <mingflycash@gmail.com>
Date: Tue, 22 Jun 2021 22:49:55 +0800
Subject: [PATCH] update CMS

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 gc/java_cms.md | 103 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++-
 1 file changed, 102 insertions(+), 1 deletion(-)

diff --git a/gc/java_cms.md b/gc/java_cms.md
index 301627b..a39d171 100644
--- a/gc/java_cms.md
+++ b/gc/java_cms.md
@@ -95,6 +95,62 @@ CMS 的面试，大多数时候来说，就是面一下算法的大概流程，
 #### 类似问题
 - CMS 如何处理年轻代？年轻代是用 Parallel New 来回收的，CMS 会利用年轻代 GC的结果来减少初始标记和再标记两个停顿过程
 
+### CMS 并发标记阶段，如果引用发生了变更会怎样？
+
+分析：这个要分开来说。首先 CMS 是只回收老年代和永久代的，那么年轻代对象之间的引用变更，CMS 是不会管的。因为后面 CMS 在最终的重标记阶段，还要重新扫描年轻代，所以这个阶段不用管。
+
+而其它引用变更，大体上又分为两类，一个是年轻代引用指向老年代的引用变更，一个是老年代内部之间的引用变更。无论是这两种情况的哪一种，CMS 只会把内存标记为 Dirty，后面预清理阶段会进行处理。
+
+答案：如果是年轻代之间对象应用发生变更，那么 CMS 在这个阶段不会做什么（这里引导面试官问你，最终 CMS 是在哪里处理的）。否则，CMS 会把内存标记为 Dirty，在预清理阶段和重标记阶段再次处理。
+
+#### 类似问题
+- CMS 并发标记阶段，创建了新对象，会发生什么？什么也不会发生，因为 CMS 不管年轻代，只是在后面重标记阶段重新标记年轻代对象；
+- CMS 并发标记阶段，如果老年代引用发生了变化，会发生什么？CMS会重新把这块内存标记为 dirty，预清理和重标记阶段再处理一遍；
+- CMS 并发标记阶段，如果年轻代指向老年代的引用发生了变化，会发生什么？和上面一样，把这块内存标记为脏，预清理和重标记阶段再来一遍；
+
+### CMS 的预清理阶段做了什么？
+
+分析：这个阶段看起来比较花里胡哨，具体来说，它可以是单独的预清理(Pre-clean)阶段，也可以是指预清理和可中断预清理两个阶段。
+
+预清理的目标是降低停顿时间。它是为了解决并发标记阶段引用变化问题而引入的。从前面也可以看出来，CMS 一个重要的特征就是并发标记阶段，会发生应用变更。非年轻代的引用变更，CMS 会把内存标记为 Dirty。
+
+如果我们考虑一下，要是没有预清理阶段，那么重标记阶段就需要全部 Dirty 的内存再标记一遍，如果应用很繁忙，那么可能很多内存都需要重新标记。
+
+因此引入了并发的预清理阶段，这一个阶段就是处理这些 Dirty 的内存块。然后发现，这个预清理也是并发的，如果这个时候也有引用变更，岂不是又产生了新的 Dirty 内存块？是的，但是因为这个过程比较快，所以理论上产生的 Dirty 块要比较少。后面的可中断的预处理阶段，也是这么一个过程，但是为了避免无线套娃，所以它是可中断的。
+
+答案：预清理阶段主要是处理在并发阶段标记为 Dirty 的内存块（具体来说，是卡表里面的卡被标记为 Dirty）。提前处理了这些 Dirty 内存块，那么重标记阶段就可以少处理一点内容，减轻停顿时间。
+
+预清理阶段有一个可中断的预清理。该阶段是不断循环，循环内的步骤类似预清理阶段，不过除了处理 Dirty 的内存块，还会扫描年轻代，找到指向老年代的引用。
+
+（进阶，讨论中断的条件）这个阶段是可以被中断的，中断的条件有三个：
+1. 循环次数达到阈值；
+2. 执行时间达到了阈值；
+3. 新生代的 Eden 的内存使用率达到了阈值；
+
+（这三个分别是三个参数控制，不过不太重要，不需要记住参数名字，前两个很好理解容易记忆，后一个记不住也没关系）
+
+#### 类似问题
+- 什么是预清理？
+- 什么是可中断预清理？
+- 什么时候会中断预清理？
+- 为什么要中断？
+
+### 重标记阶段，做了什么？
+
+分析：重标记阶段主要是找出来并发阶段修改的引用，再一次处理一遍。
+
+所以重标记不得不重新扫描 GC root、年轻代和 Dirty 内存块。
+
+注意的是，重标记不会重新完全标记一遍，而是尽量缩小了标记范围。
+
+答案：重标记阶段主要是为了处理并发阶段发生变更的引用。该阶段主要是重新扫描 GC root，年轻代和 Dirty 块。
+
+（我们稍微讨论一下重标记停顿时间来源）大多数时候，该阶段的停顿时间主要是由扫描年轻代和 Dirty 造成的。因此为了降低这个阶段的停顿时间，我们可以调整预清理的参数，尽可能多在预清理阶段处理完，也可以开启参数`CMSScavengeBeforeRemark`，强制在重标记之前执行一次年轻代GC，以降低GC时间。
+
+#### 类似问题
+- 怎么降低重标记的停顿时间
+- 为什么要在重标记之前执行一次年轻代GC
+
 ### CMS 来不及回收老年代会发生什么事情
 
 分析：这其实考察的是 CMS的一个异常情况。回忆一下，什么时候会触发 CMS？除了第一次以外，其他时候都是JVM觉得应该GC了，就会触发GC。它会控制住GC频率，确保 CMS GC 发生期间，不会出现老年代空间不足的问题。
@@ -139,13 +195,16 @@ CMS 的面试，大多数时候来说，就是面一下算法的大概流程，
 
 （接下来我们讨论解决方案，在前面提到过，就是`UseCMSCompactAtFullCollection` 和 `-XX:CMSFullGCBeforeCompaction` 参数）我们可以通过设置`UseCMSCompactAtFullCollection` 和 `-XX:CMSFullGCBeforeCompaction`参数来控制 CMS 执行压缩，并且控制在多少次 GC 触发一次压缩。
 
+
 #### 如何引导
 - 讨论到正向的内存管理
 - 讨论到操作系统内存管理
 - 讨论到指针碰撞
+- 讨论到为什么要压缩
 
 #### 类似问题
 - 为啥老年代明明还有空闲内存，却触发了 Full GC？碎片太多，找不到足够大的连续的空闲内存；又或者 CMS 预估到接下来这点空闲内存不够了，需要提前触发GC（时间间隔轮询做这种判断）
+- CMS 为什么要压缩
 
 ### 什么时候会触发 Full GC？
 
@@ -173,6 +232,48 @@ CMS 的面试，大多数时候来说，就是面一下算法的大概流程，
 - 反正讨论到了 CMS，Full GC 都可以聊这个
 - 可以结合 G1 垃圾回收器，来对比两者的触发时机
 
+### CMS 采用的空闲链表方式管理内存，存在什么缺点？
+
+分析：本质上，这应该算是内存管理的面试题，因为别的，例如操作系统，如果也采用了空闲链表，那么也会有这个问题。
+
+就是碎片和内存分配低效两个问题。
+
+答案：主要有两个方面，内存碎片和内存分配低效。
+
+（如果之前没有聊过内存碎片，这里可以补充一下什么叫做内存碎片）CMS 的内存管理方式会导致这么一个问题，内存被分割为一个个零散的小块，这些小块可能太小，以至于无法容纳任何对象，导致内存利用率低。
+
+而空闲链表这种管理方式，导致内存分配的时候，需要查找可用内存，然后再分配，效率极低。
+
+#### 类似问题
+- 为什么CMS分配内存比较慢
+- CMS用了指针碰撞技术吗？显然没有
+
+#### 如何引导
+- 聊到空闲链表都可以说
+
+### CMS 有什么缺点
+
+分析：CMS 的缺点是极为明显的。最容易想到的就是内存碎片问题，不过很少有人会回答道内存碎片带来的影响。
+
+另外就是 CMS 会出现并发模式失败的可能，也就是退化为 Serial GC 的可能性。
+
+最好就是 CMS 的停顿时间，比 G1 之类的长。它的两次标记，初始标记和重标记，都和年轻代存活对象有关，因此为了避免 CMS 的停顿时间，我们会尝试开启一个参数：
+`CMSScavengeBeforeRemark` 在重标记之前执行依次年轻代 GC，这样能显著降低 GC 停顿时间。也因此 CMS 不适用于大堆（有些人说 6G 以上，有些人说 8G 以上就不要用 CMS了，我觉得是跟应用特征相关）
+
+答案：CMS主要有三个缺点：
+1. 内存碎片。这导致 CMS 内存使用率比较低（总有一些碎片无法被利用），（补充空闲链表，作为亮点）而且 CMS 使用了空闲链表来管理空闲内存，导致内存分配相比指针碰撞，要慢很多；
+2. CMS 存在并发模式失败的可能，这会导致 CMS 退化为 Serial GC，性能极差；（这里可能面试官问什么时候会导致并发模式失败）
+3. CMS 不适用大堆。CMS 的停顿时间相比 G1 还是比较长的，（补充一下重标记的问题，引导面试官问重标记问题）我们可以通过开启`CMSScavengeBeforeRemark`来确保重标记之前，能够触发一次 Young GC，来减轻 CMS 的停顿时间
+
+#### 如何引导
+- 讨论到并发模式失败
+- 讨论到重标记
+- 讨论到空闲链表
+
+#### 类似问题
+- CMS 适合什么场景
+
 ## Reference
 [Oracle documents - CMS](https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/cms.html)
-[Java gc roots](https://help.eclipse.org/2021-06/index.jsp?topic=%2Forg.eclipse.mat.ui.help%2Fconcepts%2Fgcroots.html&cp=37_2_3)
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+[Java gc roots](https://help.eclipse.org/2021-06/index.jsp?topic=%2Forg.eclipse.mat.ui.help%2Fconcepts%2Fgcroots.html&cp=37_2_3)
+[CMS](https://juejin.cn/post/6844903740864987149)
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