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JVM 源码解读之 CMS 何时会进行 Full GC

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前言

本文内容是基于 JDK 8

在文章 JVM 源码解读之 CMS GC 触发条件中分析了 CMS GC 触发的五类情况，并且提到 CMS GC 分为 foreground collector 和 background collector。不管是 foreground collector 还是 background collector 使用的都是 mark-sweep 算法，分阶段进行标记清理，优点很明显-低延时，但最大的缺点是存在碎片，内存空间利用率低。因此，CMS 为了解决这个问题，在每次进行 foreground collector 之前，判断是否需要进行一次压缩式 GC。

此压缩式 GC，CMS 使用的是跟 Serial Old GC 一样的 LISP2 算法，其使用 mark-compact 来做 Full GC，一般称之为 MSC（mark-sweep-compact），它收集的范围是 Java 堆的 Young Gen 和 Old Gen 以及 metaspace（元空间）。

本文不涉及具体的收集过程，只分析 CMS 在什么情况下会进行 compact 的 Full GC。

什么情况下会进行一次压缩式 Full GC 呢？

何时会进行 FullGC？

下面这段代码就是 CMS 进行判断是进行 mark-sweep 的 foreground collector，还是进行 mark-sweep-compact 的 Full GC。主要的判断依据就是是否进行压缩，即代码中的 should_compact。

接下来我们就来分析下在什么情况下会进行 compact，来看 decide foreground collection_type 函数，主要分为 4 种情况：

GC（包含 foreground collector 和 compact 的 Full GC）次数
GCCause 是否是用户请求式触发导致的
增量 GC 是否可能会失败（悲观策略）
是否清理所有 SoftReference

接下来我们具体看每种情况

1. GC（包含 foreground collector 和 compact 的 Full GC）次数

这里说的 GC 次数 full gcs since conc_gc，指的是从上次 background collector 后，foreground collector 和 compact 的 Full GC 的次数，只要次数大于等于 CMSFullGCsBeforeCompaction 参数阈值，就表示可以进行一次压缩式的 Full GC。（ CMSFullGCsBeforeCompaction 参数默认是 0，意味着默认是要进行压缩式的 Full GC ）

2. GCCause 是否是用户请求式触发导致

用户请求式触发导致的 GCCause 指的是 java lang system gc（即 System.gc()）或者 jvmti force_gc（即 JVMTI 方式的强制 GC）意味着只要是 System.gc（前提没有配置 ExplicitGCInvokesConcurrent 参数）调用或者 JVMTI 方式的强制 GC 都会进行一次压缩式的 Full GC 。

3. 增量 GC 是否可能会失败（悲观策略）

JVM 源码解读之 CMS GC 触发条件文章中也提到了这块内容，指的是两代的 GC 体系中，主要指的是 Young GC 是否会失败。如果 Young GC 已经失败或者可能会失败，CMS 就认为可能存在碎片导致的，需要进行一次压缩式的 Full GC。

“incremental collection failed()” 这里指的是 Young GC 已经失败，至于为什么会失败一般是因为 Old Gen 没有足够的空间来容纳晋升的对象，比如常见的 “promotion failed” 。

“!get gen(0)->collection attempt is safe()” 指的是 Young Gen 存活对象晋升是否可能会失败。通过判断当前 Old Gen 剩余的空间大小是否足够容纳 Young GC 晋升的对象大小。 Young GC 到底要晋升多少是无法提前知道的，因此，这里通过统计平均每次 Young GC 晋升的大小和当前 Young GC 可能晋生的最大大小来进行比较。

下面展示的就是 collection attempt is_safe 函数的代码：

4. 是否清理所有 SoftReference

SoftReference 软引用，你应该了解它的特性，一般是在内存不够的时候，GC 会回收相关对象内存。这里说的就是需要回收所有软引用的情况，在配置了 CMSCompactWhenClearAllSoftRefs 参数的情况下，会进行一次压缩式的 Full GC。

JDK 1.9 有变更：彻底去掉了 CMS forground collector 的功能，也就是说除了 background collector，就是压缩式的 Full GC。自然（UseCMSCompactAtFullCollection、CMSFullGCsBeforeCompaction 这两个参数也已经不在支持了。