概述

CMS 是 Concurrent Mark Sweep 的缩写，由名字可知是一款并行的用标记清除算法的收集器，其收集目标是以获取最短回收停顿时间的收集器，其是作用于老年代的垃圾收集器，要在Java虚拟机中启用 CMS 垃圾收集器，可以使用以下JVM参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC。从Java 9 开始，CMS 被标记为不推荐使用，并在Java 14中被标记为已过时。Java 9及更高版本推荐使用G1垃圾收集器。因此，在选择垃圾收集器时，最好根据具体的应用场景和需求做出决策。

垃圾收集过程

CMS 在整个垃圾收集过程主要包含四个阶段，即初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。
四个过程如图所示：

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由上图可知，初始标记和重新标记阶段是需要停止用户线程的。

初始标记

初始标记即 Initial Mark 在这个阶段，CMS 会暂停应用程序的执行，标记出所有的根对象，并且标记出与根对象直接关联的对象。这个阶段的停顿时间较短。

并发标记

并发标记即 Concurrent Mark 在这个阶段，CMS 会与应用程序并发执行，标记出与根对象间接关联的对象，即进行 GCRootsTracing 的过程。这个过程需要的时间相对较长，但是与用户线程并发执行，因此影响较小。

重新标记

重新标记即 Remark 在这个阶段，CMS 会暂停应用程序的执行，重新标记出在并发标记阶段发生变化的对象。这个阶段的停顿时间较短。

并发清除

并发清除即 Concurrent Sweep 在这个阶段，CMS 会与应用程序并发执行，清除被标记为垃圾的对象。这个过程需要的时间相对较长，但是与用户线程并发执行，因此影响较小。

优缺点

优点

低停顿时间： CMS 的主要优势在于其低停顿时间。由于大部分工作是在并发执行的，所以应用程序的暂停时间相对较短。
适用于响应性应用： 适用于需要快速响应时间的应用程序，因为停顿时间较短。

缺点

内存碎片

由于 CMS 在清理垃圾时不会移动对象，可能导致内存碎片的增加。这可能在长时间运行的应用程序中导致性能问题。
空间碎片是由于标记清楚算法导致的，所以无法避免，但是 CMS 提供了一个 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 用于在 CMS 收集器顶不住要进行 FullGC 时开启内存碎片整理过程，由于碎片的整理过程是无法并发的，所以停顿时间会变长，该参数默认开启。还提供了一个参数 -XX:CMSFullGCBeforeCompaction 表示执行多少次不压缩的 FullGC 后跟着一次带压缩的，默认为 0 表示每次 FullGC 都会压缩。

无法处理浮动垃圾

在 CMS 执行期间，应用程序可能会生成新的垃圾，而 CMS 无法处理这些浮动垃圾，可能需要等待下一次垃圾收集周期。
由于 CMS 收集器无法处理浮动垃圾，可能会出现 “Concurrent Mode Failure” 失败而导致另一次 FULL GC 的产生。因此需要预留一部分空间给并发收集过程中产生的浮动垃圾，可以使用 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 来调节触发的百分比，默认该值为 92% 也就是当老年代使用了 92% 的空间时会激活 CMS 垃圾收集器。当出现 “Concurrent Mode Failure” 时 CMS 会使用 SerialOld 收集器收集。

注意点

CMS 是一个老年代收集器（不是整堆收集）。因此它必须把当前处于非收集区域的年轻代算作是 GCRoots。这跟一般的 young GC 时要把老年代的 remembered set部分算作 GCRoots 的道理一样，只不过HotSpot没有用卡表来记录young -> old引用，所以就干脆扫描整个年轻代作为GCRoots。
在 CMS 初始标记的上下文里，GCRoots 并不包括年轻代而是只有一些常规的 root。这是因为在接下来的CMS 并发标记阶段 CMS 会顺着初始的根集合把年轻代里的活对象都遍历了。所以从 CMS 初始标记 +并发标记 结合在一起的角度看，年轻代仍然是根集合的一部分（因为被扫描但不被收集）。
但既然 初始标记 +并发标记 已经扫过了年轻代为啥还要再在重新标记时再扫？这就是因为CMS使用的增量更新是一种 “grey mutator” 做法。CMS 重新标记阶段做的就是为了确保 grey mutator 正确性而重新扫描根集合，同时也要把卡表和 mod-union table 记录下的在老年代里发生了变化的引用也重新扫描一遍。
前面说了 CMS 增量更新的写屏障，只是在卡表记录一下改变的引用的出发端对应的卡页。那 mod-union table是啥？ 其实很简单：卡表只有一份，既要用来支持 young GC 又要用来支持 CMS。每次 young GC 过程中都涉及重置和重新扫描卡表，这样是满足了 young GC 的需求，但却破坏了 CMS 的需求——CMS 需要的信息可能被 young GC 给重置掉了。 为了避免丢失信息，就在卡表之外另外加了一个 bitmap 叫做 mod-union table。在CMS 并发标记正在运行的过程中，每当发生一次young GC，当young GC要重置卡表里的某个记录时，就会更新 mod-union table 对应的bit。 这样，最后到CMS 重新标记的时候，当时的卡表外加 mod-union table 就足以记录在并发标记过程中老年代发生的所有引用变化了。
PS：最后一段引用 R大的解释。