Java 虚拟机面试题, Java 的 CMS 垃圾回收器和 G1 垃圾回收器在记忆集的维护上有什么不同?

Step 1

Q:: Java 的 CMS 垃圾回收器和 G1 垃圾回收器在记忆集的维护上有什么不同？

A:: CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾回收器在维护记忆集时，通过一种叫做“卡表（Card Table）”的数据结构记录堆内区域的修改，帮助标记活跃对象。这种方式比较简单，但是在大规模应用中会引入一定的性能开销。G1（Garbage First）垃圾回收器则采用了一种更加精细的方式，叫做‘精确记忆集（Precise Remembered Set）’，它通过在每个堆区域维护一个类似于哈希表的数据结构，精确记录可能会引用到该区域的其他区域。这种方法使得G1能更好地管理内存并减少全局暂停的时间。

Step 2

Q:: CMS 和 G1 垃圾回收器的主要区别是什么？

A:: CMS 是一种低停顿的垃圾回收器，适用于老年代的并发收集，但无法处理内存碎片问题，且无法保证每次垃圾回收时都能完全清理。G1 是一种面向服务器应用的低延迟垃圾回收器，通过分区和区域化收集，能够更好地控制回收停顿时间，并可以处理内存碎片问题。

Step 3

Q:: G1 垃圾回收器如何管理和划分堆内存？

A:: G1 将堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），这些区域既可以存放年轻代对象，也可以存放老年代对象。每个区域都有自己的记忆集，用于记录可能引用到该区域的对象。通过这种方式，G1 能够在每次回收时灵活地选择需要处理的区域，从而减少全局停顿。

Step 4

Q:: G1 如何实现暂停时间的可预测性？

A:: G1 的设计目标是将全局停顿时间控制在用户可接受的范围内。它通过追踪各个区域的回收成本以及收益，并在每次回收时只处理那些回收收益较高且停顿时间较短的区域，从而实现暂停时间的可预测性。这一过程通过一个叫做‘停顿预测模型’的机制来实现。

Step 5

Q:: CMS 垃圾回收器的缺点是什么？

A:: CMS 的主要缺点是容易产生内存碎片，导致频繁的Full GC，此外，CMS 无法保证每次回收时都能完全清理垃圾（浮动垃圾），因此在某些极端情况下可能会导致‘Concurrent Mode Failure’，从而触发Full GC。