Java虚拟机面试题, Java 中的 CMS 和 G1 垃圾收集器如何维持并发的正确性?
Java虚拟机面试题, Java 中的 CMS 和 G1 垃圾收集器如何维持并发的正确性?
QA
Step 1
Q:: Java 中的 CMS 和 G1 垃圾收集器如何维持并发的正确性？
A:: CMS（Concurrent Mark-Sweep）和 G1（Garbage-First）垃圾收集器通过实现并发标记和回收机制来维持并发的正确性。CMS 使用的是 '三色标记' 算法来处理对象的引用关系，并通过 '初始标记'、'并发标记' 和 '重新标记' 阶段来确保在并发期间不会遗漏对任何存活对象的标记。G1 垃圾收集器则通过 '区域化' 的内存布局和分阶段的并发标记与回收过程，使得垃圾收集器能够在保证低停顿的前提下高效工作。G1 还使用了混合回收的策略，在部分收集周期中混合回收老年代和新生代的垃圾，这在一定程度上避免了内存碎片化问题。
Step 2
Q:: CMS 垃圾收集器有哪些优缺点？
A:: 优点：CMS 可以实现低停顿的垃圾收集，非常适合对延迟敏感的应用场景。它在大多数时间里可以与应用线程并发工作，从而减少全局停顿时间。缺点：CMS 的并发清理阶段可能会导致内存碎片化，特别是在长期运行的应用中。此外，它需要消耗更多的 CPU 资源，并且在内存使用接近上限时可能会触发 'Concurrent Mode Failure'，导致更长时间的全局停顿。
Step 3
Q:: G1 垃圾收集器如何避免传统 GC 的碎片化问题？
A:: G1 垃圾收集器通过区域化的内存管理方式，将堆内存划分为大小相同的区域（Region），每个区域可以独立进行垃圾回收，从而避免了传统垃圾收集器容易出现的碎片化问题。G1 的混合收集（Mixed Collection）策略还可以在回收新生代内存的同时，选择性地回收老年代中的高收益区域（即垃圾占比高的区域），进一步减少内存碎片化。
Step 4
Q:: 为什么 G1 被称为“Garbage-First”垃圾收集器？
A:: G1 被称为“Garbage-First”垃圾收集器，是因为它在垃圾回收时会优先选择垃圾最多的区域进行回收。G1 使用了启发式算法来判断哪个区域的回收收益最大，从而优先处理这些区域。这种方法使得垃圾收集的效率更高，并且能够在预设的停顿时间内尽可能多地回收垃圾。
Step 5
Q:: G1 的暂停时间预测机制是如何工作的？
A:: G1 通过对每个区域的历史回收数据进行分析，预测在给定时间内能回收多少垃圾，并基于这些数据调整回收计划，以控制回收的停顿时间在一个用户可接受的范围内。用户可以通过设置 MaxGCPauseMillis 参数来指定期望的最大停顿时间，G1 会尝试在这个时间限制内完成垃圾回收。