JVM发生CMS GC的 5 种情况，你知道的肯定不全！

发布时间：2019-06-13 00:33:58 所属栏目：空间来源：涤生YQ

导读：经常有同学会问，为啥我的应用 Old Gen 的使用占比没达到 CMSInitiatingOccupancyFraction 参数配置的阈值，就触发了 CMS GC，表示很莫名奇妙，不知道问题出在哪? 其实 CMS GC 的触发条件非常多，不只是 CMSInitiatingOccupancyFraction 阈值触发这么简单

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经常有同学会问，为啥我的应用 Old Gen 的使用占比没达到 CMSInitiatingOccupancyFraction 参数配置的阈值，就触发了 CMS GC，表示很莫名奇妙，不知道问题出在哪?

其实 CMS GC 的触发条件非常多，不只是 CMSInitiatingOccupancyFraction 阈值触发这么简单。本文通过源码全面梳理了触发 CMS GC 的条件，尽可能的帮你了解平时遇到的奇奇怪怪的 CMS GC 问题。

先抛出一些问题，来吸引你的注意力。

为什么 Old Gen 使用占比仅 50% 就进行了一次 CMS GC?
Metaspace 的使用也会触发 CMS GC 吗?
为什么 Old Gen 使用占比非常小就进行了一次 CMS GC?

触发条件

CMS GC 在实现上分成 foreground collector 和 background collector。foreground collector 相对比较简单，background collector 比较复杂，情况比较多。

下面我们从 foreground collector 和 background collector 分别来说明他们的触发条件：

说明：本文内容是基于 JDK 8

说明：本文仅涉及 CMS GC 的触发条件，至于算法的具体过程，以及什么时候进行 MSC(mark sweep compact)不在本文范围

foreground collector

foreground collector 触发条件比较简单，一般是遇到对象分配但空间不够，就会直接触发 GC，来立即进行空间回收。采用的算法是 mark sweep，不压缩。

background collector

说明 background collector 的触发条件之前，先来说下 background collector 的流程，它是通过 CMS 后台线程不断的去扫描，过程中主要是判断是否符合 background collector 的触发条件，一旦有符合的情况，就会进行一次 background 的 collect。

void ConcurrentMarkSweepThread::run() {  
...//省略  
while (!_should_terminate) {  
sleepBeforeNextCycle();  
if (_should_terminate) break;  
GCCause::Cause cause = _collector->_full_gc_requested ?  
_collector->_full_gc_cause : GCCause::_cms_concurrent_mark;  
_collector->collect_in_background(false, cause);  
}  
...//省略  
}

每次扫描过程中，先等 CMSWaitDuration 时间，然后再去进行一次 shouldConcurrentCollect 判断，看是否满足 CMS background collector 的触发条件。CMSWaitDuration 默认时间是 2s(经常会有业务遇到频繁的 CMS GC，注意看每次 CMS GC 之间的时间间隔，如果是 2s，那基本就可以断定是 CMS 的 background collector)。

void ConcurrentMarkSweepThread::sleepBeforeNextCycle() {  
while (!_should_terminate) {  
if (CMSIncrementalMode) {  
icms_wait();  
if(CMSWaitDuration >= 0) {  
// Wait until the next synchronous GC, a concurrent full gc  
// request or a timeout, whichever is earlier.  
wait_on_cms_lock_for_scavenge(CMSWaitDuration);  
}  
return;  
} else {  
if(CMSWaitDuration >= 0) {  
// Wait until the next synchronous GC, a concurrent full gc  
// request or a timeout, whichever is earlier.  
wait_on_cms_lock_for_scavenge(CMSWaitDuration);  
} else {  
// Wait until any cms_lock event or check interval not to call shouldConcurrentCollect permanently  
wait_on_cms_lock(CMSCheckInterval);  
}  
}  
// Check if we should start a CMS collection cycle  
if (_collector->shouldConcurrentCollect()) {  
return;  
}  
// .. collection criterion not yet met, let's go back  
// and wait some more  
}  
}

那 shouldConcurrentCollect() 方法中都有哪些条件呢?

bool CMSCollector::shouldConcurrentCollect() { 
// 第一种触发情况 
if (_full_gc_requested) { 
if (Verbose && PrintGCDetails) { 
gclog_or_tty->print_cr("CMSCollector: collect because of explicit " 
" gc request (or gc_locker)"); 
} 
return true; 
} 
// For debugging purposes, change the type of collection. 
// If the rotation is not on the concurrent collection 
// type, don't start a concurrent collection. 
NOT_PRODUCT( 
if (RotateCMSCollectionTypes && 
(_cmsGen->debug_collection_type() != 
ConcurrentMarkSweepGeneration::Concurrent_collection_type)) { 
assert(_cmsGen->debug_collection_type() != 
ConcurrentMarkSweepGeneration::Unknown_collection_type, 
"Bad cms collection type"); 
return false; 
} 
) 
FreelistLocker x(this); 
// ------------------------------------------------------------------ 
// Print out lots of information which affects the initiation of 
// a collection. 
if (PrintCMSInitiationStatistics && stats().valid()) { 
gclog_or_tty->print("CMSCollector shouldConcurrentCollect: "); 
gclog_or_tty->stamp(); 
gclog_or_tty->print_cr(""); 
stats().print_on(gclog_or_tty); 
gclog_or_tty->print_cr("time_until_cms_gen_full %3.7f", 
stats().time_until_cms_gen_full()); 
gclog_or_tty->print_cr("free="SIZE_FORMAT, _cmsGen->free()); 
gclog_or_tty->print_cr("contiguous_available="SIZE_FORMAT, 
_cmsGen->contiguous_available()); 
gclog_or_tty->print_cr("promotion_rate=%g", stats().promotion_rate()); 
gclog_or_tty->print_cr("cms_allocation_rate=%g", stats().cms_allocation_rate()); 
gclog_or_tty->print_cr("occupancy=%3.7f", _cmsGen->occupancy()); 
gclog_or_tty->print_cr("initiatingOccupancy=%3.7f", _cmsGen->initiating_occupancy()); 
gclog_or_tty->print_cr("metadata initialized %d", 
MetaspaceGC::should_concurrent_collect()); 
} 
// ------------------------------------------------------------------ 
// 第二种触发情况 
// If the estimated time to complete a cms collection (cms_duration()) 
// is less than the estimated time remaining until the cms generation 
// is full, start a collection. 
if (!UseCMSInitiatingOccupancyOnly) { 
if (stats().valid()) { 
if (stats().time_until_cms_start() == 0.0) { 
return true; 
} 
} else { 
// We want to conservatively collect somewhat early in order 
// to try and "bootstrap" our CMS/promotion statistics; 
// this branch will not fire after the first successful CMS 
// collection because the stats should then be valid. 
if (_cmsGen->occupancy() >= _bootstrap_occupancy) { 
if (Verbose && PrintGCDetails) { 
gclog_or_tty->print_cr( 
" CMSCollector: collect for bootstrapping statistics:" 
" occupancy = %f, boot occupancy = %f", _cmsGen->occupancy(), 
_bootstrap_occupancy); 
} 
return true; 
} 
} 
} 
// 第三种触发情况 
// Otherwise, we start a collection cycle if 
// old gen want a collection cycle started. Each may use 
// an appropriate criterion for making this decision. 
// XXX We need to make sure that the gen expansion 
// criterion dovetails well with this. XXX NEED TO FIX THIS 
if (_cmsGen->should_concurrent_collect()) { 
if (Verbose && PrintGCDetails) { 
gclog_or_tty->print_cr("CMS old gen initiated"); 
} 
return true; 
} 
// 第四种触发情况 
// We start a collection if we believe an incremental collection may fail; 
// this is not likely to be productive in practice because it's probably too 
// late anyway. 
GenCollectedHeap* gch = GenCollectedHeap::heap(); 
assert(gch->collector_policy()->is_two_generation_policy(), 
"You may want to check the correctness of the following"); 
if (gch->incremental_collection_will_fail(true /* consult_young */)) { 
if (Verbose && PrintGCDetails) { 
gclog_or_tty->print("CMSCollector: collect because incremental collection will fail "); 
} 
return true; 
} 
// 第五种触发情况 
if (MetaspaceGC::should_concurrent_collect()) { 
if (Verbose && PrintGCDetails) { 
gclog_or_tty->print("CMSCollector: collect for metadata allocation "); 
} 
return true; 
} 
return false; 
}

上述代码可知，从大类上分， background collector 一共有 5 种触发情况：

1.是否是并行 Full GC

（编辑：晋中站长网）

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