一个有意思的CMS问题

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之前无意间碰到一个有趣的CMS GC问题，问题很简单，现象很粗暴。

代码

/**
 * -Xmx20m -Xms20m -Xmn10m -XX:+UseParNewGC  -XX:+UseConcMarkSweepGC
 * -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly  -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75
 * -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC
 */
public class JVM {

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        byte[] b1 = new byte[2 * _1MB];
        byte[] b2 = new byte[2 * _1MB];
        byte[] b3 = new byte[2 * _1MB];
        byte[] b4 = new byte[4 * _1MB];
        System.in.read();
    }
}

现象

程序运行之后，执行jstat -gcutils pid 1000命令，结果如下：

在JVM参数中已经设置了-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly和 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75

只有在老年代的使用率达到75%时才会触发CMS回收，可目前的现象是老年代使用率才60%，就开始不停的GC、不停的GC、不停的GC，GC日志如下：

看这架势，应该是在不停的发生CMS GC了。

原因查找

既然一直在触发CMS，那问题根本因为在触发CMS的条件中，之前以为只要设置了-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly参数，只有在老年代的使用率达到阈值时才会触发。

翻了代码之后才发现，问题没这么简单，触发CMS的判断逻辑位于CMSCollector::shouldConcurrentCollect()方法中，实现如下：

在设置了-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly参数的前提下，有三种情况会触发：
1、老年代当前使用率是否达到阈值CMSInitiatingOccupancyFraction;
2、判断当前新生代的对象是否能够全部顺利的晋升到老年代，如果不能，就提早触发一次老年代的收集，这是本案例中不停CMS的根本原因，incremental_collection_will_fail(true)实现如下：

其中get_gen(0)指向当前年轻代的堆，因为设置了-XX:+UseParNewGC，则年轻代的堆实现是ParNewGeneration，该类继承了DefNewGeneration，方法collection_attempt_is_safe()位于DefNewGeneration类中，实现如下：

前面2个条件先忽略，看最后一个条件，_next_gen指向老年代的堆，其中promotion_attempt_is_safe()实现如下：

传入的参数max_promotion_in_bytes，由年轻代的used方法计算得到，eden区的使用量 + from区的使用量

size_t DefNewGeneration::used() const {
  return eden()->used()
       + from()->used();      // to() is only used during scavenge
}

其中promotion_attempt_is_safe()方法中的变量
1、available是老年代的可用内存大小
2、av_promo每次YGC时晋升到老年代对象大小的平均值

当老年代的可用内存大于av_promo，或者大于max_promotion_in_bytes时，说明下次的YGC是安全的，否则返回fasle，提早进行一次CMS操作，释放老年代的空间，以容纳下次YGC晋升上来的对象。

到这里，本文中的例子不断的进行CMS GC的疑惑应该可以解释清楚了。

别忘了，还有第三种情况：

if (CMSClassUnloadingEnabled && _permGen->should_concurrent_collect()) {
    bool res = update_should_unload_classes();
    if (res) {
      if (Verbose && PrintGCDetails) {
        gclog_or_tty->print_cr("CMS perm gen initiated");
      }
      return true;
    }
  }

前提是设置了-XX:+CMSClassUnloadingEnabled，而且_permGen永久带的内存使用率达到了阈值CMSInitiatingPermOccupancyFraction，默认值是92。

即使满足上面2个条件，还需要一层判断update_should_unload_classes()

如果一开始永久代大小没有设置、或者设置的很小，很有可能一开始就执行CMS，这让很多同学表示怀疑，什么都没做，就给我来一次CMS的日志。