本篇是「JVM 与性能调优系列」第 6 篇。
G1 之前，CMS 是低延迟的代名词。它敢在程序运行的同时回收老年代。但它也留下了「碎片化的诅咒」，最终被官方废弃。看懂 CMS，才懂 G1 为什么是答案。
一、CMS 要解决什么
Parallel Old 回收老年代时是全程 STW，堆一大，停顿动辄几百毫秒——对 Web 服务是灾难。CMS（Concurrent Mark Sweep）的目标很明确：降低老年代回收的 STW，让大部分回收工作和业务线程并发进行。
核心思想：把「能并发的尽量并发」，只保留极短的 STW 段。代价是算法更复杂、有碎片副作用。
二、CMS 的四个阶段
CMS 的老年代回收分四步，其中两步极短 STW，两步完全并发：
- 初始标记（STW，极短）：只标记 GC Roots直接关联的对象（数量少，快）
- 并发标记（并发）：从初始标记的对象出发，沿引用链遍历整个老年代。这段时间业务线程照常跑
- 重新标记（STW，较短）：并发标记期间，业务线程可能改了引用关系，导致标记有偏差。这一步把变动修正过来（用「增量更新」）
- 并发清除（并发）：清除死亡对象，用标记-清除算法，不挪动存活对象
注意第 2、4 步是并发的，所以业务几乎不感知——这正是 CMS 低延迟的来源。但「重新标记」阶段仍要 STW，它扫的是并发期间变动的引用，通常比初始标记略长。
三、三色标记与重新标记
并发标记用三色标记追踪存活：
- 白：尚未访问（可能是垃圾）
- 灰：已访问自身，但引用还没扫完
- 黑：自身和引用都扫完，确定存活
问题来了：并发标记时，业务线程可能「把一个白对象挂到黑对象下，同时断开灰对象到它的引用」——白对象会被误判为垃圾（漏标）。
CMS 用**增量更新（Incremental Update）**补救：只要黑对象新插入了白对象的引用，就把它记下来，重新标记时重新扫。G1 换了个思路用 SATB（下一篇讲）。两种都是「并发标记如何不漏标」的解法。
四、CMS 的两大原罪
CMS 证明了并发回收的价值，却栽在两个硬伤上：
原罪 1：碎片。CMS 用标记-清除，不清空后不整理，老年代会留下越来越多空洞。某天要分配一个大对象，总空闲够却找不到连续空间 → 晋升失败 →退化成 Serial Old 做一次 Full GC（巨慢）。
原罪 2：并发失败。并发清除期间，业务还在不停 new 对象，老年代被填充。若填充速度超过清除速度、预留空间（默认 92% 触发）被击穿 →Concurrent Mode Failure→ 同样退化成 Serial Old。
五、关键参数
| 参数 | 作用 |
|---|---|
-XX:+UseConcMarkSweepGC | 启用 CMS |
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction | 老年代占用到多少触发 CMS（默认 92%） |
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection | Full GC 时做碎片整理 |
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction | 每隔几次 Full GC 整理一次 |
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled | 重新标记阶段并行，缩短 STW |
调优要点：如果频繁 Concurrent Mode Failure，把CMSInitiatingOccupancyFraction调低（比如 70%），让 CMS 更早启动；但太低会 GC 太频繁。
六、为什么被废弃
- JDK 9 标记为废弃，JDK 14彻底移除
- 维护成本高、碎片化无解、无法与新特性（如 ZGC 的染色指针）共存
- 官方明确推荐迁移到G1（JDK 9 起默认）
今天新项目基本不该用 CMS 了，但理解它仍重要——很多老系统还在跑，而且 G1 的设计正是对 CMS 缺陷的回应。
七、承上启下
CMS 用「并发标记 + 标记清除」把老年代停顿降下来，却败给碎片。G1 的解决方案是：把堆切成小 Region，每次只回收价值最高的 Region，并在回收时做整理——既并发，又无碎片。
八、实战：一次 Concurrent Mode Failure 复盘
某电商服务，老年代 4G，CMSInitiatingOccupancyFraction=92。大促时突发流量，对象以 300MB/s 的速度晋升老年代。CMS 在 92%（约 3.7G）才启动并发标记，但标记+清除速度跟不上业务填充速度，老年代很快冲破上限 → 触发Concurrent Mode Failure→ 退化 Serial Old 全堆整理 →一次 2.3 秒的全局停顿，接口全部超时。
根因不是 CMS 不行，是触发阈值太高。把CMSInitiatingOccupancyFraction调到 70%，让 CMS 提前启动，并发阶段有充足时间跟上业务速度，问题消失。
九、CMS 与日志的对应
开启-XX:+PrintGCDetails后，CMS 的周期在日志里长这样：
CMS-initial-mark → CMS-concurrent-mark → CMS-concurrent-preclean → CMS-remark (STW) → CMS-concurrent-sweep → CMS-concurrent-reset看到concurrent mode failure字样，就对应上面的原罪 2，优先调低触发阈值。
十、CMS 废弃后的迁移路径
如果你的老系统还在用 CMS（-XX:+UseConcMarkSweepGC），JDK 14+ 会直接启动失败。迁移建议：
- 首选 G1：JDK 9+ 默认，几乎无需改业务代码，停顿通常比 CMS 更稳、无碎片。多数 CMS 应用平迁 G1 即可
- 低延迟需求迁 ZGC：若对停顿极敏感且能升 JDK 17/21，ZGC 是终极答案
- 保留 Parallel 的场景：纯吞吐批处理，且不想动 JDK，Parallel 也完全够用
迁移不是换个参数那么简单：要先在测试环境压测，对比停顿与吞吐，确认新收集器在你的真实负载下达标，再上生产。别信「换个收集器自动变快」的神话。
十一、CMS 并发模式失败深度剖析
Concurrent Mode Failure是 CMS 最典型的崩溃，值得深挖它的触发链：
- CMS 在老年代占用到
CMSInitiatingOccupancyFraction（默认 92%）时才启动并发周期 - 并发标记 + 并发清除期间，业务线程仍在疯狂分配，老年代持续被填充
- 如果填充速度 > 清除速度，老年代在周期结束前就见了底
- CMS 无力回天 → 冻结所有线程 → 退化成Serial Old做一次全堆、单线程、标记-整理的 Full GC
这次退化 Full GC 可能耗时数秒（堆越大越久），期间所有请求超时。根因不是 CMS 慢，是触发太晚 + 分配太快。把CMSInitiatingOccupancyFraction调到 70%~80%，让并发周期早启动、留足缓冲，就能避免。
总结
CMS 是低延迟的先驱：初始标记(STW) → 并发标记 → 重新标记(STW) → 并发清除，把大部分工作并发化。但它用标记-清除留下碎片，并发期间又可能并发失败，两者都逼它退化成 Serial Old。它的退役，恰好引出了下一篇的主角 G1。
