CMS(Concurrent Mark Sweep)和旧的GC(垃圾收集)算法的主要区别在于并发收集特性、暂停时间控制、资源消耗以及算法复杂度。CMS旨在减少垃圾收集时的停顿时间，采用并发标记和并发清除来实现，而旧的GC算法，如标记-清除（Mark-Sweep）或者复制（Copy）算法，则在执行垃圾收集时需要暂停所有应用线程。 其中并发收集特性是CMS与旧GC算法最根本的区别。
CMS通过并发标记和并发清除的方式，达到了减少垃圾收集过程中应用暂停时间的目的。在并发阶段，应用线程和垃圾收集线程可以同时运行，不必等到整个堆被标记和清除后才恢复应用线程。这对于要求高响应时间的应用来说是极大的优势。然而，CMS对CPU资源的要求较高，在并发阶段会与应用线程竞争CPU资源。此外，CMS无法处理浮动垃圾（在并发清除阶段产生的垃圾），可能会导致频繁的Full GC。
一、并发收集特性
CMS算法最显著的特点就是它允许垃圾收集线程与应用线程同时工作，极大地减少了垃圾收集时的停顿时间。在CMS的周期中，大部分的垃圾收集过程都与应用线程并发执行，减少了应用的停顿时间。
- 初始化标记（Initial Mark）：这个阶段需要暂停所有的应用线程，但是与旧的GC算法相比，此时停顿的时间非常短。只标记GC Roots能直接关联到的对象。
- 并发标记（Concurrent Mark）：在此阶段，CMS并发地标记出所有可达对象。在这个过程中，并不需要暂停应用线程，从而减少停顿时间。
二、暂停时间控制
与传统的GC算法（如标记-清除或复制算法）相比，CMS的设计目标是尽可能减少垃圾收集造成的停顿时间。
- 减少全面垃圾收集（Full GC）的发生：通过并发清理垃圾，CMS试图避免全堆垃圾收集带来的长时间停顿。
- 增量式垃圾收集：CMS提供了增量式收集（iCMS）选项，通过分批次执行垃圾收集，进一步降低停顿时间，但这可能会增加总体的垃圾收集开销。
三、资源消耗
CMS算法在减少停顿时间的同时，增加了对计算资源的需求，特别是CPU资源。
- 并发执行增加CPU负载：在并发标记和清除阶段，垃圾收集线程需要与应用线程一起竞争CPU资源。
- 内存碎片：由于CMS采用的是标记-清除算法，清除后会留下不连续的空闲空间，长期使用可能会导致内存碎片化，影响性能。
四、算法复杂度
CMS算法相对于旧的GC算法更为复杂，管理开销也相应增加。
- 实现复杂性：CMS的并发标记和清除算法，在实现上比起传统的标记-清除或者复制算法复杂得多。
- 浮动垃圾处理：CMS在并发清除阶段产生的浮动垃圾，需要在下一次垃圾收集时处理，这增加了管理的复杂度。
总体来说，CMS算法为了减少应用的停顿时间，牺牲了CPU资源和增加了实现的复杂度。对于实时性要求高的应用，CMS提供了更平滑的性能表现，但这也伴随着更高的资源消耗和更复杂的垃圾收集管理。
相关问答FAQs：
Q1: CMS算法和旧的GC算法有哪些不同？
A1: 了解CMS算法和旧的GC算法的不同之处对于理解垃圾收集技术的演变非常重要。最早期的GC算法是标记-清除算法，它会暂停程序的执行，标记与存活对象相关的内存块，然后清除未被标记的内存块。而CMS（Concurrent Mark-Sweep）算法是一种使用分代回收和并发标记技术的改进型垃圾收集算法。
Q2: CMS算法与旧的GC算法相比有什么优势？
A2: CMS算法相较于旧的GC算法有几个明显的优势。首先，CMS算法采用并发标记技术，可以在垃圾收集的同时允许程序继续执行，从而减少了程序的停顿时间。其次，CMS算法使用分代回收，可以根据对象的存活周期将内存划分为多个代，并对每个代采用不同的收集策略，提高了垃圾收集的效率。此外，CMS算法还引入了增量更新技术，可以将标记过程分成多个阶段，使得单次标记过程的开销更小。
Q3: CMS算法如何解决旧的GC算法的问题？
A3: 旧的GC算法存在着较长的停顿时间，对于需要实时响应的应用而言是不可接受的。而CMS算法通过并发标记技术，使得垃圾收集与程序执行可以并行进行，极大地降低了停顿时间。另外，CMS算法采用分代回收策略，将内存划分为多个代，可以根据对象的存活周期采用不同的收集策略，提高了垃圾收集的效率。通过这些优化措施，CMS算法成功地解决了旧的GC算法在停顿时间和性能方面的问题。
