分代式垃圾回收算法

根据对象的存活时间将内存的垃圾回收进行不同的分代，分别对不同的分代采取更高效的算法。

新生代与老生代

1. 新生代中的对象为存活时间较短的对象；
2. 老生代中的对象为存活时间较长的对象；
3. V8堆的整体大小就是新生代加老生代的内存空间。

Scavenge算法

什么是Scavenge算法呢？

新生代对象主要通过scavenge算法，采用复制的方式实现的垃圾回收算法。它将堆内存一分为二，一个处于正在使用中，另一个处于闲置状态。正在使用中的semispace空间称为Form空间，处于闲置状态的空间称为To空间。当我们分配对象的时候，先是在Form空间中进行分配。当开始垃圾回收的时候，会检查From空间中的存活对象，这些存活对象将会被复制到To空间，而非存活对象将会被释放。完成复制后，Form空间和To空间的角色将会发生对换。

优点？缺点?

• 缺点是空间利用率低，只能使用堆内存中的一半；
• 优点是时间效率高，因为只复制存活的对象，新生代中的对象存活时间短，适合这个算法。

晋升

什么是晋升？

在scavenge过程中，From空间中的存活对象将会复制到To空间中去，然后将Form空间和To空间进行翻转。、From空间中的存活对象在复制到To空间之前需要进行检查。在满足一定条件下，需要将存活周期长的对象移动到老生代中，也就是完成对象晋升。

晋升的条件

1. 对象是否经历过Scavenge
2. To空间的内存占用比超过限制（25%）

Mark-Sweep算法

对于老生代中存活时间较长的对象采用Mark-Sweep 与 Mark-Compact相结合的方式进行垃圾回收。

什么是Mark-Sweep？

Mark-Sweep（标记清除算法），它分为标记和清除两个阶段。在标记阶段遍历堆中的所有对象，并标记活着的对象，在接下来的清除阶段中，只清除没有被标记的对象。老生代中存活对象多，存活时间长所以采用Mark-Sweep算法对非存活对象进行清除。

具体流程，我们可以这样理解：

在标记前，垃圾回收器会将所有的数据设置为白色，然后回收器从根节点开始遍历，把所有能访问到的数据标记为黑色，遍历结束后，标记为黑色的就是存活的活动对象，而白色就是待清理的非存活对象。

Mark-compact算法

上面提到的标记清除算法会带来一个问题：内存碎片。

在进行一次标记清除回收后，内存空间会出现不连续的状态，对后续的内存分配造成问题。为了解决内存碎片问题，Mark-compact（标记整理）算法被提出来，标记整理算法是在Mark-Sweep（标记清除）算法进行后对存活的对象进行整理，将存活对象往一端移动，移动完成后，直接清理掉边界外的内存。 下面的图片为Mark-Compact完成标记并移动存活对象后的示意图，白色格子为存活对象，深色格子为死亡对象，浅色格子为空闲对象。

全停顿

什么是全停顿？

在垃圾回收的过程中为了保证回收的正确性，需要将JavaScript应用逻辑暂停下来，等到垃圾回收执行完成后再恢复JavaScript应用逻辑，这种行为被称为全停顿。

在新生代和老生代的垃圾回收过程中，V8采用并行回收的机制，也就是说在主线程之外开启多个辅助线程帮助垃圾回收，达到减少回收时间的目的。

但是这也带来了一些问题，并行回收对于新生代能够进行较好的优化，但是老生代中存放的都是存活时间长，容量大的对象，进行一次全停顿会带来明显的卡顿，用户体验并不好。 从2011年开始，就以上问题V8采用增量标记算法（Incremental Marking）。

Incremental Marking

Incremental Marking（增量标记算法），就是将一次完整的垃圾回收拆分为许多小的“步进”，让垃圾回收与应用逻辑交替执行。

暂停的垃圾回收过程该如何无缝衔接般的恢复呢？—— 三色标记法

在Mark-Sweep算法中我们知道可以把对象设置为黑色和白色进行区分，但是在Incremental Marking算法中，垃圾回收器暂停后重新启动，如何找到上次停顿的位置成了问题。为了解决这个问题，V8采用了三色标记法，每个对象都有两个标记位和一个标记工作表来实现标记，标记位的颜色分为白色、灰色、黑色。

1. 白色是未标记的对象；
2. 黑色是自身和成员变量都被标记的对象；
3. 灰色是自身被标记，但是所属的成员变量未被标记。

以下是该算法的执行过程：

1. 一开始所有对象都是白色，从根节点开始遍历，先把遇到的这组对象标记为灰色并推入标记工作表中；
2. 当回收器从标记工作表中弹出对象并访问它的引用对象时，将其自身由灰色转变为黑色，并将下一个引用对象转为灰色；
3. 直到遍历到了尽头，剩下的白色对象就是需要被清理的目标。如果中途遇到了暂停，我们可以通过寻找灰色的对象节点来恢复执行。

写屏障

假设在增量标记的暂停过程中，标记好的对象引用发生了变化该怎么办呢？

如下图所示，在增量标记的暂停过程中，标记好的对象引用发生了变化。将B指向C的引用改成了B指向D，由于B已经是黑色了，所以标记阶段结束前垃圾回收器都不会再对B进行检测，D将一直是白色直到这次GC结束被回收。

所以V8引入了写屏障的机制，每当引用发生变化时，如果有黑色对象指向白色对象，该机制会强制将白色对象改成灰色，从而保证下一次增量标记的正确性。