V8 垃圾回收机制浅析

前端小闲鱼
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V8 是一款由 Google 开发的高性能 JavaScript 引擎，用于解释执行 JavaScript 代码。在 JavaScript 中，由于无法手动管理内存，所以需要一种垃圾回收机制来自动释放不再使用的内存空间。

需要回收的‘垃圾’

  • 程序中不再使用的对象
function func() {
    name = 'lg'
    return `${name} is a coder`
}
func()
  • 程序中不能再访问的对象
function func() {
    const name = 'lg'
    return `${name} is a coder`
}
func()

常见的垃圾回收算法

垃圾回收算法是计算机科学中一种非常重要的技术，它主要用于自动管理内存。常见的垃圾回收算法包括以下几种：引用计数、标记请除、标记整理。

引用计数

引用计数算法是一种垃圾回收算法，它基于对象的引用计数来判断对象是否还在使用中。具体来说，当一个对象被创建时，它的引用计数为 1，当它被另一个对象引用时，它的引用计数会增加 1，当一个对象的引用计数为 0 时，说明它已经没有被引用，可以被垃圾回收器回收。

引用计数算法的优点包括：

  1. 实时性：由于引用计数算法可以立即回收不再使用的对象，所以它可以及时释放内存，减少内存的浪费和碎片。
  2. 简单高效：引用计数算法实现简单，可以实现高效的内存回收。

但是引用计数算法也有一些缺点，包括：

  1. 循环引用问题：引用计数算法无法解决循环引用问题。当两个对象相互引用时，它们的引用计数永远不会为 0，导致它们永远不会被回收。
  2. 开销大：引用计数算法需要维护每个对象的引用计数，对于多线程和跨进程的应用来说，这个开销会非常大。

因此在现代的垃圾回收算法中已经很少使用了。

标记-清除（Mark-Sweep）算法

标记-清除（Mark-Sweep）算法是一种基于对象是否可达来进行垃圾回收的算法。具体来说，它将对象分为两类：可达对象和不可达对象。首先，它会从根对象开始遍历整个对象图，将所有可达对象标记为“存活”，然后扫描整个堆，将未被标记的对象清除掉。

image.png

标记-清除算法的优点包括：

  1. 不会产生内存碎片：标记-清除算法不会移动对象，因此不会产生内存碎片。
  2. 相对简单：标记-清除算法相对于其他算法来说比较简单。

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但是标记-清除算法也有一些缺点，包括：

  1. 效率低：标记-清除算法需要对整个堆进行扫描，对于大型对象或大量对象的情况，垃圾回收的效率会非常低。
  2. 空间利用率低：标记-清除算法可能会出现内存碎片，导致空间利用率低。
  3. 暂停时间长：在执行标记和清除过程中，垃圾回收器会停止应用程序，这会导致暂停时间较长，影响应用程序的响应性。

综上所述，标记-清除算法在一些场景下具有一定的优势，例如对于生命周期较长的对象或需要保持对象顺序的场景。但是对于大量对象或大型对象的场景，它的效率会比较低，并且可能会产生内存碎片。因此在实际应用中，一般会结合其他垃圾回收算法来使用。

标记整理算法

它是标记请除算法的增强版本。通过将存活的对象向堆的一端移动，然后清除掉堆尾的所有对象来实现垃圾回收。具体来说，标记整理算法会将所有存活对象标记，并将它们移动到堆的一端，然后将堆端以外的所有对象清除掉。

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标记整理算法的优点包括：

  1. 不会产生内存碎片：与标记-清除算法不同，标记整理算法可以将存活对象移动到一端，然后将堆端以外的所有对象清除掉，因此不会产生内存碎片。
  2. 效率较高：标记整理算法在执行时只需要对存活对象进行移动和清除操作，相对于标记-清除算法来说，效率会更高。
  3. 空间利用率较高：标记整理算法可以使得存活对象紧凑地排列在一起，从而提高空间利用率。

但是标记整理算法也有一些缺点，包括：

  1. 需要移动对象：标记整理算法需要将存活对象移动到一端，这会导致一定的开销。
  2. 暂停时间长：在执行标记和整理过程中，垃圾回收器会停止应用程序，这会导致暂停时间较长，影响应用程序的响应性。

V8 垃圾回收

V8 引擎采用了现代的、基于内存分代的垃圾回收机制，它将内存分为两个部分：新生代和老生代。

新生代垃圾回收 image.png

新生代垃圾回收主要处理新创建的对象，这些对象往往很快就会变得不再使用。V8 引擎使用了 复制算法与标记整理算法来实现新生代垃圾回收。将新生代内存空间分为两个区域：From 空间和 To 空间。当 From 空间被填满时，V8 就会启动垃圾回收过程，将 From 空间中的存活对象复制到 To 空间中，然后清空 From 空间。最后，From 空间和 To 空间交换，To 空间变成新的 From 空间。这样，新生代垃圾回收就完成了。

老生代对象 老生代垃圾回收通常比新生代垃圾回收要复杂。V8 引擎采用了两种不同的算法来实现老生代垃圾回收：标记请除和标记整理算法

V8 引擎首先将所有对象标记为未标记。然后，从根对象（如全局变量、当前执行的函数、执行栈等）开始遍历所有对象，将能够访问到的对象标记为已标记。最后，V8 引擎清除所有未标记的对象，并将它们的内存空间加入空闲链表中，以便下次分配对象时使用。

在 标记整理算法中，V8 引擎首先将所有对象标记为未标记。然后，从根对象开始遍历所有对象，将能够访问到的对象标记为已标记。接着，V8 引擎将所有已标记的对象移动到内存的一端，从而在内存中创建了一个连续的区域。最后，V8 引擎清除所有未标记的对象，并将它们的内存空间加入空闲链表中，以便下次分配对象时使用。

V8 引擎采用了许多优化措施来提高老生代垃圾回收的效率。其中一个重要的优化措施是增量标记。在增量标记中，V8 引擎会将垃圾回收过程分成多个阶段，每个阶段只标记一部分对象。这样，垃圾回收的过程可以与应用程序同时进行，避免了长时间的阻塞。

image.png

另一个优化措施是并发标记。在并发标记中，V8 引擎将标记对象的任务交给后台线程进行处理，同时应用程序可以继续执行。这样，垃圾回收过程不会阻塞应用程序的执行，从而提高了整体的性能。

内存限制和内存泄漏

V8 引擎中的内存限制是通过两个参数进行控制的：--max-old-space-size 和 --max-new-space-size。--max-old-space-size 参数控制老生代区域的最大内存大小，--max-new-space-size 参数控制新生代区域的最大内存大小。当内存占用超过这些限制时，V8 引擎就会触发垃圾回收。

内存泄漏是一种常见的问题，它可能导致应用程序占用过多的内存，从而降低系统的性能。在 V8 引擎中，内存泄漏通常是由于对全局变量、闭包等长期存在的对象的引用没有被正确地释放导致的。为了避免内存泄漏，开发人员需要注意对对象的引用计数，及时释放不再使用的对象。

总结

V8 引擎采用了先进的垃圾回收机制来管理内存。新生代垃圾回收和老生代垃圾回收都采用了不同的算法，可以针对不同类型的对象进行处理。在垃圾回收过程中，V8 引擎采用了许多优化措施来提高性能，如增量标记、并发标记等。同时，开发人员需要注意内存限制和内存泄漏问题，以保证应用程序的性能和稳定性。

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