13垃圾回收机制如何回收

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原始数据类型是存储在栈空间中的,引用类型的数据是存储在堆空间中的栈空间。

有些数据被使用之后,可能就不再需要了,我们把这种数据称为垃圾数据垃圾。

如果这些垃圾数据一直保存在内存中,那么内存会越用越多,所以我们需要对这些垃圾数据进行回收,以释放有限的内存空间对这些垃圾数据

不同语言的垃圾回收策略

垃圾数据回收分为手动回收手动回收和自动回收自动回收两种策略

手动垃圾回收c++

char *p = (char *)malloc(1023);

// 使用指针

free(p);
p = NULL;

C++用的是手动垃圾回收,用的时候开辟内存空间用完了自己回收如果没有回收就会造成内存泄漏。

自动垃圾回收 另外一种使用的是自动垃圾回收的策略,如JavaScript、Java、Python等语言,产生的垃圾数据是由垃圾产生的垃圾数据是由垃圾回收器来释放的回收器来释放的,并不需要手动通过代码来释放。

因为数据是存储在栈和 堆两种内存空间中的,所以接下来我们就来分别介绍“栈中的垃圾数据”和“堆中的垃圾数据”是如何回收的。

调用栈中的数据是如何回收的?

function foo(){
    var a = 1;
    var b = {name:"x"};
    function showName(){
        var c = "x"
        var d = {name:"x"}
    }
}

截屏2023-05-10 下午8.24.27.png 左边的是栈空间,右边的对空间

从图中可以看出,原始类型的数据被分配到栈中,引用类型的数据会被分配到堆中。当foo函数执行结束之后,foo函数的执行上下文会从堆中被销毁掉,那么它是怎么被销毁的呢?下面我们就来分析一下。

录当前执行状态的指针(称为ESP)ESP)栈顶指针,指向调用栈中showName函数的执行上下文,表示当前正在执行showName函数。

接着,当showName函数执行完成之后,函数执行流程就进入了foo函数,那这时就需要销毁showName函数的执行上下文了。ESP这时候就帮上忙了,JavaScript会将ESP下移到foo函数的执行上下文,这个下移操这个下移操作就是销毁showName函数执行上下文的过程作就是销毁showName

截屏2023-05-10 下午8.29.56.png

从图中可以看出,当showName函数执行结束之后,ESP向下移动到foo函数的执行上下文中,上面showName的执行上下文虽然保存在栈内存中,但是已经是无效内存了。比如当foo函数再次调用另外一个函数时,这块内容会被直接覆盖掉,用来存放另外一个函数的执行上下文。

所以说,当一个函数执行结束之后,JavaScript引擎会通过向下移动ESP来销毁该函数保存在栈中的执行JavaScript引擎会通过向下移动ESP来销毁该函数保存在栈中的执行上下文上下文。

堆中的数据是如何回收的? 当栈中的ESP指针移动后栈的空间都释放了,但是有个问题堆中的对象相当于没有被引用者了,这些空间如何回收?

截屏2023-05-10 下午8.34.12.png

从图中可以看出,1003和1050这两块内存依然被占用。要回收堆中的垃圾数据,就需要用到JavaScript中要回收堆中的垃圾数据,就需要用到JavaScript中的垃圾回收器了的垃圾回收器了。

代际假说和分代收集

代际假说

有两个特点,1.对象在内存的生存周期很短,刚被分配就很快变的不可访问。2.不死活的更久。

代际假说不仅仅是用于JS,也是用于PY JAVA。

通常,垃圾回收算法有很多种,但是并没有哪一种能胜任所有的场景,你需要权衡各种场景,根据对象的生存周期的不同而使用不同的算法,以便达到最好的效果。

所以,在V8中会把堆分为新生代新生代和老生代老生代两个区域,新生代中存放的是生存时间短的对象,老生代中存放新生代中存放的是生存时间短的对象,老生代存在时间长的,或者大对象。

新生代一般在1-8M的大小,老生代的空间就大的多。

对于这两块区域,V8分别使用两个不同的垃圾回收器,以便更高效地实施垃圾回收。

副垃圾回收器,主要负责新生代的垃圾回收。

主垃圾回收器,主要负责老生代的垃圾回收。

不管什么垃圾回收器,他们都有一套功能的回收流程。

第一步是标记空间中活动对象和非活动对象。所谓活动对象就是还在使用的对象,非活动对象就是可以进行垃圾回收的对象。【三色法】后面讲解。 【标记】。

第二步是回收非活动对象所占据的内存。其实就是在所有的标记完成之后,统一清理内存中所有被标记为可回收的对象。

第三步是做内存整理。一般来说,频繁回收对象后,内存中就会存在大量不连续空间,我们把这些不连续的内存空间称为内存碎片内存碎片。当内存中出现了大量的内存碎片之后,如果需要分配较大连续内存的时候,就有可能出现内存不足的情况。所以最后一步需要整理这些内存碎片,但这步其实是可选的,因为有的垃圾回收器不会产生内存碎片,比如接下来我们要介绍的副垃圾回收器。

【标记】【清理】【整理】

副垃圾回收器

副垃圾回收器主要负责新生区的垃圾回收。而通常情况下,大多数小的对象都会被分配到新生区,所以说这个区域虽然不大,但是垃圾回收还是比较频繁的。

新生代中用Scavenge算法Scavenge算法来处理。所谓Scavenge算法,是把新生代空间对半划分为两个区域,一半是对象区域,一半是空闲区域,如下图所示

截屏2023-05-10 下午9.18.02.png

新加入的对象都会存放到对象区域,当对象区域快被写满时,就需要执行一次垃圾清理操作。

在垃圾回收过程中,首先要对对象区域中的垃圾做标记;标记完成之后,就进入垃圾清理阶段,副垃圾回收器会把这些存活的对象复制到空闲区域中,同时它还会把这些对象有序地排列起来,所以这个复制过程,也就相当于完成了内存整理操作,复制后空闲区域就没有内存碎片了。

完成复制后,对象区域与空闲区域进行⻆色翻转,也就是原来的对象区域变成空闲区域,原来的空闲区域变成了对象区域。这样就完成了垃圾对象的回收操作,同时这种⻆色翻转的操作还能让新生代中的这两块区域⻆色翻转的操作还能让新生代中的这两块区域无限重复使用下去无限重复使用下去。

由于新生代中采用的Scavenge算法,所以每次执行清理操作时,都需要将存活的对象从对象区域复制到空闲区域。但复制操作需要时间成本,如果新生区空间设置得太大了,那么每次清理的时间就会过久,所以为为了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小。

也正是因为新生区的空间不大,所以很容易被存活的对象装满整个区域。为了解决这个问题,JavaScript引擎采用了对象晋升策略对象晋升策略,也就是经过两次垃圾回收依然还存活的对象,会被移动到老生区中。

主垃圾回收器

主垃圾回收器主要负责老生区中的垃圾回收。除了新生区中晋升的对象,一些大的对象会直接被分配到老生区。因此老生区中的对象有两个特点,一个是对象占用空间大,另一个是对象存活时间⻓

老生区的对象比较大,若要在老生区中使用Scavenge算法进行垃圾回收,复制这些大的对象将会花费比较多的时间,从而导致回收执行效率不高,同时还会浪费一半的空间。因而,主垃圾回收器是采用标记-清除(Mark-Sweep)的算法进行垃圾回收的

首先是标记过程阶段。标记阶段就是从一组根元素开始,递归遍历这组根元素,在这个遍历过程中,能到达的元素称为活动对象活动对象,没有到达的元素就可以判断为垃圾数据垃圾数据

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截屏2023-05-10 下午9.32.28.png

上面的标记过程和清除过程就是标记-清除算法,不过对一块内存多次执行标记-清除算法后,会产生大量不连续的内存碎片。而碎片过多会导致大对象无法分配到足够的连续内存,于是又产生了另外一种算法⸺标记-整理(Mark-Compact)记-整理(Mark-Compact),这个标记过程仍然与标记-清除算法里的是一样的,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。你可以参考下图:

截屏2023-05-10 下午9.33.38.png

全停顿

现在你知道了V8是使用副垃圾回收器和主垃圾回收器处理垃圾回收的,不过由于JavaScript是运行在主线程之上的,一旦执行垃圾回收算法,都需要将正在执行的JavaScript脚本暂停下来,待垃圾回收完毕后再恢复脚本执行。我们把这种行为叫做全停顿(Stop-The-World)

比如堆中的数据有1.5GB,V8实现一次完整的垃圾回收需要1秒以上的时间,这也是由于垃圾回收而引起JavaScript线程暂停执行的时间,若是这样的时间花销,那么应用的性能和响应能力都会直线下降。主垃圾回收器执行一次完整的垃圾回收流程如下图所示:

截屏2023-05-10 下午9.35.29.png

在V8新生代的垃圾回收中,因其空间较小,且存活对象较少,所以全停顿的影响不大,但老生代就不一样了。如果在执行垃圾回收的过程中,占用主线程时间过久,就像上面图片展示的那样,花费了200毫秒,在这200毫秒内,主线程是不能做其他事情的。比如⻚面正在执行一个JavaScript动画,因为垃圾回收器在工作,就会导致这个动画在这200毫秒内无法执行的,这将会造成⻚面的卡顿现象。

为了降低老生代的垃圾回收而造成的卡顿,V8将标记过程分为一个个的子标记过程,同时让垃圾回收标记和JavaScript应用逻辑交替进行,直到标记阶段完成,我们把这个算法称为增量标记

截屏2023-05-10 下午9.37.27.png

拆成若干小人穿插执行。

内存泄漏排查方式 1、开发工具内存快照看看是否持续增加。