2023年你还不懂V8垃圾回收机制?

盐焗小星球
349 阅读7分钟

JavaScript使用的是自动垃圾回收的策略，产生的垃圾数据是由垃圾回收器来释放的，并不需要手动通过代码来释放。

function foo(){
    var a = 1
    var b = {name:"foo"}
    function bar(){
      var c = 2
      var d = {name:"bar"}
    }
    bar()
}
foo()

当执行到第6行代码时，其调用栈和堆空间状态图如下所示：

image.png

调用栈回收数据

内存里有一个记录当前执行状态的指针（称为ESP），它指向当前调用栈中正在执行的执行上下文，这也是能快速切换执行上下文的原因。

接着往下执行，当bar函数执行完成之后，函数执行流程就进入了foo函数。JavaScript会将ESP下移到foo函数的执行上下文，这个下移操作就是销毁bar函数执行上下文的过程。此时bar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上下文。

image.png

堆中回收数据

当foo函数执行结束之后，ESP指向全局执行上下文了。此时bar函数和foo函数的执行上下文就处于无效状态，不过保存在堆中的两个对象依然占用着空间 image.png 要回收堆中的垃圾数据，就需要用到JavaScript中的垃圾回收器了。

代际假说与分代收集

代际假说

代际假说有以下两个特点：

  • 大部分对象在内存中存在的时间很短，简单来说，就是很多对象一经分配内存，很快就变得不可访问；
  • 不死的对象，会活得更久，如window

分代收集

V8中会把堆分为新生代和老生代两个区域，新生代中存放的是生存时间短的对象，老生代中存放的生存时间久的对象。

新生区通常只支持1～8M的容量，而老生区支持的容量就大很多了。对于这两块区域，V8分别使用两个不同的垃圾回收器：

  • 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。

垃圾回收器的工作流程

不论什么类型的垃圾回收器，它们都有一套共同的执行流程。

  1. 标记空间中存活对象(还在使用的对象)和非存活对象
  2. 回收非存活对象所占据的内存
  3. 内存整理。频繁回收对象后，内存中可能就会存在大量不连续空间，也就是内存碎片（并不是所有垃圾回收器都会产生内存碎片）。当内存中出现大量内存碎片，这时如果需要分配较大连续内存的时候，就可能出现内存不足的情况。

副垃圾回收器

副垃圾回收器主要负责新生区的垃圾回收。大多数小对象都会被分配到新生区，所以这个区域虽然不大，但是垃圾回收比较频繁的。

副垃圾回收器采用Scavenge算法来，是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 image.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:

  1. 对对象区域中的垃圾做标记，区分出存活对象
  2. 副垃圾回收器会把这些存活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
  3. 将对象区域与空闲区域进行角色翻转，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

这里我们来回答几个问题

新生区会用完吗?

由于在进行清理时，空闲区和对象区会进行翻转，所以这两块区域可以无限重复使用，新生区也就会无限使用

为什么新生区比较小?

每次在进行清理时，都需要将存活对象复制到空闲区域。如果新生区空间设置得太大了，那么每次清理的时间长效率低，一般新生区的空间会被设置得比较小。

新生区很小那不是很容易满?

是的。新生区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，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。

新生区有内存碎片吗?

不会产生内存碎片。

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。它有两个特点：

  • 对象占用空间大
  • 对象存活时间长

标记-清除

主垃圾回收器是采用标记-清除算法

  1. 标记阶段: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，能到达的元素称为存活对象，没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。

对于上面代码，当bar函数执行结束之后，ESP向下移动，指向foo函数执行上下文。这时候遍历调用栈，是不会找到引用1003地址的变量，也就意味着1003这块数据为垃圾数据，被标记为红色。由于1050这块数据被变量b引用了，所以这块数据会被标记为存活对象

  1. 清除阶段:它和副垃圾回收器的垃圾清除过程完全不同，可以理解成清除如下红色标记数据的过程 image.png

标记-整理

对一块内存多次执行标记-清除后会产生大量不连续的内存碎片。所以又用到了标记-整理算法

  1. 标记阶段:与标记-清除算法一样
  2. 整理阶段:标记后不是为了清理，而是让所有存活对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存：

image.png

优化

全停顿

我们知道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，都需要将正在执行的JavaScript暂停下来，待垃圾回收完毕后再恢复执行。我们把这种行为叫做全停顿（Stop-The-World）。

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。但老生代可能会过久占用主线程时间，如下图花费了200毫秒。在这200毫秒内，主线程是不能做其他事情的。比如页面正在执行一个JavaScript动画，此时就会导致这个动画在这200毫秒内无法执行，造成页面的卡顿现象。

image.png

增量标记

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

image.png

使用增量标记算法，可以把一个完整的垃圾回收任务拆分为很多小的任务，这些小的任务执行时间比较短，可以穿插在其他的JavaScript任务中间执行，这样当执行上述动画效果时，就不会让用户因为垃圾回收任务而感受到页面的卡顿了。

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