nodejs 学习7：nodejs中的内存

一江东流水
5 阅读8分钟

GC 是什么

GC = Garbage Collection 垃圾回收。

大部分后端语言（Java、Go、Node.js、Python 等）都自带 GC，程序运行时会创建很多对象，不用了就变成 “垃圾”，GC 负责把它们清理掉，释放内存。

正常情况下，GC 偶尔跑一次，几乎无感。

频繁的 GC，GC 跑得太勤、太久，CPU 大量被占用，业务逻辑被打断。

频繁 GC 的话，你会看到这些现象：

  • 接口响应突然变慢、超时变多

  • CPU 使用率居高不下

  • 日志里大量 GC 相关记录

  • 内存忽高忽低，一直降不下去

本质：CPU 都在 GC，没在执行业务代码。

常见原因有以下几种：

  • 内存不够用：堆内存设置太小，刚创建对象就满了，GC 被迫一直跑。

  • 内存泄漏：本该回收的对象被一直引用着（比如缓存没清理、线程池没释放、全局 List 无限加数据），GC 清不掉，只能反复尝试。

  • 一次性加载太多数据：一次查几万、几十万条数据库数据到内存，直接撑爆

  • 缓存无限制增长：本地缓存、List、Map 无限往里塞，不淘汰、不清理，直接触发 GC

如果垃圾一直清理不掉，会怎么样呢？

就会OOM = Out Of Memory。

  • 频繁 GC：拼命打扫，想腾出点内存
  • OOM：打扫到最后也没空间了，程序直接崩溃

就是系统告诉你：实在没内存可用了，我扛不住了，退出吧。

OOM 会发生什么？

  • 服务直接挂掉、重启

  • 接口疯狂报错、超时

  • 日志里出现类似：JavaScript heap out of memory

它们之间的关系如下：

  1. 代码有问题 → 内存慢慢涨

  2. 内存快满 → 频繁 GC

  3. GC 也回收不动 → OOM 崩溃

所以：看到频繁 GC，就是预警；一旦出现 OOM，就是已经炸了。

nodejs的内存管理

Node.js 的内存 = V8 堆内存 + 堆外内存。

JS 代码能直接控制的只有V8 堆，GC 也只管这里。

其他内存（Buffer、Stream、TCP 缓冲区）GC 管不着，得靠你自己小心。

① V8 堆内存（Heap）—— 你写的 JS 都在这

存放：

  • 对象、数组、字符串
  • 闭包、作用域
  • 函数、原型
  • req/res 等对象

特点：

  • 由 V8 自动 GC 回收
  • 有默认上限（64 位默认约 2GB）
  • 内存满了 → 频繁 GC → 再满 → OOM 崩溃

V8 堆内部又分两块（GC 的核心）：

新生代（New Space）—— 小对象、短命对象

  • 很小，默认 16~32MB
  • 存放临时变量、函数内临时对象
  • GC 跑得非常频繁（Minor GC）
  • 速度极快，几乎无感

老年代（Old Space）—— 活的久的对象

  • 很大，默认最大 1.5 ~ 2GB
  • 存放：全局对象、缓存、长生命周期对象
  • GC 跑得慢（Major GC / Full GC）
  • 一旦频繁 FullGC，服务就卡

V8 GC 是个清洁工，只做一件事：找出没人用的对象，清理，腾出空间。

怎么判断对象没人用？

很简单：

  • 从全局作用域出发
  • 顺着引用链找
  • 找不到的对象 = 垃圾
  • 找到的 = 还活着，不能删

对象怎么进入老年代？

在新生代熬过几次 GC 还没死 → 晋升到老年代。

所以：

  • 临时变量 → 新生代 → 很快被清
  • 全局缓存、长生命周期对象 → 老年代 → 很难清

② 堆外内存（Off-Heap）——GC 管不到

存放：

  • Buffer（大部分）
  • 文件流、TCP 连接
  • 内核缓冲区（收发缓冲区）
  • C++ 扩展模块

特点：

  • 不受 V8 GC 管理
  • 不占堆内存
  • 但会吃系统内存
  • 爆了一样 OOM

什么是内存泄漏？

本该被回收的对象，因为被意外引用，变成回收不了。

内存一直涨 → 涨满 → OOM。

最常见 4 种泄漏：

  1. 全局变量滥用：全局对象永远不会被回收；

  2. 闭包意外持有大对象

  3. 定时器 / 监听器没清理

  4. Buffer 被缓存起来不释放：堆外内存也会泄漏

泄漏表现：

  • heapUsed 一直涨不回落
  • 频繁 FullGC
  • 越来越慢，最后 OOM

怎么看 Node 内存？

console.log(process.memoryUsage());

{ 
    rss: 123456789, // 进程总占用内存（系统视角） 
    heapTotal: 9876543, // V8 堆总申请大小 
    heapUsed: 7654321, // ✅ JS 实际使用内存（GC 管这里） 
    external: 1234567 // ✅ 堆外内存（Buffer 等） 
}

线上看内存，只要记住三句话：

  1. heapUsed 平稳不持续上涨 = 健康

  2. 持续上涨不回落 = 内存泄漏

  3. external 异常大 = Buffer 没释放

什么是缓冲区 Buffer?

一块在内存里专门放二进制数据的临时空间，这个临时空间就是 Buffer。

你可以把它理解成：

  • 前端里的 Array 是放数字、字符串的
  • Node 里的 Buffer 就是专门放字节的数组

它干的事就一个：在内存里先把数据存起来，攒够了 / 准备好了再一次性处理。

你去接水：

  • 水龙头一直滴水（数据流）
  • 你拿个桶先接着
  • 接满了再一次性倒进锅里

这个 桶 就是 Buffer。

  • 没有桶：水洒一地（数据丢了）
  • 有桶：攒一波再处理（高效、不丢失）

所以：Buffer = 内存里装二进制数据的桶

为什么要有 Buffer？

下面用一个TCP连接来讲清楚Buffer有什么作用。

前端发起请求 → 建立 TCP 连接 → 这个连接到底存在哪、由谁管。

TCP 连接，既不存在前端，也不存在你的 Node 代码里，而是存在【操作系统内核】里。

你的 Node.js 只是向操作系统 “申请” 了一个连接的 “句柄” ，真正的连接队列、TCP 状态、缓冲区，全在内核。

你（浏览器）打电话给服务器（Node）：

  • 电话线路接通 = TCP 连接
  • 这条线路不在你手机里，也不在对方手机里
  • 而在 电信运营商的交换机里（操作系统内核）

你和服务器只是各拿了一个 听筒 ，这个听筒在 Node 里就叫：socket（套接字）。

1. 浏览器发起 TCP 连接

浏览器 → 网络 → 到达服务器网卡→ 交给 操作系统内核（Linux/Windows 内核）

内核做了这些事：

  • 建立 TCP 连接（三次握手）
  • 维护连接状态：ESTABLISHED、TIME_WAIT 等
  • 维护 接收缓冲区、发送缓冲区
  • 维护一个 连接表（tcp hash table）

这张连接表，就是所有 TCP 连接真正存放的地方。

接收缓冲区（Recv Buffer） ：操作系统帮你 暂存收到的数据 的地方。

浏览器 → 网线 → 服务器网卡 → 内核，数据来了，但你的 Node 代码还在忙别的事，没空读。

操作系统就说：

没事，我先帮你存着。

这个 “帮你存着” 的地方，就是：接收缓冲区。

作用：

  1. 浏览器发数据，不管你 Node 忙不忙，内核先收下
  2. 存在接收缓冲区
  3. 等 Node 空闲了，再从内核读走（读到你代码里的 Buffer）

满了会怎样？

缓冲区满了 → 内核告诉浏览器：别发了，我装不下了→ 浏览器就会暂停发送（TCP 滑动窗口）

这就是流量控制。

发送缓冲区（Send Buffer） ：操作系统帮你 排队要发出去的数据 的地方。

你 Node 代码要给浏览器返回一大段数据：“把这个 10MB 文件返回给前端！”

操作系统不会直接一股脑扔到网线上，而是：

  1. 先把数据放进 发送缓冲区
  2. 内核自己一点点通过网卡发出去
  3. 发成功一批，就从缓冲区删掉一批

作用：

  • 让你的代码不用关心网络快慢
  • 你只管往缓冲区扔数据
  • 内核负责慢慢发、重传、保证可靠

满了会怎样？

你写得太快，内核发得太慢 →发送缓冲区满了 →你的 write() 操作会 阻塞 / 返回等待

这就是为什么高并发下会出现卡顿、backpressure。

2. Node.js 拿到的是什么？

Node 拿到的不是连接本身，而是一个 文件描述符（fd） ，一个数字，比如 fd=10。

你代码里的：

  • req.socket
  • net.Socket
  • http 请求里的连接对象

都只是对内核连接的引用，不是连接本体。

Linux 里，一切皆文件。TCP 连接 = 一个文件。

文件描述符 = 连接的 “编号”。系统限制每个进程最多能开多少个编号，这就是 fd 上限。

在 Linux：

  • 默认每个进程最多开 1024 个 fd，可以改配置 ulimit -n 65535 开大一点。
  • 一个 TCP 连接占 1 个 fd
  • 连接达到 1024 个后
  • 新连接直接报错：Too many open files

这就叫 文件描述符耗尽。

Buffer 和 OOM、GC 有什么关系？

TCP 连接本身 不占 V8 堆内存，所以不会触发 GC，但每个连接会占内核内存 + 少量 Node 描述符内存，连接太多会导致系统内存上涨，从而导致系统 OOM。

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