深入理解垃圾回收机制

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在V8原理中 22小节 有一些增量知识–回收效率

在JavaScript中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。

我们知道JavaScript的数据分为两类，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。

垃圾回收机制

栈中的数据是如何回收的

在blog中有关于介绍**执行上下文(调用栈)**的详细介绍，栈中的垃圾回收，我们通过一段代码来看一下

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function foo(){
 var a = 1
 var b = {name:" 极客邦 "}
 function showName(){
  var c = " 极客时间 "
  var d = {name:" 极客时间 "}
 }
 showName()
}
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-20210720151826588

当showName执行完毕，上下文需要切换至foo时，有一个记录当前执行状态的指针（称为 ESP）会下移指向foo函数的执行上下文，虽然showName的执行上下文未被摧毁，但是已经是无效内存了。因为如果当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

image-20210720152137737

结论

在栈空间中，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，顺带完成了栈空间的垃圾回收。

堆中的数据是如何回收的

继续上边代码的执行，当上面那段代码的 foo 函数执行结束之后，ESP 应该是指向全局执行上下文的，那这样的话，showName 函数和 foo 函数的执行上下文就处于无效状态了，不过保存在堆中的两个对象依然占用着空间，如下图所示：

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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

代际假说（The Generational Hypothesis），这是垃圾回收领域中一个重要的术语，后续垃圾回收的策略都是建立在该假说的基础之上的。

代际假说有以下两个特点：

  • 第一个是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；

  • 第二个是不死的对象，会活得更久。

分代收集

在 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。

  • 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。

统一的回收流程

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

  • 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。

  • 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。（副垃圾回收器不会产生内存碎片）

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：

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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角色翻转，这样就完成了垃圾对象的回收操作，同时这种角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。

复制操作需要时间成本，为了执行效率，一般新生区的空间会被设置得比较小

对象晋升策略

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

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长。

由于老生去对象比较大，不适合新生去的回收机制，主垃圾回收器是采用标记-清除算法

标记 - 清除

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（调用栈），在这个遍历过程中，能到达的元素称为活动对象，没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。

接下来就是垃圾的清除过程。它和副垃圾回收器的垃圾清除过程完全不同，你可以理解这个过程是清除掉红色标记数据的过程，可参考下图大致理解下其清除过程：

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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，于是又产生了另外一种算法——标记 - 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：

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全停顿

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）。

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一般来说是老生代的垃圾回收占用时间较长，新生代可以忽略不计。为了解决这个问题，V8使用了增量标记（Incremental Marking）算法。

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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。这样当执行复杂动画效果时，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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