V8垃圾回收原理

背景介绍

V8是Google的Chrome浏览器中的JS引擎，实现了ECMAScript规范，寄生于浏览器环境中，负责解释执行JS以及执行垃圾回收。

JS中垃圾回收是自动执行的，不需要开发人员手动去执行。

JS中什么时候触发垃圾回收：

块级作用域(如函数)中定义的数据，在块级作用域失效后就会被回收
失活的对象会被回收

NOTE

具体的回收时间是不固定的不是说失活的对象会被立即回收。毕竟垃圾回收也是在渲染进程的主线程上运行的，和JS代码是互斥的。

function test() {
  const a = 123
  return a
}
test()
// test执行完成之后，a会被回收

let obj = new Array()
obj = {}
// new Array()会被回收

常见回收算法

ECMAScript规范并没有明确说明JS引擎应该用什么算法来回收垃圾，不过一般有几种常见的算法。

引用计数

堆中的对象有一个引用计数器，被初始化赋值后计数器就置为1，有其他地方引用后，计数器加1；引用失效后，计数器减1。

var obj = new Object() // 计数器1

var otherObj = obj // 计数器加1 为2

otherObj = null // 引用失效 计数器减1，为1

obj = null // 引用失效 计数器减1，为0

当计数器为0时，就会被当做垃圾进行回收。

优点

计算器实现简单，判断效率高，性能也比较好。

缺点

每次更新计数器，增加了时间开销。最大的缺点是无法处理循环引用的问题。

循环引用时，互相引用的变量会导致计数器无法清空，即使对象已经不可访问，会导致内存泄露。解决方法就是使用弱引用，这样不会计数。

根搜索Tracing Collector(可访问性)

GC Roots Set根集

可访问的引用集合。该集合中的引用变量可以访问到对象属性以及调用对象方法。

根搜索算法是以一系列的GC Roots对象为起点，递归遍历找到所有的可访问节点。

如果一个对象从GC Roots找不到时，说明该对象不可访问，是一个垃圾数据。

循环引用时，Roots Set是一个图，其余情况是一个树形结构。

以下对象可以当做根节点：

栈中所有正在运行的引用变量
所有全局对象和全局变量
所有内置对象

大致流程是这样的：内存中对整个堆进行遍历，从GC Roots根对象开始，然后递归遍历所有可到达的对象，可访问的对象标记为存活状态。

NOTE

GC判断对象是否可访问，判断的是强应用，弱引用不会判断。

V8的垃圾回收算法思路

V8采用的是可访问性(reachability)算法，具体如下：

通过GC Roots标记内存空间中的活动对象和非活动对象 简单而言就是从一个根对象出发，遍历所有的对象，将可以遍历到的对象标记为活动对象，对于不可遍历到的对象称为非活动对象。垃圾回收的就是非活动对象

根对象可能是(不仅是)：
全局window对象
文档DOM树
存放栈上变量

回收非活动对象的空间：标记完成之后，统一回收非活动对象的空间。
内存整理频繁的垃圾回收之后，可能会造成很多不连续的内存空间，这些不连续的内存空间称为内存碎片。但是有的垃圾回收可能并不会导致内存碎片，所以这一步可选

V8的垃圾回收具体实现

代际假说(The Generational Hypothesis)

代际假说是垃圾回收领域的一个术语，主要有两个特点：

大部分对象都是"朝生夕死"的。大部分对象在内存中存在的时间都是很短的，随着函数或代码的执行完毕，会很快被销毁。
不死的对象，会存活的更久。

简单总结一下就是：大部分的对象是会很快被回收的，如果没有被回收大概率会存活很久。

V8的垃圾回收架构

V8根据代际假说，将堆分为两个区域，一个新生代young space，一个老生代old space。新生代中容量较小，一般只有1-8M，存放一些生存时间较短的对象；老生代中容量比较大，存放生存时间较长或者占用空间很大的对象

根据堆的不同，会有两个垃圾回收器，主垃圾回收器以及副垃圾回收器

主垃圾回收器-Major GC，负责回收老生代中的数据
副垃圾回收器-Minor GC，负责回收新生代中的数据

副垃圾回收器

新生代中存放的一些生存时间较短的对象，所以会有频繁的垃圾回收

采用Scavenge算法来处理，将新生代对半划分为两个区域，一个区域叫做对象区from-space，一个区域叫做空闲区to-space。等到对象区快要被填满时，就执行一次垃圾回收。在垃圾回收时，首先对对象区域中的垃圾数据进行标记；标记完成之后，进入垃圾清理阶段，将非垃圾数据复制一份按一定顺序存入空闲区域，这样既完成了清理垃圾也完成了内存整理的工作；然后将对象区域清空掉，再将对象区域和空闲区域调换位置。这种角色互换可以让这两块区域重复使用

新生代区域中执行垃圾回收，会有一次复制操作，会很耗时，这也是为什么新生代空间不能设置太大的原因之一，还有一个原因是，内存小就很容易被占满，垃圾回收的频率会比较高

此外，还有一个对象晋升策略，对于经过了两次垃圾回收的对象，会转入老生代中存储

主垃圾回收器

老生代中存放一些大对象和生存时间较长的对象

主垃圾回收器采用的是标记-清除/标记-整理算法来进行垃圾回收

标记-清除：

标记阶段从根元素(GC Roots对象)开始，遍历元素，能到达的元素标记为活动对象，不能到达的元素称为非活动对象
清理阶段主垃圾回收器会直接清除掉垃圾数据

不过这样会产生大量的内存碎片，所以又引入了一个标记-整理算法来清除内存碎片：标记阶段和标记-清除算法一致，但是清理阶段不会直接清除数据，而是将活动对象全部移向同一端，然后直接清空掉另一端的空间

标记-整理

总结

V8的垃圾回收是基于代际假说的，分为主垃圾回收器和副垃圾回收器两种

副垃圾回收器采用Scavenge算法，分为对象区域和空闲区域，等待对象区域满了之后执行垃圾回收，标记垃圾对象，将非垃圾对象复制到空闲区域，然后将两个区域调换达到复用的目的；

主垃圾回收器采用标记-清除/标记-整理算法，标记阶段从根元素开始对元素遍历，将元素分为活动对象和非活动对象，清理阶段直接将非活动对象清除，但是这样会导致大量的内存碎片。所以有了标记-整理算法，不同之处在于清理阶段不会直接清除非活动对象，而是将活动对象全都移到同一侧，将另一侧的空间清除掉，达到了清理和整理两个目的

V8垃圾回收原理 ​

背景介绍 ​

常见回收算法 ​

引用计数 ​

优点 ​

缺点 ​

根搜索Tracing Collector(可访问性) ​

GC Roots Set根集 ​

V8的垃圾回收算法思路 ​

V8的垃圾回收具体实现 ​

代际假说(The Generational Hypothesis) ​

V8的垃圾回收架构 ​

副垃圾回收器 ​

主垃圾回收器 ​

总结 ​