這篇文章主要介紹 V8 的內存管理和垃圾回收知識。

V8 內存管理及垃圾回收機制淺析

由于 V8 引擎的原因，Node 在操作大內存對象時受到了一些限制，在 64 位的機器上，默認最大操作的對象大小約為 1.4G，在 32 位的機器上，默認最大操作的對象大小約為 0.7G。
如果我們的 Node 程序會經常操作一些大內存的對象，可以對這個默認值進行修改：

node --max-old-space-size=1700 index.js
node --max-new-space-size=1024 index.js

其中，max-old-space-size 表示設置老生代內存空間的最大容量，max-new-space-size 表示這只新生代內存空間的最大容量。但這兩個值也是有上限的，不能無限設置，其中老生代內存空間最大的值約為 1.7G，新生代最大內存空間約為 1.0G。
至于新生代和老生代，這是 V8 對內存的一個分類，后文再介紹。
回到操作大內存對象的問題，如果 1.7G 的內存還是不夠大怎么辦呢？要知道 1.7G 是在 V8 引擎層面上做出的限制，要想避開這種限制，我們可以使用 Buffer 對象，Buffer 對象的內存分配在 C++ 層面進行，不受 V8 引擎限制。
注：通過 process.memoryUsage() 方法可以用來查看 V8 引擎的內存使用量，通過 os.totalmem() 方法和 os.freemem() 方法分別可以查看操作系統(tǒng)的總內存和空閑內存。

// 查看 V8 的內存使用情況
process.memoryUsage()
{ 
  rss: 31469568,
  heapTotal: 7708672,
  heapUsed: 5152856,
  external: 8609 
}

// 查看操作系統(tǒng)總內存
os.totalmem()
8279511040
// 查看操作系統(tǒng)的空閑內存
os.freemem()
1610977280

通過上面幾個方法獲取到的內存都是以字節(jié)為單位。

新生代和老生代

V8 將內存分為兩類：新生代內存空間和老生代內存空間，新生代內存空間主要用來存放存活時間較短的對象，老生代內存空間主要用來存放存活時間較長的對象。對于垃圾回收，新生代和老生代有各自不同的策略，下面依次進行介紹。

新生代垃圾回收

新生代內存中的垃圾回收主要通過 Scavenge 算法進行，具體實現(xiàn)時主要采用了 Cheney 算法。Cheney 將內存空間一分為二，每部分都叫做一個 Semispace，這兩個 Semispace 一個處于使用，一個處于閑置。處于使用中的 Semispace 也叫作 From，處于閑置中的 Semispace 也叫作 To。
在垃圾回收運行時時，會檢查 From 中的對象，當某個對象需要被回收時，將其留在 From 空間，剩下的對象移動到 To 空間，然后進行反轉，將 From 空間和 To 空間互換。進行垃圾回收時，會將 To 空間的內存進行釋放，如下圖所示：

新生代垃圾回收.png

簡而言之，就是 From 空間中存放不需要被回收的對象，To 空間中存放需要被回收的對象，當垃圾回收運行時，將 To 空間中的對象全部進行回收。

新生代對象的晉升

前面說過，新生代內存空間用來存放存活時間較短的對象，老生代內存空間用來存放存活時間較長的對象。新生代中的對象可以晉升到老生代中，具體有兩種方式：

1. 在垃圾回收的過程中，如果發(fā)現(xiàn)某個對象之前被清理過，那么會將其晉升到老生代內存空間中
2. 在 From 空間和 To 空間進行反轉的過程中，如果 To 空間中的使用量已經超過了 25%，那么就將 From 中的對象直接晉升到老生代內存空間中

老生代垃圾回收

說完新生代的垃圾回收，再來看下老生代中的垃圾回收。首先，老生代內存空間和新生代內存空間的結構不一樣，其是一個連續(xù)的結構，而不像新生代內存空間那樣分為 From 和 To 兩個部分：

老生代內存空間.png

老生代內存空間中的垃圾回收有標記清除（Mark Sweep）和標記合并（Mark Compact）兩種方式。

Mark Sweep

Mark Sweep 是將需要被回收的對象進行標記，在垃圾回收運行時直接釋放相應的地址空間，如下圖所示(紅色的內存區(qū)域表示需要被回收的區(qū)域)：

標記清除.png

如上圖所示，使用 Mark Sweep 進行垃圾回收會產生一個問題，就是垃圾回收后內存會出現(xiàn)不連續(xù)的情況，為了解決這個問題，出現(xiàn)了 Mark Compact 方案。

Mark Compact

Mark Compact 的思想有點像新生代垃圾回收時采取的 Cheney 算法：將存活的對象移動到一邊，將需要被回收的對象移動到另一邊，然后對需要被回收的對象區(qū)域進行整體的垃圾回收。

標記合并.png

上圖展示了在老生代內存空間使用 Mark Compact 進行垃圾回收的過程。

總結

本文主要簡單介紹了 Node 的內存管理和垃圾回收相關的知識：

• V8 的大對象操作限制問題和解決方案
• 獲取內存使用量的幾個方法
• 新生代和老生代的概念
• 新生代和老生代的垃圾回收方案

附：參考資料
V8的垃圾回收機制與內存限制
node 內存限制的問題
node內存控制

完。