本文目錄

• 1.JS引擎的內(nèi)存
• 2.新生代和老生代的內(nèi)存回收
• 3.可達(dá)性
• 4.兩個(gè)引用的情況
• 5.相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象
• 6.無(wú)法訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊
• 7.內(nèi)部算法
• 8.總結(jié)

1.JS引擎的內(nèi)存

JavaScript引擎的內(nèi)存空間主要分為棧和堆。
棧是臨時(shí)存儲(chǔ)空間，主要存儲(chǔ)局部變量和函數(shù)調(diào)用。
基本類型數(shù)據(jù)（Number, Boolean, String, Null, Undefined, Symbol, BigInt）保存在在棧內(nèi)存中。
引用類型數(shù)據(jù)保存在堆內(nèi)存中，引用數(shù)據(jù)類型的變量是一個(gè)指向堆內(nèi)存中實(shí)際對(duì)象的引用，存在棧中。
棧雖然很輕量，在使用時(shí)創(chuàng)建，使用結(jié)束后銷毀，但是不是可以無(wú)限增長(zhǎng)的，被分配的調(diào)用?？臻g被占滿時(shí)，就會(huì)引起”棧溢出“的錯(cuò)誤。
為什么基本數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)在棧中，引用數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)在堆中？
JavaScript引擎需要用棧來(lái)維護(hù)程序執(zhí)行期間的上下文的狀態(tài)，如果?？臻g大了的話，所有數(shù)據(jù)都存放在?？臻g里面，會(huì)影響到上下文切換的效率，進(jìn)而影響整個(gè)程序的執(zhí)行效率。

堆空間存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，大致可以劃分為下面 5 個(gè)區(qū)域：代碼區(qū)（Code Space）、Map 區(qū)(Map Space)、大對(duì)象區(qū)（Large Object Space）、新生代（New Space）、老生代（Old Space）。本篇文章主要討論新生代和老生代的內(nèi)存回收算法。
新生代內(nèi)存是臨時(shí)分配的內(nèi)存，存活時(shí)間段，老生代內(nèi)存是常駐內(nèi)存，存活時(shí)間長(zhǎng)。

2.新生代和老生代的內(nèi)存回收

新生代中用 Scavenge 算法來(lái)處理。所謂 Scavenge 算法，是把新生代空間對(duì)半劃分為兩個(gè)區(qū)域，一半是對(duì)象區(qū)域（from），一半是空閑區(qū)域 (to)。
新的對(duì)象會(huì)首先被分配到 from 空間，當(dāng)進(jìn)行垃圾回收的時(shí)候，會(huì)先將 from 空間中的 存活的對(duì)象復(fù)制到 to 空間進(jìn)行保存，對(duì)未存活的對(duì)象的空間進(jìn)行回收。
復(fù)制完成后， from 空間和 to 空間進(jìn)行調(diào)換，to 空間會(huì)變成新的 from 空間，原來(lái)的 from 空間則變成 to 空間。這種算法稱之為 ”Scavenge“。
新生代內(nèi)存回收頻率很高，速度也很快，但是空間利用率很低，因?yàn)橛幸话氲膬?nèi)存空間處于"閑置"狀態(tài)。

新生代中多次進(jìn)行回收仍然存活的對(duì)象會(huì)被轉(zhuǎn)移到空間較大的老生代內(nèi)存中，這種現(xiàn)象稱為晉升。
因?yàn)槔仙臻g較大，如果仍然用 Scavenge 算法來(lái)頻繁復(fù)制對(duì)象，那么性能開銷就太大了。
老生代采用的是”標(biāo)記清除“來(lái)回收未存活的對(duì)象。
分為標(biāo)記和清除兩個(gè)階段。標(biāo)記階段會(huì)遍歷堆中所有的對(duì)象，并對(duì)存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，清除階段則是對(duì)未標(biāo)記的對(duì)象進(jìn)行清除。
標(biāo)記清除不會(huì)對(duì)內(nèi)存一分為二，所以不會(huì)浪費(fèi)空間。但是經(jīng)過(guò)標(biāo)記清除之后的內(nèi)存空間會(huì)生產(chǎn)很多不連續(xù)的碎片空間，這種不連續(xù)的碎片空間中，在遇到較大的對(duì)象時(shí)可能會(huì)由于空間不足而導(dǎo)致無(wú)法存儲(chǔ)。
為了解決內(nèi)存碎片的問(wèn)題，需要使用另外一種算法 - 標(biāo)記-整理（Mark-Compact）。標(biāo)記整理對(duì)待未存活對(duì)象不是立即回收，而是將存活對(duì)象移動(dòng)到一邊，然后直接清掉端邊界以外的內(nèi)存。
為了避免出現(xiàn)JavaScript應(yīng)用程序與垃圾回收器看到的不一致的情況，進(jìn)行垃圾回收的時(shí)候，都需要將正在運(yùn)行的程序停下來(lái)，等待垃圾回收?qǐng)?zhí)行完成之后再回復(fù)程序的執(zhí)行，這種現(xiàn)象稱為“全停頓”。如果需要回收的數(shù)據(jù)過(guò)多，那么全停頓的時(shí)候就會(huì)比較長(zhǎng)，會(huì)影響其他程序的正常執(zhí)行。
為了避免垃圾回收時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響其他程序的執(zhí)行，V8將標(biāo)記過(guò)程分成一個(gè)個(gè)小的子標(biāo)記過(guò)程，同時(shí)讓垃圾回收和JavaScript應(yīng)用邏輯代碼交替執(zhí)行，直到標(biāo)記階段完成。我們稱這個(gè)過(guò)程為增量標(biāo)記算法。

3.可達(dá)性

JavaScript 中內(nèi)存管理的主要概念是可達(dá)性。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，“可達(dá)性” 值就是那些以某種方式可訪問(wèn)或可用的值，它們被保證存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

1. 有一組基本的固有可達(dá)值，由于顯而易見(jiàn)的原因無(wú)法刪除。例如:

• 本地函數(shù)的局部變量和參數(shù)
• 當(dāng)前嵌套調(diào)用鏈上的其他函數(shù)的變量和參數(shù)
• 全局變量
• 還有一些其他的，內(nèi)部的

上面這些值這些值稱為根。

2. 如果引用或引用鏈可以從根訪問(wèn)任何其他值，則認(rèn)為該值是可訪問(wèn)的。
   例如，如果局部變量中有對(duì)象，并且該對(duì)象具有引用另一個(gè)對(duì)象的屬性，則該對(duì)象被視為可達(dá)性， 它引用的那些也是可以訪問(wèn)的。
   JavaScript 引擎中有一個(gè)后臺(tái)進(jìn)程稱為垃圾回收器，它監(jiān)視所有對(duì)象，并刪除那些不可訪問(wèn)的對(duì)象。
   一個(gè)簡(jiǎn)單的例子
   下面是最簡(jiǎn)單的例子:

// user 具有對(duì)象的引用
let user = {
  name: "John"
};

2339205508.png

這里箭頭表示一個(gè)對(duì)象引用。全局變量“user”引用對(duì)象 {name:“John”} (為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，我們將其命名為John)。John 的 “name” 屬性存儲(chǔ)一個(gè)基本類型，因此它被繪制在對(duì)象中。

如果 user 的值被覆蓋，則引用丟失:

user = null;

2754125172.png

現(xiàn)在 John 變成不可達(dá)的狀態(tài)，沒(méi)有辦法訪問(wèn)它，沒(méi)有對(duì)它的引用。垃圾回收器將丟棄 John 數(shù)據(jù)并釋放內(nèi)存。

4.兩個(gè)引用的情況

現(xiàn)在讓我們假設(shè)我們將引用從 user 復(fù)制到 admin:

// user具有對(duì)象的引用
let user = {
  name: "John"
};

let admin = user;

2521562821.png

現(xiàn)在如果我們做同樣的事情:

user = null;

該對(duì)象仍然可以通過(guò) admin 全局變量訪問(wèn)，所以它仍會(huì)在內(nèi)存中。如果我們也覆蓋admin，那么它會(huì)變得不可達(dá)，然后被釋放。

5.相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象

現(xiàn)在來(lái)看一個(gè)更復(fù)雜的例子， family 對(duì)象：

function marry (man, woman) {
  woman.husban = man;
  man.wife = woman;

  return {
    father: man,
    mother: woman
  }
}

let family = marry({
  name: "John"
}, {
  name: "Ann"
})

函數(shù) marry 通過(guò)給兩個(gè)對(duì)象彼此提供引用來(lái)“聯(lián)姻”它們，并返回一個(gè)包含兩個(gè)對(duì)象的新對(duì)象。

產(chǎn)生的內(nèi)存結(jié)構(gòu):

2957464299.png

到目前為止，所有對(duì)象都是可訪問(wèn)的。

現(xiàn)在讓我們刪除兩個(gè)引用:

delete family.father;
delete family.mother.husband;

751991047.png

僅僅刪除這兩個(gè)引用中的一個(gè)是不夠的，因?yàn)樗袑?duì)象仍然是可訪問(wèn)的。

但是如果我們把這兩個(gè)都刪除，那么我們可以看到 John 不再有傳入的引用:

2488601557.png

輸出引用無(wú)關(guān)緊要。只有傳入的對(duì)象才能使對(duì)象可訪問(wèn)，因此，John 現(xiàn)在是不可訪問(wèn)的，并將從內(nèi)存中刪除所有不可訪問(wèn)的數(shù)據(jù)。
垃圾回收之后：

2964376557.png

6.無(wú)法訪問(wèn)的數(shù)據(jù)塊

有可能整個(gè)相互連接的對(duì)象變得不可訪問(wèn)并從內(nèi)存中刪除。

源對(duì)象與上面的相同。然后:

family = null;

內(nèi)存中的圖片變成:

166343030.png

這個(gè)例子說(shuō)明了可達(dá)性的概念是多么重要。

很明顯，John和Ann仍然鏈接在一起，都有傳入的引用。但這還不夠。

“family”對(duì)象已經(jīng)從根上斷開了鏈接，不再有對(duì)它的引用，因此下面的整個(gè)塊變得不可到達(dá)，并將被刪除。

7.內(nèi)部算法

基本的垃圾回收算法稱為“標(biāo)記-清除”，定期執(zhí)行以下“垃圾回收”步驟:

• 垃圾回收器獲取根并“標(biāo)記”(記住)它們。
• 然后它訪問(wèn)并“標(biāo)記”所有來(lái)自它們的引用。
• 然后它訪問(wèn)標(biāo)記的對(duì)象并標(biāo)記它們的引用。所有被訪問(wèn)的對(duì)象都被記住，以便以后不再訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象兩次。
• 以此類推，直到有未訪問(wèn)的引用(可以從根訪問(wèn))為止。
• 除標(biāo)記的對(duì)象外，所有對(duì)象都被刪除。

這就是垃圾收集的工作原理。JavaScript引擎應(yīng)用了許多優(yōu)化，使其運(yùn)行得更快，并且不影響執(zhí)行。
一些優(yōu)化:

• 分代回收——對(duì)象分為兩組:“新對(duì)象”和“舊對(duì)象”。許多對(duì)象出現(xiàn)，完成它們的工作并迅速結(jié)束 ，它們很快就會(huì)被清理干凈。那些活得足夠久的對(duì)象，會(huì)變“老”，并且很少接受檢查。
• 增量回收——如果有很多對(duì)象，并且我們?cè)噲D一次遍歷并標(biāo)記整個(gè)對(duì)象集，那么可能會(huì)花費(fèi)一些時(shí)間，并在執(zhí)行中會(huì)有一定的延遲。因此，引擎試圖將垃圾回收分解為多個(gè)部分。然后，各個(gè)部分分別執(zhí)行。這需要額外的標(biāo)記來(lái)跟蹤變化，這樣有很多微小的延遲，而不是很大的延遲。
• 空閑時(shí)間收集——垃圾回收器只在 CPU 空閑時(shí)運(yùn)行，以減少對(duì)執(zhí)行的可能影響。

8.總結(jié)

1.什么是垃圾
一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有被引用的對(duì)象就是垃圾，就是要被清除， 有個(gè)例外如果幾個(gè)對(duì)象引用形成一個(gè)環(huán)，互相引用，但根訪問(wèn)不到它們，這幾個(gè)對(duì)象也是垃圾，也要被清除。
2.如何檢垃圾
常見(jiàn)的一種算法就是 標(biāo)記-清除 算法。