JavaScript垃圾回收机制：你的代码为何需要V8引擎的神秘清道夫？

导言：

欢迎来到JavaScript垃圾回收的神秘世界！如果你是一位刚刚踏入前端编程大门的小白，或许曾经好奇过你的JavaScript代码是如何处理内存和垃圾回收的。在这篇博客中，我们将揭开JavaScript垃圾回收的面纱，深入了解V8引擎是如何扮演清道夫的角色，确保你的代码运行得更加顺畅。无需担心复杂的技术术语，我们将以简单易懂的方式一步步展开，让你对JavaScript垃圾回收有一个清晰的认识。让我们开始这场关于V8引擎的探索之旅吧！

1. JavaScript内存管理概述

在探索V8引擎的垃圾回收之前，我们首先来了解JavaScript的内存管理。JavaScript是一门动态弱类型的高级语言，其内存空间主要分为栈和堆。栈用于存放基本数据类型，而堆则负责引用类型的数据。

栈（Stack）： 栈是调用栈的概念，存放着执行上下文，通过一个ESP指针指向当前正在执行的上下文。当指针从一个上下文移动到另一个时，上一个执行上下文就被销毁回收，对应的局部活动对象也随之销毁。

堆（Heap）： 堆存放引用类型的数据，这些数据在内存中分配了地址。由于引用类型的数据需要垃圾回收器来管理，我们将重点关注堆的内存管理。

在JavaScript中，垃圾回收的概念基于"可触及性（Reachability）"，即什么样的值被认为是可访问、可用的。根据引用链，被全局变量、当前函数的局部变量和参数引用的值被称为根，它们是"可触及"的值，不会被删除。其他值的可触及性取决于是否被根及其引用链引用。

JavaScript引擎的垃圾回收器监控着所有对象，当对象不可触及时，垃圾回收机制会将其删除并释放内存。

在我们深入V8引擎的垃圾回收机制之前，这是我们对JavaScript内存管理的简要概述。接下来，我们将更详细地了解V8引擎是如何处理这个过程的。

2. V8垃圾回收概述

现在我们深入研究V8引擎的垃圾回收机制，这是Chrome浏览器中运行JavaScript代码的引擎。V8采用了一些先进的垃圾回收技术，以优化内存管理和提高性能。

2.1 代际假说

V8引擎基于"代际假说"进行垃圾回收，这个理论的核心思想是：

大部分对象在内存中存在的时间很短，很多对象一经分配就很快变得不可访问。
不死的对象，会存活更久。

基于这个理论，V8将堆内存划分为两个主要区域：新生代和老生代。

2.2 堆的划分

新生代（New Generation）： 存放存活时间较短的对象，大小约为1~8MB。
老生代（Old Generation）： 存放存活时间较长的对象，其容量可以相对较大。

2.3 垃圾回收器

V8引擎使用两个主要的垃圾回收器：

副垃圾回收器： 主要负责新生代的垃圾回收。采用Scavenge算法，通过将空间分为对象区域和空闲区域，对新生代进行高效的垃圾清理。这包括标记垃圾对象、清理非活动对象、进行内存整理等步骤。
主垃圾回收器： 针对老生代区域，采用标记-清除算法。由于老生代中的对象较大且存活时间长，清理过程中可能产生内存碎片。为了解决这个问题，V8引擎还使用标记-整理算法，通过将存活对象向一端移动，然后清理掉端边界的垃圾数据，减少内存碎片。

2.4 全停顿

由于JavaScript运行在主线程上，执行垃圾回收算法会导致脚本执行暂停，这种行为称为"全停顿"（Stop-The-World）。为了降低影响，V8引擎采用增量标记算法，将垃圾回收标记和JavaScript应用逻辑交替进行，直到标记阶段完成。

3. 副垃圾回收器（新生代）

JavaScript中的垃圾回收机制是由V8引擎自动执行的，而新生代的垃圾回收由副垃圾回收器负责。本节将深入探讨副垃圾回收器的工作原理和执行流程，以帮助初学者更好地理解V8引擎中新生代的垃圾回收过程。

javascript 复制代码

let youngObj = { value: 'I am in the new generation!' };

3.1 Scavenge算法

副垃圾回收器使用的是Scavenge算法，这是一种专门针对新生代区域的垃圾回收算法。Scavenge算法的主要步骤包括：

对象区域和空闲区域： 新生代区域被划分为两个部分，一个是对象区域，用于存放新加入的对象；另一个是空闲区域，用于存放经过垃圾回收后的存活对象。
垃圾清理过程： 当对象区域满时，进行垃圾清理。首先，对对象区域中的垃圾进行标记。然后，将清理后存活的对象复制到空闲区域。在这个过程中，对象被有序地排列，完成了内存整理的动作。
角色翻转： 完成垃圾回收后，角色翻转，即交换对象区域和空闲区域的角色，使得垃圾回收得以完成。

3.2 对象晋升策略

新生代空间不宜设置过大，因为新生代的垃圾回收特点是每次都要将存活对象从对象区域复制到空闲区域，这涉及到复制操作的时间成本。为了解决新生代空间过快装满的问题，V8引擎采用了对象晋升策略。具体而言，如果一个对象经过两次垃圾回收后仍然存活，它就会从新生代晋升到老生代。

通过这些机制，副垃圾回收器有效地管理新生代的内存，确保垃圾对象得到及时清理，同时通过对象晋升策略，有效减少了对新生代空间的频繁回收，提高了性能。

4. 主垃圾回收器（老生代）

老生代的垃圾回收由主垃圾回收器负责，这是V8引擎中的关键组成部分。在这一部分，我们将深入研究主垃圾回收器的工作原理，了解它是如何处理老生代内存的垃圾回收的。主垃圾回收器处理老生代的垃圾回收，使用标记-清除和标记-整理算法。这里有一个简单的示例：

javascript 复制代码

function createLongLivedObject() {
  return { data: 'I am a long-lived object!' };
}

let oldObj = createLongLivedObject();

4.1 标记-清除算法

主垃圾回收器采用的是标记-清除算法，该算法分为两个主要阶段：标记阶段和清除阶段。

1.标记阶段：从根元素开始，主垃圾回收器遍历所有可访问的对象，将它们标记为活动对象。例如，在一个包含对象引用的图结构中，假设有一个全局变量 user 指向一个用户对象：

css 复制代码

javascriptCopy code
let user = {
  name: 'John',
  address: {
    city: 'New York',
    zip: '10001'
  }
};

清除阶段： 完成标记阶段后，主垃圾回收器遍历整个老生代内存空间，清除所有未被标记的对象。例如，如果我们设置 user 为 null：

javascript 复制代码

user = null;

清除阶段将识别 user 不再引用用户对象，于是该用户对象被标记为垃圾对象并在清除阶段释放内存。

4.2 标记-整理算法

老生代中的标记-整理算法是为了解决标记-清除算法可能产生的内存碎片问题。在标记-整理算法中，清除阶段不直接清除垃圾对象，而是让存活的对象向内存的一端移动，然后清理掉移动后端的所有垃圾对象。通过这种方式，内存中的存活对象被紧凑地排列在一起，减少了内存碎片的产生。

4.3 增量标记算法

由于JS运行在主线程上，执行垃圾回收算法会导致JavaScript脚本的全停顿（Stop-The-World），尤其是老生代的回收需要的时间更长。为了减小全停顿的影响，V8引擎使用增量标记算法。这个算法将标记过程分为多个子标记过程，让垃圾回收标记和JavaScript应用逻辑交替进行。这样，即使在垃圾回收过程中，也能够保持一定程度的应用程序响应性。

4.4 全停顿

全停顿是指在执行垃圾回收算法时，需要将正在执行的JavaScript脚本暂停，待垃圾回收完毕后再恢复脚本执行。老生代的全停顿影响较大，因此V8引擎采取了增量标记算法来减小全停顿的时长，提高应用程序的性能。

结语

通过这篇博客，我们深入探讨了JavaScript内存管理及V8垃圾回收机制的核心概念。对于初学者而言，理解这些概念有助于更好地利用内存、提高代码性能，以及避免潜在的内存泄漏问题。

我们首先对JavaScript内存管理进行了概述，明确了栈和堆的作用，以及垃圾回收的必要性。随后，我们聚焦于V8引擎，介绍了代际假说的理论基础，并分别深入研究了新生代和老生代的垃圾回收策略。

在新生代，副垃圾回收器采用Scavenge算法，通过对象的复制和整理实现高效的垃圾回收。我们了解了新生代的特点，包括对象晋升和空间的有限性。

而在老生代，主垃圾回收器运用标记-清除和标记-整理算法，解决了存活时间较长的对象的回收问题。我们深入研究了标记阶段和清除阶段的执行流程，并介绍了增量标记算法的应用，减小全停顿对应用程序性能的影响。

最后，我们强调了对于刚学习JavaScript的小白而言，理解垃圾回收的核心原理是建立对语言整体工作机制的重要一步。通过这样的了解，不仅可以写出更优雅、高效的代码，还能更好地应对潜在的性能问题。

希望这篇博客对你有所帮助，为你在前端编程的学习之路上提供了一些有价值的知识。如果你对于JavaScript、V8引擎或垃圾回收还有更多疑问，不妨深入学习，探索更多的编程奥秘。祝愿你编写出优雅而高效的JavaScript代码，享受编程的乐趣！