从Js到V8引擎：垃圾回收

研究JS的垃圾回收机制，其实就是研究JS所运行时环境的内存管理机制。从原生JS的垃圾回收机制，再到V8引擎所使用的新的回收机制，每一种机制都值得拿出来探究，本文以图文的形式争取让大家理解。

垃圾回收常见的几个算法（机制）

1. 引用计数
2. 标记清除
3. 标记清除整理
4. Cheney算法：目前V8引擎新生代垃圾回收

我们来逐个讲解。

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JS的垃圾回收机制

Js的垃圾回收机制主要分为两个：

• 标记清除法
• 引用计数法

前置概念：什么是循环引用：

循环引用非彼for循环。

循环引用指的是两个或多个对象之间相互引用对方，形成一个闭环的引用链。举例说，对象 A 引用了对象 B，而对象 B 也引用了对象 A，这样就形成了循环引用。

// 定义一个构造函数 Node 表示节点
function Node() {
  this.neighbors = []
}
// 实例两个节点： left 和 right 
let left = new Node()
let right = new Node()
// 循环引用
left.neighbors.push(right)
right.neighbors.push(left)

// 现在 left 和 right 形成了循环引用
// 即使将它们设置为 null，也无法解除循环引用
left = null
right = null

标记清除法

这是Js垃圾回收机制中最常用的一种算法。

1. 阶段一： 标记阶段

   1. 垃圾回收器会从跟对象（可以理解为全局对象和当前执行上下文的局部变量？）开始，遍历所有。
   2. 在遍历的过程中，会先给所有对象来标记一个状态，假设 1 所示在使用。

2. 阶段二：清除标记

   1. 垃圾回收器会检查一边所有的对象（遍历），如果发现某个对象没被标记为 1 而是 0 （没被使用）
   2. 它会把所有标记为 0 的对象删除，释放内存。

这种方法的优点是能够有效处理循环引用的问题，因为只要对象被标记为 0 ，就会被回收，不管在不在循环体中。

引用计数

引用计数是一种较为简单的垃圾回收策略，因为简单，所以天然但存在一些缺陷，对于一些循环引用的对象难以处理。

1. 阶段一： 引用计数机制：

   1. 每个对象都有一个引用计数器属性（在原型链上），这个属性记录有多少个其他对象在引用它。
   2. 当一个新引用指向该对象时，引用计数器加一；当一个引用被删除时，引用计数器减一。

2. 阶段二：回收阶段

   1. 对于哪些引用计数为 0 的对象，js就会判定他为未被引用，然后删除它。

无论是标记清除还是引用计数法，都是原生的JS的垃圾回收机制。他们天然存在一些缺陷。

• 引用计数法： 对循环引用无法处理。
• 标记清除法：存在暂停时间长、内存碎片以及非实时性问题。

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上面既然说了 原生Js 对于垃圾回收机制存在缺陷 ，那么这些问题要怎么解决？其实强大的 V8引擎 就提出了新的方法和管理模式来对内存进行更准确地管理

V8 引擎中的垃圾回收机制

V8 引擎是 Google 开发的高性能 JavaScript 和 WebAssembly 引擎，广泛应用于 Chrome 浏览器和 Node.js 中。为了提升垃圾回收的效率和减少对应用程序性能的影响，V8 引擎对 JavaScript 的垃圾回收机制进行了多种优化。

关于V8有很多的地方可以研究，我们就来探究它对于垃圾回收的优化。

分代垃圾回收

V8引擎把内存划分为两块（Chenney算法）：新生代、老生代。

1. 新生代

   1. 存放一些生命周期比较短的对象。
   2. 用了特殊的算法：通过复制收集机制，将还在存活的对象从一个空间复制到另外一个空间，没有被复制的对象（未使用的）就会被回收。
   3. 这个特殊的算法执行时间短，成本低，新生代对象存活时间比较短，回收频率高。

2. 老生代

   1. 存放一些生命周期较长的对象。
   2. 使用标记-清除和标记-压缩算法。
   3. 标记-清除：遍历并标记活跃对象，然后清除未标记的对象。
   4. 标记-压缩：在清除阶段后进行内存整理，将存活对象压缩到内存的一端，以减少内存碎片。

很抽象，较难理解。。。

1. 初始时，新生代空间存在1，2，3三个对象，占用空间大小我们用矩形面积来表示。这个时候新增变量 4，但是原先内存空间因为不连续，导致4放不下。

2. 于是，复制算法作用下，将新生代和即将加入的 4 复制放入到 老生代空间，并用进行了重排。

3. 复制收集完成后，（交换空间）将老生代和新生代互换，等下下次对象的变化。

以上只是新生代和老生代转变重排的示例，在接下来的循环中，新老生代中复制收集算法、标记清除算法同时生效。将不活跃的老生代清除掉，来释放空间。

V8在垃圾回收时用到的机制：

1. 增量标记：将标记阶段分成多个小步骤，逐步完成标记过程。
2. 并发标记： 在后台线程中执行标记操作，不阻塞主线程。
3. 延迟清理： 在标记阶段完成后，并不立即进行全部清理操作。而是将清理操作分散到后续的内存分配过程中，这样可以平摊清理成本，避免一次性清理带来的性能开销。
4. 并行 清理： 在多个线程中并行执行清理操作。
5. 内存 压缩： 将存活对象移动到内存的另一端，释放出连续的大块内存空间。

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Cheney算法

上面说到，V8把内存划分为两块，其实这其中用到了Chenney算法：一种高效的垃圾回收算法，属于复制收集（Copying Collection）技术的一种。

Cheney算法将内存分成两个半空间，分别称为"从空间"（From-space）和"到空间"（To-space）。

浅谈Cheney算法原理

1. 初始化： 所有对象最初都分配在"从空间"中。

2. 复制阶段：从根对象开始，遍历所有可达对象，将它们从"从空间"复制到"到空间"。

3. 更新阶段： 在复制过程中，更新所有对象的引用，以确保它们指向"到空间"中的新对象。

4. 交换空间： 完成复制后，交换"从空间"和"到空间"的角色，原来的"到空间"变为新的"从空间"，所有存活对象现在都在这个空间中，原来的"从空间"则可以完全清空。