请你介绍一下javascript v8是如何进行垃圾回收的？

本文会详细介绍垃圾回收的各个知识点，祝你面试成功。

为什么需要垃圾回收？

核心问题 ：

JavaScript 在运行时需要动态分配内存（如创建对象、数组等），但开发者无法手动释放内存，因此必须依赖自动内存管理机制。

手动 vs 自动：

手动管理
- （如 C/C++）：通过 malloc/free 直接控制内存，高效但容易出错（内存泄漏、野指针）
自动管理
- （如 JavaScript）：由引擎自动追踪"不再使用的内存"并回收，安全但有一定性能开销

V8 的内存分代假说

关键洞察 ：

V8 将堆内存分为 新生代（New Space） 和 老生代（Old Space） ，基于两个观察：

大多数对象"朝生夕死" （如函数内的临时变量）
存活时间长的对象会持续存活（如全局变量）

内存分区：

新生代 ：存放新创建的小对象（默认 1~8MB），使用 Scavenge 算法快速回收
老生代 ：存放存活时间长的对象（默认约 700MB ~ 1.4GB），使用 标记-清除（Mark-Sweep） 和 标记-整理（Mark-Compact） 算法

新生代垃圾回收（Scavenge）

算法核心 ：Cheney 算法（复制算法）
步骤：

将新生代分为两个等大的 From-Space 和 To-Space
分配对象：新对象始终写入 From-Space
垃圾回收：
- 遍历 From-Space，将存活对象 复制到 To-Space
- 交换 From/To 空间角色（清空旧的 From-Space）

优点：

时间与 存活对象数量 成正比（适合回收大量"短命"对象）
无内存碎片

对象晋升：

若对象在新生代经历多次回收仍存活（默认 2 次）
或 To-Space 使用超过 25%
➔ 晋升到老生代

老生代垃圾回收（Mark-Sweep & Mark-Compact）

标记-清除（Mark-Sweep）

步骤：

标记阶段：从根（全局变量、活动函数栈）出发，递归标记所有可达对象
清除阶段：遍历堆内存，释放未被标记的对象

缺点：

产生内存碎片
全停顿（Stop-The-World）可能较久（影响性能）

标记-整理（Mark-Compact）

改进点 ：在清除阶段，将存活对象向一端移动，解决碎片问题
代价：移动对象需要更多时间（通常只在内存碎片较多时触发）

增量标记与并发回收

增量标记（Incremental Marking）

目标：将标记阶段分解为多个小任务，穿插在主线程的空闲时间执行
实现：

使用三色标记法（白→灰→黑）追踪对象状态
通过写屏障（Write Barrier）维护标记一致性

并发标记/清除（Concurrent Marking/Sweeping）

目标：利用后台线程并行执行标记/清除，减少主线程阻塞
挑战：需保证 JavaScript 执行与回收线程的数据一致性

三色标记法（Tri-color Marking）和写屏障（Write Barrier）是 增量标记（Incremental Marking） 和 并发标记（Concurrent Marking） 的核心技术，用于解决垃圾回收过程中主线程长时间阻塞的问题。下面通过 原理、流程、代码示例 深入解析：

三色标记法

1. 核心思想

将堆内存中的对象标记为三种颜色，表示它们在垃圾回收过程中的状态：

白色：未被访问的对象（默认状态，可能待回收）
灰色：已被访问，但其子引用未被遍历（中间状态）
黑色：已被访问，且所有子引用已被遍历（完成状态）

标记过程从根对象（如全局变量、活动调用栈）出发，最终所有不可达的对象保持白色，被回收。

2. 标记流程

初始状态 ：

所有对象标记为白色，根对象变为灰色。
text 复制代码
```
[Root] → A(灰色)  
B(白色) ← A → C(白色)
```
标记阶段 ：

逐步将灰色对象变为黑色，并遍历其子对象：
- 取出一个灰色对象（如 A）
- 遍历 A 的所有子引用（B、C），将子对象标记为灰色
- A 标记为黑色
text 复制代码
```
A(黑色) → B(灰色)  
A → C(灰色)  
```
持续处理 ：

重复上述步骤，直到没有灰色对象存在：
- 处理 B → B 的子对象（如有）标记为灰色，B 变黑
- 处理 C → C 的子对象（如有）标记为灰色，C 变黑
text 复制代码
```
A(黑色) → B(黑色)  
A → C(黑色)  
```
回收阶段 ：

所有白色对象视为不可达，被释放。

3. 增量标记的优势

传统标记是 全停顿（Stop-The-World） 的，而三色标记允许将标记过程拆分为多个小步骤：

每次仅处理部分灰色对象
主线程可以在标记间隙执行 JavaScript 代码
显著减少单次阻塞时间（从几百毫秒 → 几毫秒）

写屏障（Write Barrier）

1. 问题背景

在增量或并发标记过程中，若主线程修改了对象引用关系，可能导致两种错误：

漏标：本应存活的对象被错误回收（致命错误）
多标：本应回收的对象未被回收（内存泄漏，可容忍）

示例场景：

javascript 复制代码

// 初始状态：A 已标记为黑色（完成状态）
A.black = true;

// 主线程执行代码，将 A 的子引用从 B 改为 C
A.child = C;  // 原引用是 B

// 若 C 未被标记，且标记阶段已过 ➔ C 会被错误回收！

2. 写屏障的作用

写屏障是一种 拦截机制 ，当 JavaScript 代码修改对象引用时，触发额外的逻辑，确保标记的正确性。

V8 的实现方式是：在写入对象属性时，检查是否符合特定条件，并将目标对象标记为灰色。

关键规则：

若一个黑色对象（已标记完成）新增了一个白色对象的引用，则将该白色对象标记为灰色。

3. 写屏障的伪代码实现

javascript 复制代码

// 当执行 obj.field = value 时
function writeBarrier(obj, field, value) {
  // 记录旧值（某些算法需要处理旧引用）
  const oldValue = obj[field];
  
  // 写入新值
  obj[field] = value;

  // 触发屏障逻辑
  if (isMarkingInProgress() &&       // 当前处于标记阶段
      isBlack(obj) &&                // 写入者（obj）是黑色
      isWhite(value)) {              // 被写入的值（value）是白色
    markGray(value);                 // 将 value 标记为灰色
  }
}

总结

阶段	技术手段	目标	适用场景
分代内存	新生代 + 老生代	针对性优化回收效率	所有对象
新生代回收	Scavenge 算法	快速回收短期对象	小对象、高分配率
老生代回收	标记-清除/整理	处理长期存活对象	大对象、低死亡率
增量标记	三色标记 + 写屏障	减少主线程阻塞	大型应用、低延迟需求
并发回收	多线程并行	最大化利用 CPU 资源	多核环境