使用JavaScript進(jìn)行前端開(kāi)發(fā)時(shí)幾乎完全不需要關(guān)心內(nèi)存管理問(wèn)題餐曹，對(duì)于前端編程來(lái)說(shuō)蜜另，V8限制的內(nèi)存幾乎不會(huì)出現(xiàn)用完的情況古今，但是由于后端程序往往進(jìn)行的操作更加復(fù)雜蠕搜，并且長(zhǎng)期運(yùn)行在服務(wù)器不重啟轮蜕，如果不關(guān)注內(nèi)存管理昨悼，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，就算1GB跃洛，也會(huì)很快用盡率触。
Node.js構(gòu)建于V8引擎之上，因此本文首先講解V8引擎的內(nèi)存管理機(jī)制汇竭，了解底層原理后葱蝗，再講解Node開(kāi)發(fā)中的內(nèi)存管理與優(yōu)化穴张。

一、V8的內(nèi)存管理機(jī)制

1.1 內(nèi)存管理模型

Node程序運(yùn)行中两曼，此進(jìn)程占用的所有內(nèi)存稱為常駐內(nèi)存（Resident Set）皂甘。

• 常駐內(nèi)存由以下部分組成：
  1. 代碼區(qū)（Code Segment）：存放即將執(zhí)行的代碼片段
  2. 棧（Stack）：存放局部變量
  3. 堆（Heap）：存放對(duì)象、閉包上下文

  4. 堆外內(nèi)存：不通過(guò)V8分配悼凑，也不受V8管理叮贩。Buffer對(duì)象的數(shù)據(jù)就存放于此。

     
     
     V8內(nèi)存模型

除堆外內(nèi)存佛析，其余部分均由V8管理益老。

• 棧（Stack）的分配與回收非常直接，當(dāng)程序離開(kāi)某作用域后寸莫，其棧指針下移（回退）捺萌，整個(gè)作用域的局部變量都會(huì)出棧，內(nèi)存收回膘茎。
• 最復(fù)雜的部分是堆（Heap）的管理桃纯，V8使用垃圾回收機(jī)制進(jìn)行堆的內(nèi)存管理，也是開(kāi)發(fā)中可能造成內(nèi)存泄漏的部分披坏，是程序員的關(guān)注點(diǎn)态坦，也是本文的探討點(diǎn)。

通過(guò)process.memoryUsage()可以查看此Node進(jìn)程的內(nèi)存使用狀況：

內(nèi)存使用狀況

1.2 堆內(nèi)存限制

默認(rèn)情況下，V8為堆分配的內(nèi)存不超過(guò)1.4G：64位系統(tǒng)1.4G牢屋，32位則僅分配0.7G且预。也就是說(shuō)，如果你想使用Node程序讀一個(gè)2G的文件到內(nèi)存烙无，在默認(rèn)的V8配置下锋谐，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。不過(guò)我們可以通過(guò)Node的啟動(dòng)命令更改V8為堆設(shè)置的內(nèi)存上限：

//更改老年代堆內(nèi)存
--max-old-space-size=3000 // 單位為MB
// 更改新生代堆內(nèi)存
--max-new-space-size=1024 // 單位為KB

堆的內(nèi)存上限在啟動(dòng)時(shí)就已經(jīng)決定皱炉，無(wú)法動(dòng)態(tài)更改怀估，想要更改，唯一的方法是關(guān)閉進(jìn)程，使用新的配置重新啟動(dòng)多搀。

1.3 V8的垃圾回收機(jī)制

垃圾回收機(jī)制演變至今歧蕉，已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)種垃圾回收算法，各有千秋康铭，適用于不同場(chǎng)景惯退，沒(méi)有一種垃圾回收算法能夠效率最優(yōu)于所有場(chǎng)景。因此研發(fā)者們按照存活時(shí)間長(zhǎng)短从藤，將對(duì)象分類(lèi)催跪，為每一類(lèi)特定的對(duì)象，制定其最適合的垃圾回收算法夷野，以提高垃圾回收總效率懊蒸。

• 1.3.1 V8的內(nèi)存分代

  • V8將堆中的對(duì)象分為兩類(lèi)：
    1. 新生代：年輕的新對(duì)象，未經(jīng)歷垃圾回收或僅經(jīng)歷過(guò)一次
    2. 老年代：存活時(shí)間長(zhǎng)的老對(duì)象悯搔，經(jīng)歷過(guò)一次或更多次垃圾回收的對(duì)象
  
  默認(rèn)情況下骑丸，V8為老年代分配的空間，大概是新生代的40多倍妒貌。
  新對(duì)象都會(huì)被分配到新生代中通危，當(dāng)新生代空間不足以分配新對(duì)象時(shí)，將觸發(fā)新生代的垃圾回收灌曙。

• 1.3.2 新生代的垃圾回收
  新生代中的對(duì)象主要通過(guò)Scavenge算法進(jìn)行垃圾回收菊碟，這是一種采用復(fù)制的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)存回收的算法。
  Scavenge算法將新生代的總空間一分為二在刺，只使用其中一個(gè)逆害，另一個(gè)處于閑置，等待垃圾回收時(shí)使用增炭。使用中的那塊空間稱為From忍燥，閑置的空間稱為To。
  

  From與To各占一半
  
  當(dāng)新生代觸發(fā)垃圾回收時(shí)隙姿，V8將From空間中所有應(yīng)該存活下來(lái)的對(duì)象依次復(fù)制到To空間。
  • 有兩種情況不會(huì)將對(duì)象復(fù)制到To空間厂捞，而是晉升至老年代：
    1. 對(duì)象此前已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一次新生代垃圾回收输玷，這次依舊應(yīng)該存活，則晉升至老年代靡馁。
    2. To空間已經(jīng)使用了25%欲鹏，則將此對(duì)象直接晉升至老年代。
  
  From空間所有應(yīng)該存活的對(duì)象都復(fù)制完成后臭墨，原本的From空間將被釋放赔嚎，成為閑置空間，原本To空間則成為使用中空間，兩個(gè)空間進(jìn)行角色翻轉(zhuǎn)尤误。
  為何To空間使用超過(guò)25%時(shí)侠畔，就需要直接將對(duì)象復(fù)制到老年代呢？因?yàn)門(mén)o空間完成垃圾回收后將會(huì)翻轉(zhuǎn)為From空間损晤，新的對(duì)象分配都在此處進(jìn)行软棺，如果沒(méi)有足夠的空閑空間，將會(huì)影響程序的新對(duì)象分配尤勋。
  因?yàn)镾cavenge只復(fù)制活著的對(duì)象喘落，而根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)指導(dǎo)，新生代中大多數(shù)對(duì)象壽命都不長(zhǎng)最冰，長(zhǎng)期存活對(duì)象少瘦棋，則需要復(fù)制的對(duì)象相對(duì)來(lái)說(shuō)很少，因此總體來(lái)說(shuō)暖哨，新生代使用Scavenge算法的效率非常高兽狭。且由于Scavenge是依次連續(xù)復(fù)制，所以To空間永遠(yuǎn)不會(huì)存在內(nèi)存碎片鹿蜀。
  不過(guò)由于Scavenge會(huì)將空間對(duì)半劃分箕慧，所以此算法的空間利用率較低。

• 1.3.3 老年代的垃圾回收
  在老年代中的對(duì)象茴恰，至少都已經(jīng)歷過(guò)一次甚至更多次垃圾回收颠焦，相對(duì)于新生代中的對(duì)象，它們有更大的概率繼續(xù)存活往枣，只有相對(duì)少數(shù)的對(duì)象面臨死亡伐庭，且由于老年代的堆內(nèi)存是新生代的幾十倍，其中生活著大量對(duì)象分冈，因此如果使用Scavenge算法回收老年代圾另，將會(huì)面臨大量的存活對(duì)象需要復(fù)制的情況，將老年代空間對(duì)半劃分雕沉，也會(huì)浪費(fèi)相當(dāng)大的空間集乔，效率低下。因此老年代垃圾回收主要采用標(biāo)記清除(Mark-Sweep)和標(biāo)記整理(Mark-Compact)坡椒。
  這兩種方式并非互相替代關(guān)系扰路，而是配合關(guān)系，在不同情況下倔叼，選擇不同方式汗唱，交替配合以提高回收效率。
  新生代中死亡對(duì)象占多數(shù)丈攒，因此采用Scavenge算法只處理存活對(duì)象哩罪，提高效率授霸。老年代中存活對(duì)象占多數(shù)，于是采用標(biāo)記清除算法只處理死亡對(duì)象际插，提高效率碘耳。
  當(dāng)老年代的垃圾回收被觸發(fā)時(shí)，V8會(huì)將需要存活對(duì)象打上標(biāo)記腹鹉，然后將沒(méi)有標(biāo)記的對(duì)象藏畅，也就是需要死亡的對(duì)象，全部擦除功咒，一次標(biāo)記清除式回收就完成了：
  

  灰色為存活對(duì)象愉阎，白色為清除后的閑置空間
  
  一切看起來(lái)都完美了，可是隨著程序的繼續(xù)運(yùn)行力奋，卻會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：被清除的對(duì)象遍布各個(gè)內(nèi)存地址榜旦，空間有大有小，其閑置空間不連續(xù)景殷，產(chǎn)生了很多內(nèi)存碎片溅呢。當(dāng)需要將一個(gè)足夠大的對(duì)象晉升至老年代時(shí)，無(wú)法找到一個(gè)足夠大的連續(xù)空間安置這個(gè)對(duì)象猿挚。
  為了解決這種空間碎片的問(wèn)題咐旧，就出現(xiàn)了標(biāo)記整理算法。它是在標(biāo)記清除的基礎(chǔ)上演變而來(lái)绩蜻，當(dāng)清理了死亡對(duì)象后铣墨，它會(huì)將所有存活對(duì)象往一端移動(dòng)，使其內(nèi)存空間緊挨办绝，另一端就成為了連續(xù)內(nèi)存：
  
  
  雖然標(biāo)記整理算法可以避免空間碎片伊约，但是卻需要依次移動(dòng)對(duì)象，效率比標(biāo)記清除算法更低孕蝉，因此大多數(shù)情況下V8會(huì)使用標(biāo)記清理算法屡律，當(dāng)空間碎片不足以安放新晉升對(duì)象時(shí)，才會(huì)觸發(fā)標(biāo)記整理算法降淮。

• 1.3.4 增量標(biāo)記（Incremental Marking）
  早期V8在垃圾回收階段超埋，采用全停頓（stop the world），也就是垃圾回收時(shí)程序運(yùn)行會(huì)被暫停骤肛。這在JavaScript還僅被用于瀏覽器端開(kāi)發(fā)時(shí)纳本，并沒(méi)有什么明顯的缺點(diǎn)，前端開(kāi)發(fā)使用的內(nèi)存少腋颠，大多數(shù)時(shí)候僅觸發(fā)新生代垃圾回收，速度快吓笙，卡頓幾乎感覺(jué)不到淑玫。但是對(duì)于Node程序，使用內(nèi)存更多，在老年代垃圾回收時(shí)絮蒿，全停頓很容易帶來(lái)明顯的程序遲滯尊搬，標(biāo)記階段很容易就會(huì)超過(guò)100ms，因此V8引入了增量標(biāo)記土涝，將標(biāo)記階段分為若干小步驟佛寿，每個(gè)步驟控制在5ms內(nèi)，每運(yùn)行一段時(shí)間標(biāo)記動(dòng)作但壮，就讓JavaScript程序執(zhí)行一會(huì)兒冀泻，如此交替，明顯地提高了程序流暢性蜡饵，一定程度上避免了長(zhǎng)時(shí)間卡頓弹渔。

二、Node開(kāi)發(fā)中的內(nèi)存管理與優(yōu)化

2.1 手動(dòng)變量銷(xiāo)毀

當(dāng)任一作用域存活于作用域棧（作用域鏈）時(shí)溯祸，其中的變量都不會(huì)被銷(xiāo)毀肢专，其引用的數(shù)據(jù)也會(huì)一直被變量關(guān)聯(lián)，得不到GC焦辅。有的作用域存活時(shí)間非常長(zhǎng)（越是棧底博杖，存活時(shí)間越長(zhǎng)，最長(zhǎng)的是全局作用域）筷登，但是其中的某些變量也許在某一時(shí)刻后就沒(méi)有用處了剃根，因此建議手動(dòng)設(shè)置為null盗飒，斷開(kāi)引用鏈接赤拒，使得V8可以及時(shí)GC釋放內(nèi)存。
注意蛙婴，不使用var聲明的變量镣丑，都會(huì)成為全局對(duì)象的屬性舔糖。前端開(kāi)發(fā)中全局對(duì)象為window，Node中全局對(duì)象為global莺匠，如果global中有屬性已經(jīng)沒(méi)有用處了金吗，一定要設(shè)置為null，因?yàn)槿肿饔糜蛑挥械鹊匠绦蛲Ｖ惯\(yùn)行趣竣，才會(huì)銷(xiāo)毀摇庙。
Node中，當(dāng)一個(gè)模塊被引入遥缕，這個(gè)模塊就會(huì)被緩存在內(nèi)存中卫袒，提高下次被引用的速度。也就是說(shuō)单匣，一般情況下夕凝，整個(gè)Node程序中對(duì)同一個(gè)模塊的引用宝穗，都是同一個(gè)實(shí)例（instance），這個(gè)實(shí)例一直存活在內(nèi)存中码秉。所以逮矛，如果任意模塊中有變量已經(jīng)不再需要，最好手動(dòng)設(shè)置為null转砖，不然會(huì)白白占用內(nèi)存须鼎，成為“活著的死對(duì)象”。

2.2 慎用閉包

• 2.2.1 V8的閉包實(shí)現(xiàn)
  先來(lái)看一段例子：

function outer(){
    var x = 1; // 真正的局部變量：outer執(zhí)行完后立即死亡
    var y = 2; // 上下文變量：閉包死亡后才會(huì)死亡
    // 返回一個(gè)閉包
    return function(){
      console.log(y); // 使用了外層函數(shù)的變量 y
    }
}
var inner = outer(); // 通過(guò)inner變量持有閉包

有不少開(kāi)發(fā)者認(rèn)為府蔗，如果閉包被引用晋控，那么閉包的外部函數(shù)也不會(huì)被釋放，其中的所有變量都不會(huì)被銷(xiāo)毀礁竞，比如我通過(guò)inner變量持有了閉包糖荒，此時(shí)outer中的 x、y 均活在內(nèi)存中模捂，不會(huì)被銷(xiāo)毀捶朵。事實(shí)真是這樣嗎？
答案是：在V8的實(shí)現(xiàn)中狂男，當(dāng)outer執(zhí)行完畢综看，x 立即死亡，僅有 y 存活岖食。
V8是這么做的：
當(dāng)程序進(jìn)入一個(gè)函數(shù)時(shí)红碑，將會(huì)為這個(gè)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)上下文（Context），初始狀態(tài)這個(gè)Context是空的泡垃，當(dāng)讀到這個(gè)函數(shù)（outer）中的閉包聲明時(shí)析珊，將會(huì)把此閉包（inner）中使用的外部變量，加入Context蔑穴。在上面的例子中忠寻，由于inner函數(shù)使用了變量 y ，因此會(huì)將 y 加入Context存和。outer內(nèi)部所有的閉包奕剃，都會(huì)持有這個(gè)Context。

function outer () { 
    var x; // 真正的局部變量
    var y; // context variable, 被inner1使用
    var z; // context variable, 被inner2使用
    function inner1 () { 
      use(y); 
    } 
    function inner2 () { 
      use(z); 
    } 
    function inner3 () { 
      /* 雖然函數(shù)體為空凉驻，但是作為閉包，依舊引用outer的Context */
    } 
    return [inner1, inner2, inner3];
}

x复罐、y涝登、z 三個(gè)變量何時(shí)死亡？
x 在outer執(zhí)行完后立即死亡效诅， y胀滚、z 需要等到inner1、inner2乱投、inner3三個(gè)閉包都死亡后咽笼，才會(huì)死亡。
x 未被任何閉包使用戚炫，因此是一個(gè)真正的局部變量剑刑，保存在棧，函數(shù)執(zhí)行完即被出棧死亡双肤。由于 y施掏、z 兩個(gè)變量分別被inner1、inner2使用茅糜，則它們會(huì)被加入outer的Context七芭。所有閉包都會(huì)引用外部函數(shù)的Context，即使inner3為空限匣，不使用任何外部函數(shù)的變量抖苦，也會(huì)引用Context，所以需要等到三個(gè)閉包都死亡后米死，y锌历、z 才會(huì)死亡。

• 2.2.2 避免深層閉包嵌套

function outer() { 
    var x = HUGE; // 超大對(duì)象
    function inner() { 
      var y = GIANT; // 大對(duì)象
      use(x); // x 需要使用遮斥，需要成為Context變量
      function innerF() { 
        use(y); // y 需要使用，需要成為Context變量
      } 
      function innerG() { 
        /* 空函數(shù)體 */
      } 
      return innerG; 
    } 
    return inner();
}
var o = outer(); // HUGE and GIANT 均得不到釋放

變量 o 持有的是innerG閉包扇丛，innerG持有著inner的Context术吗，且內(nèi)部閉包的Context會(huì)持有外部閉包的Context，產(chǎn)生Context鏈帆精。

上下文鏈

2.3 大內(nèi)存使用

• 2.3.1 使用stream
  當(dāng)我們需要操作大文件隘蝎，應(yīng)該利用Node提供的stream以及其管道方法，防止一次性讀入過(guò)多數(shù)據(jù)襟企，占用堆空間嘱么，增大堆內(nèi)存壓力。

• 2.3.2 使用Buffer
  Buffer是操作二進(jìn)制數(shù)據(jù)的對(duì)象顽悼，不論是字符串還是圖片曼振，底層都是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此Buffer可以適用于任何類(lèi)型的文件操作表蝙。
  Buffer對(duì)象本身屬于普通對(duì)象拴测，保存在堆，由V8管理府蛇，但是其儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)集索，則是保存在堆外內(nèi)存，是有C++申請(qǐng)分配的汇跨，因此不受V8管理务荆，也不需要被V8垃圾回收，一定程度上節(jié)省了V8資源穷遂，也不必在意堆內(nèi)存限制函匕。
  

參考資料：

• 《深入理解Java虛擬機(jī)》（第二版）
• 《深入淺出Node.js》 樸靈
• http://apmblog.dynatrace.com/2015/11/04/understanding-garbage-collection-and-hunting-memory-leaks-in-node-js/
• http://info.meteor.com/blog/an-interesting-kind-of-javascript-memory-leak
• http://stackoverflow.com/questions/6602864/stack-and-heap-in-v8-javascript
• http://stackoverflow.com/questions/5326300/garbage-collection-with-node-js/5328761#5328761
• http://mrale.ph/blog/2012/09/23/grokking-v8-closures-for-fun.html
• http://stackoverflow.com/questions/5368048/how-are-closures-and-scopes-represented-at-run-time-in-javascript
• http://stackoverflow.com/questions/8665781/about-closure-lexicalenvironment-and-gc

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