前言
我們知道越除，JavaScript之所以能在瀏覽器環(huán)境和NodeJS環(huán)境運(yùn)行敞临，都是因?yàn)橛蠽8引擎在幕后保駕護(hù)航态辛。從編譯、內(nèi)存分配哟绊、運(yùn)行以及垃圾回收等整個過程因妙，都離不開它。
在寫這篇文章之前票髓，我也在網(wǎng)上看了很多博客攀涵，包括一些英文原版的內(nèi)容，于是想通過這篇文章來做一個歸納整理洽沟，文中加入了我自己的思考以故，以及純手工制作流程圖~~
希望這篇文章能幫到你，同時本文也會收錄到我自己的個人網(wǎng)站裆操。
為什么要有垃圾回收
在C語言和C++語言中怒详，我們?nèi)绻胍_辟一塊堆內(nèi)存的話，需要先計(jì)算需要內(nèi)存的大小踪区，然后自己通過malloc函數(shù)去手動分配昆烁，在用完之后，還要時刻記得用free函數(shù)去清理釋放缎岗，否則這塊內(nèi)存就會被永久占用静尼，造成內(nèi)存泄露。
但是我們在寫JavaScript的時候传泊，卻沒有這個過程鼠渺，因?yàn)槿思乙呀?jīng)替我們封裝好了，V8引擎會根據(jù)你當(dāng)前定義對象的大小去自動申請分配內(nèi)存眷细。
不需要我們?nèi)ナ謩庸芾韮?nèi)存了拦盹，所以自然要有垃圾回收，否則的話只分配不回收溪椎，豈不是沒多長時間內(nèi)存就被占滿了嗎普舆，導(dǎo)致應(yīng)用崩潰恬口。
垃圾回收的好處是不需要我們?nèi)ス芾韮?nèi)存，把更多的精力放在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用上奔害，但壞處也來自于此楷兽，不用管理了，就有可能在寫代碼的時候不注意华临，造成循環(huán)引用等情況，導(dǎo)致內(nèi)存泄露端考。
內(nèi)存結(jié)構(gòu)分配
由于V8最開始就是為JavaScript在瀏覽器執(zhí)行而打造的雅潭，不太可能遇到使用大量內(nèi)存的場景，所以它可以申請的最大內(nèi)存就沒有設(shè)置太大却特，在64位系統(tǒng)下大約為1.4GB扶供，在32位系統(tǒng)下大約為700MB。
在NodeJS環(huán)境中裂明，我們可以通過process.memoryUsage()來查看內(nèi)存分配椿浓。
process.memoryUsage返回一個對象，包含了 Node 進(jìn)程的內(nèi)存占用信息闽晦。該對象包含四個字段扳碍，含義如下：
rss（resident set size）：所有內(nèi)存占用，包括指令區(qū)和堆棧
heapTotal：V8引擎可以分配的最大堆內(nèi)存仙蛉，包含下面的 heapUsed
heapUsed：V8引擎已經(jīng)分配使用的堆內(nèi)存
external： V8管理C++對象綁定到JavaScript對象上的內(nèi)存
以上所有內(nèi)存單位均為字節(jié)（Byte）笋敞。
如果說想要擴(kuò)大Node可用的內(nèi)存空間，可以使用Buffer等堆外內(nèi)存內(nèi)存荠瘪，這里不詳細(xì)說明了夯巷，大家有興趣可以去看一些資料。
下面是Node的整體架構(gòu)圖哀墓，有助于大家理解上面的內(nèi)容：
Node Standard Library: 是我們每天都在用的標(biāo)準(zhǔn)庫趁餐，如Http, Buffer 模塊
Node Bindings: 是溝通JS 和 C++的橋梁，封裝V8和Libuv的細(xì)節(jié)篮绰，向上層提供基礎(chǔ)API服務(wù)
第三層是支撐 Node.js 運(yùn)行的關(guān)鍵后雷，由 C/C++ 實(shí)現(xiàn)：
1. V8 是Google開發(fā)的JavaScript引擎，提供JavaScript運(yùn)行環(huán)境阶牍，可以說它就是 Node.js 的發(fā)動機(jī)
2. Libuv 是專門為Node.js開發(fā)的一個封裝庫喷面，提供跨平臺的異步I/O能力
3. C-ares：提供了異步處理 DNS 相關(guān)的能力
4. http_parser、OpenSSL走孽、zlib 等：提供包括 http 解析惧辈、SSL、數(shù)據(jù)壓縮等其他的能力
垃圾回收機(jī)制
如何判斷是否可以回收
1.1 標(biāo)記清除
當(dāng)變量進(jìn)入環(huán)境（例如磕瓷，在函數(shù)中聲明一個變量）時盒齿，就將這個變量標(biāo)記為“進(jìn)入環(huán)境”念逞。從邏輯上講，永遠(yuǎn)不能釋放進(jìn)入環(huán)境的變量所占用的內(nèi)存边翁，因?yàn)橹灰獔?zhí)行流進(jìn)入相應(yīng)的環(huán)境翎承，就可能會用到它們。而當(dāng)變量離開環(huán)境時符匾，則將其標(biāo)記為“離開環(huán)境”叨咖。
可以使用任何方式來標(biāo)記變量。比如啊胶，可以通過翻轉(zhuǎn)某個特殊的位來記錄一個變量何時進(jìn)入環(huán)境甸各，或者使用一個“進(jìn)入環(huán)境的”變量列表及一個“離開環(huán)境的”變量列表來跟蹤哪個變量發(fā)生了變化。如何標(biāo)記變量并不重要焰坪，關(guān)鍵在于采取什么策略趣倾。
- （1）垃圾收集器在運(yùn)行的時候會給存儲在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記（當(dāng)然，可以使用任何標(biāo)記方式）某饰。
- （2）然后列赎，它會去掉運(yùn)行環(huán)境中的變量以及被環(huán)境中變量所引用的變量的標(biāo)記
- （3）此后怕膛，依然有標(biāo)記的變量就被視為準(zhǔn)備刪除的變量，原因是在運(yùn)行環(huán)境中已經(jīng)無法訪問到這些變量了。
- （4）最后块促，垃圾收集器完成內(nèi)存清除工作职抡，銷毀那些帶標(biāo)記的值并回收它們所占用的內(nèi)存空間脊串。
目前研铆，IE、Firefox劳较、Opera驹止、Chrome和Safari的JavaScript實(shí)現(xiàn)使用的都是標(biāo)記清除式的垃圾回收策略（或類似的策略），只不過垃圾收集的時間間隔互有不同观蜗。
活動對象就是上面的root臊恋，如果不清楚活動對象的可以先查一下資料，當(dāng)一個對象和其關(guān)聯(lián)對象不再通過引用關(guān)系被當(dāng)前root引用了墓捻，這個對象就會被垃圾回收抖仅。
1.2 引用計(jì)數(shù)
引用計(jì)數(shù)的垃圾收集策略不太常見。含義是跟蹤記錄每個值被引用的次數(shù)砖第。當(dāng)聲明了一個變量并將一個引用類型值賦給該變量時撤卢，則這個值的引用次數(shù)就是1。
如果同一個值又被賦給另一個變量梧兼，則該值的引用次數(shù)加1放吩。相反，如果包含對這個值引用的變量改變了引用對象羽杰，則該值引用次數(shù)減1渡紫。
當(dāng)這個值的引用次數(shù)變成0時到推，則說明沒有辦法再訪問這個值了，因而就可以將其占用的內(nèi)存空間回收回來惕澎。
這樣莉测，當(dāng)垃圾收集器下次再運(yùn)行時，它就會釋放那些引用次數(shù)為0的值所占用的內(nèi)存唧喉。
Netscape Navigator 3.0是最早使用引用計(jì)數(shù)策略的瀏覽器捣卤，但很快它就遇到了一個嚴(yán)重的問題：循環(huán)引用。
循環(huán)引用是指對象A中包含一個指向?qū)ο驜的指針八孝，而對象B中也包含一個指向?qū)ο驛的引用腌零，看個例子：
function foo () {
var objA = new Object();
var objB = new Object();
objA.otherObj = objB;
objB.anotherObj = objA;
}
這個例子中，objA和objB通過各自的屬性相互引用唆阿，也就是說，這兩個對象的引用次數(shù)都是2锈锤。
在采用標(biāo)記清除策略的實(shí)現(xiàn)中驯鳖，由于函數(shù)執(zhí)行后，這兩個對象都離開了作用域久免，因此這種相互引用不是問題浅辙。
但在采用引用次數(shù)策略的實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢后阎姥，objA和objB還將繼續(xù)存在记舆，因?yàn)樗鼈兊囊么螖?shù)永遠(yuǎn)不會是0。
加入這個函數(shù)被重復(fù)多次調(diào)用呼巴，就會導(dǎo)致大量內(nèi)存無法回收泽腮。為此，Netscape在Navigator 4.0中也放棄了引用計(jì)數(shù)方式衣赶，轉(zhuǎn)而采用標(biāo)記清除來實(shí)現(xiàn)其垃圾回收機(jī)制诊赊。
還要注意的是，我們大部分人時刻都在寫著循環(huán)引用的代碼府瞄，看下面這個例子碧磅，相信大家都這樣寫過：
var el = document.getElementById('#el');
el.onclick = function (event) {
console.log('element was clicked');
}
我們?yōu)橐粋€元素的點(diǎn)擊事件綁定了一個匿名函數(shù)，我們通過event參數(shù)是可以拿到相應(yīng)元素el的信息的遵馆。
大家想想鲸郊，這是不是就是一個循環(huán)引用呢？
el有一個屬性onclick引用了一個函數(shù)（其實(shí)也是個對象）货邓，函數(shù)里面的參數(shù)又引用了el秆撮，這樣el的引用次數(shù)一直是2，即使當(dāng)前這個頁面關(guān)閉了逻恐，也無法進(jìn)行垃圾回收像吻。
如果這樣的寫法很多很多峻黍，就會造成內(nèi)存泄露。我們可以通過在頁面卸載時清除事件引用拨匆，這樣就可以被回收了：
var el = document.getElementById('#el');
el.onclick = function (event) {
console.log('element was clicked');
}
// ...
// ...
// 頁面卸載時將綁定的事件清空
window.onbeforeunload = function(){
el.onclick = null;
}
V8垃圾回收策略
自動垃圾回收有很多算法姆涩，由于不同對象的生存周期不同，所以無法只用一種回收策略來解決問題惭每，這樣效率會很低骨饿。
所以，V8采用了一種代回收的策略台腥，將內(nèi)存分為兩個生代：新生代（new generation）和老生代（old generation）宏赘。
新生代中的對象為存活時間較短的對象，老生代中的對象為存活時間較長或常駐內(nèi)存的對象黎侈，分別對新老生代采用不同的垃圾回收算法來提高效率察署，對象最開始都會先被分配到新生代（如果新生代內(nèi)存空間不夠，直接分配到老生代）峻汉，新生代中的對象會在滿足某些條件后贴汪，被移動到老生代，這個過程也叫晉升休吠，后面我會詳細(xì)說明扳埂。
分代內(nèi)存
默認(rèn)情況下，32位系統(tǒng)新生代內(nèi)存大小為16MB瘤礁，老生代內(nèi)存大小為700MB阳懂，64位系統(tǒng)下，新生代內(nèi)存大小為32MB柜思，老生代內(nèi)存大小為1.4GB岩调。
新生代平均分成兩塊相等的內(nèi)存空間，叫做semispace酝蜒，每塊內(nèi)存大小8MB（32位）或16MB（64位）誊辉。
新生代
1. 分配方式
新生代存的都是生存周期短的對象，分配內(nèi)存也很容易亡脑，只保存一個指向內(nèi)存空間的指針堕澄，根據(jù)分配對象的大小遞增指針就可以了，當(dāng)存儲空間快要滿時霉咨，就進(jìn)行一次垃圾回收蛙紫。
2. 算法
新生代采用Scavenge垃圾回收算法，在算法實(shí)現(xiàn)時主要采用Cheney算法途戒。
Cheney算法將內(nèi)存一分為二坑傅，叫做semispace，一塊處于使用狀態(tài)喷斋，一塊處于閑置狀態(tài)唁毒。
處于使用狀態(tài)的semispace稱為From空間蒜茴，處于閑置狀態(tài)的semispace稱為To空間。
我畫了一套詳細(xì)的流程圖浆西，接下來我會結(jié)合流程圖來詳細(xì)說明Cheney算法是怎么工作的粉私。
垃圾回收在下面我統(tǒng)稱為 GC（Garbage Collection）。
step1. 在From空間中分配了3個對象A近零、B诺核、C
step2. GC進(jìn)來判斷對象B沒有其他引用，可以回收久信，對象A和C依然為活躍對象
step3. 將活躍對象A窖杀、C從From空間復(fù)制到To空間
step4. 清空From空間的全部內(nèi)存
step5. 交換From空間和To空間
step6. 在From空間中又新增了2個對象D、E
step7. 下一輪GC進(jìn)來發(fā)現(xiàn)對象D沒有引用了裙士，做標(biāo)記
step8. 將活躍對象A入客、C、E從From空間復(fù)制到To空間
step9. 清空From空間全部內(nèi)存
step10. 繼續(xù)交換From空間和To空間腿椎，開始下一輪
通過上面的流程圖痊项，我們可以很清楚的看到，進(jìn)行From和To交換酥诽，就是為了讓活躍對象始終保持在一塊semispace中，另一塊semispace始終保持空閑的狀態(tài)皱埠。
Scavenge由于只復(fù)制存活的對象肮帐，并且對于生命周期短的場景存活對象只占少部分，所以它在時間效率上有優(yōu)異的體現(xiàn)边器。Scavenge的缺點(diǎn)是只能使用堆內(nèi)存的一半训枢，這是由劃分空間和復(fù)制機(jī)制所決定的。
由于Scavenge是典型的犧牲空間換取時間的算法忘巧，所以無法大規(guī)模的應(yīng)用到所有的垃圾回收中恒界。但我們可以看到，Scavenge非常適合應(yīng)用在新生代中砚嘴，因?yàn)樾律袑ο蟮纳芷谳^短十酣，恰恰適合這個算法。
3. 晉升
當(dāng)一個對象經(jīng)過多次復(fù)制仍然存活時际长，它就會被認(rèn)為是生命周期較長的對象耸采。這種較長生命周期的對象隨后會被移動到老生代中，采用新的算法進(jìn)行管理工育。
對象從新生代移動到老生代的過程叫作晉升虾宇。
對象晉升的條件主要有兩個：
對象從From空間復(fù)制到To空間時，會檢查它的內(nèi)存地址來判斷這個對象是否已經(jīng)經(jīng)歷過一次Scavenge回收如绸。如果已經(jīng)經(jīng)歷過了嘱朽，會將該對象從From空間移動到老生代空間中旭贬，如果沒有，則復(fù)制到To空間搪泳。總結(jié)來說稀轨，如果一個對象是第二次經(jīng)歷從From空間復(fù)制到To空間，那么這個對象會被移動到老生代中森书。
當(dāng)要從From空間復(fù)制一個對象到To空間時靶端，如果To空間已經(jīng)使用了超過25%，則這個對象直接晉升到老生代中凛膏。設(shè)置25%這個閾值的原因是當(dāng)這次Scavenge回收完成后杨名，這個To空間會變?yōu)镕rom空間，接下來的內(nèi)存分配將在這個空間中進(jìn)行猖毫。如果占比過高台谍，會影響后續(xù)的內(nèi)存分配。
老生代
1. 介紹
在老生代中吁断，存活對象占較大比重趁蕊，如果繼續(xù)采用Scavenge算法進(jìn)行管理，就會存在兩個問題：
- 由于存活對象較多仔役，復(fù)制存活對象的效率會很低掷伙。
- 采用Scavenge算法會浪費(fèi)一半內(nèi)存，由于老生代所占堆內(nèi)存遠(yuǎn)大于新生代又兵，所以浪費(fèi)會很嚴(yán)重任柜。
所以，V8在老生代中主要采用了Mark-Sweep和Mark-Sweep相結(jié)合的方式進(jìn)行垃圾回收沛厨。
2. Mark-Sweep
Mark-Sweep是標(biāo)記清除的意思宙地，它分為標(biāo)記和清除兩個階段。
與Scavenge不同逆皮，Mark-Sweep并不會將內(nèi)存分為兩份宅粥，所以不存在浪費(fèi)一半空間的行為。Mark-Sweep在標(biāo)記階段遍歷堆內(nèi)存中的所有對象电谣，并標(biāo)記活著的對象秽梅，在隨后的清除階段，只清除沒有被標(biāo)記的對象剿牺。
也就是說风纠，Scavenge只復(fù)制活著的對象，而Mark-Sweep只清除死了的對象牢贸≈窆郏活對象在新生代中只占較少部分，死對象在老生代中只占較少部分，這就是兩種回收方式都能高效處理的原因臭增。
我們還是通過流程圖來看一下：
step1. 老生代中有對象A懂酱、B、C誊抛、D列牺、E、F
step2. GC進(jìn)入標(biāo)記階段拗窃，將A瞎领、C、E標(biāo)記為存活對象
step3. GC進(jìn)入清除階段随夸，回收掉死亡的B九默、D、F對象所占用的內(nèi)存空間
可以看到宾毒，Mark-Sweep最大的問題就是驼修，在進(jìn)行一次清除回收以后，內(nèi)存空間會出現(xiàn)不連續(xù)的狀態(tài)诈铛。這種內(nèi)存碎片會對后續(xù)的內(nèi)存分配造成問題乙各。
如果出現(xiàn)需要分配一個大內(nèi)存的情況，由于剩余的碎片空間不足以完成此次分配幢竹，就會提前觸發(fā)垃圾回收耳峦，而這次回收是不必要的。
2. Mark-Compact
為了解決Mark-Sweep的內(nèi)存碎片問題焕毫，Mark-Compact就被提出來了妇萄。
Mark-Compact是標(biāo)記整理的意思，是在Mark-Sweep的基礎(chǔ)上演變而來的咬荷。Mark-Compact在標(biāo)記完存活對象以后，會將活著的對象向內(nèi)存空間的一端移動轻掩，移動完成后幸乒，直接清理掉邊界外的所有內(nèi)存。如下圖所示：
step1. 老生代中有對象A唇牧、B罕扎、C、D丐重、E腔召、F（和Mark—Sweep一樣）
step2. GC進(jìn)入標(biāo)記階段，將A扮惦、C臀蛛、E標(biāo)記為存活對象（和Mark—Sweep一樣）
step3. GC進(jìn)入整理階段，將所有存活對象向內(nèi)存空間的一側(cè)移動，灰色部分為移動后空出來的空間
step4. GC進(jìn)入清除階段浊仆，將邊界另一側(cè)的內(nèi)存一次性全部回收
3. 兩者結(jié)合
在V8的回收策略中客峭，Mark-Sweep和Mark-Conpact兩者是結(jié)合使用的。
由于Mark-Conpact需要移動對象抡柿，所以它的執(zhí)行速度不可能很快舔琅，在取舍上，V8主要使用Mark-Sweep洲劣，在空間不足以對從新生代中晉升過來的對象進(jìn)行分配時备蚓，才使用Mark-Compact。
總結(jié)
V8的垃圾回收機(jī)制分為新生代和老生代囱稽。
新生代主要使用Scavenge進(jìn)行管理郊尝，主要實(shí)現(xiàn)是Cheney算法，將內(nèi)存平均分為兩塊粗悯，使用空間叫From虚循，閑置空間叫To，新對象都先分配到From空間中样傍，在空間快要占滿時將存活對象復(fù)制到To空間中横缔，然后清空From的內(nèi)存空間，此時衫哥，調(diào)換From空間和To空間茎刚，繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)存分配，當(dāng)滿足那兩個條件時對象會從新生代晉升到老生代撤逢。
老生代主要采用Mark-Sweep和Mark-Compact算法膛锭，一個是標(biāo)記清除，一個是標(biāo)記整理蚊荣。兩者不同的地方是初狰，Mark-Sweep在垃圾回收后會產(chǎn)生碎片內(nèi)存，而Mark-Compact在清除前會進(jìn)行一步整理互例，將存活對象向一側(cè)移動奢入，隨后清空邊界的另一側(cè)內(nèi)存，這樣空閑的內(nèi)存都是連續(xù)的媳叨，但是帶來的問題就是速度會慢一些腥光。在V8中，老生代是Mark-Sweep和Mark-Compact兩者共同進(jìn)行管理的糊秆。
以上就是本文的全部內(nèi)容武福，書寫過程中參考了很多中外文章，參考書籍包括樸大大的《深入淺出NodeJS》以及《JavaScript高級程序設(shè)計(jì)》等痘番。我們這里并沒有對具體的算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討捉片，感興趣的朋友可以繼續(xù)深入研究一下平痰。
最后，謝謝大家能夠讀到這里界睁，如果文中有任何不明確或錯誤的地方觉增，歡迎給我留言~~
參考鏈接
https://medium.com/@_lrlna/garbage-collection-in-v8-an-illustrated-guide-d24a952ee3b8
http://alinode.aliyun.com/blog/14
http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/04/memory-leak.html
https://segmentfault.com/a/1190000000440270
