V8 內存分配與垃圾回收

作者：一像素

www.cnblogs.com/onepixel/p/7422820.html

V8 將內存空間主要分為：新生代 和 老生代 兩種 。

1、新生代空間

新生代空間中的對象為存活時間較短的對象，大多數的對象被分配在這裡，這個區域很小但是垃圾回特別頻繁 。

它將堆內存一分為二，每一部分空間稱為 semispace，其中一個處於使用狀態（from 空間），另一個處於閑置狀態（to 空間）

對於新產生的對象，將從 from 空間中分配內存 。

新生代分配內存非常容易，我們只需要保存一個指向內存區的指針，不斷根據新對象的大小進行遞增即可。當該指針到達了新生代內存區的末尾，就會觸發一次垃圾回收。

新生代的垃圾回收採用Scavenge演算法 ，其工作原理如下：

首先檢查 from 空間，將存活對象複製到 to 空間，非存活對象將會被釋放。完成複製後，from 空間和 to 空間角色發生轉換。新產生的對象始終從 from 空間中分配內存，to 空間則處於閑置狀態。當再次進行垃圾回收時，也會執行和第一次同樣的操作，如果存在以下兩種情況，存活對象就會被複制到老生代空間中，這個過程稱為對象晉陞。

存活對象已經經歷過一次 Scavenge 回收 。

to 空間內存佔用比例超過 25% （保證下次新對象有足夠的空間可分配）

2、老生代空間

老生代空間中的對象為存活時間長或常駐內存對象，大多數從新生代晉陞的對象會被移動到這裡。

老生代佔用內存較多，如果使用 Scavenge演算法，不僅會浪費一半空間，複製如此大塊的內存消耗時間將會很長，所以 Scavenge 演算法顯然不適合。

V8 對於老生代中的垃圾回收，採用 Mark-Sweep （標記清除） 和 Mark-Compact（標記整理） 相結合 。

(1) Mark-Sweep

Mark-Sweep 分為 標記 和 清除 兩個階段 。

在標記階段需要遍歷堆中的所有對象，並標記那些活著的對象，然後進入清除階段。在清除階段，只清除沒有被標記的對象。由於標記清除只清除死亡對象，而死亡對象在老生代中佔用的比例很小，所以效率較高。

標記清除存在的問題是，進行一次標記清除後，內存空間往往是不連續的，會出現很多的內存碎片。如果後續需要分配一個需要內存空間較多的對象時，如果所有的內存碎片都不夠用，將會使得V8無法完成這次分配，提前觸發垃圾回收。

(2) Mark-Compact

標記整理正是為了解決標記清除所帶來的內存碎片的問題。標記整理在標記清除的基礎進行修改，將其的清除階段變為緊縮極端。在整理的過程中，將活著的對象向內存區的一段移動，移動完成後直接清理掉邊界外的內存。緊縮過程涉及對象的移動，所以效率並不是太好，但是能保證不會生成內存碎片。

3、三種回收策略比較

從圖中可以看出，在 Mark-Sweep 和 Mark-Compact 之間，由於 Mark-Compact 需要移動對象，所以它的執行速度最慢。

所以在取捨上，V8 主要使用 Mark-Sweep，在空間不足以對新生代中晉陞過來的對象進行分配時才使用 Mark-Compact 。

4、垃圾回收引起的性能問題

為了避免出現 JavaScript 應用邏輯 與 垃圾回收操作 產生不一致的衝突，垃圾回收的三種基本演算法都需要將應用邏輯暫停下來，待垃圾回收完成後，再恢復執行應用邏輯，這種行為被稱為全停頓 。

按官方說法，以 1.5G 的垃圾回收堆內存為例，V8 做一次小的垃圾回收需要 50ms 以上，做一次非增量式垃圾回收甚至需要 1s 以上。這是垃圾回收中引起的 JavaScript 線程暫停執行時間，在這樣的時間花銷下，應用性能和響應能力都會直線下降。

在 V8 的分代式垃圾回收中，一次小垃圾回收只收集新生代，由於新生代默認配置的較小，且其中活動對象通常較少，所以即便它是全停頓，影響也不大。

但 V8 的老生代通常配置較大，且存活對象較多，全堆垃圾回收的標記、清理、整理等動作造成的停頓就會比較嚴重。

為降低全堆垃圾回收而導致的停頓時間，V8 做了以下改善措施：

(1) 限制堆內存大小

新生代：64 位系統 和 32 位系統分別為 32M 和 16 M （from 和 to 空間各佔一半）

老生代：64 位系統 和 32 位系統分別為 1400M 和 700 M

(2) 增量式垃圾回收

V8 先從標記階段入手，將原來一口氣停頓完成的動作改為 增量標記（Incremental Marking），也就是拆分為許多小步進，每做完一步進，就讓 JavaScript 應用邏輯執行一小會兒，垃圾回收與應用邏輯交替執行，直到標記階段完成。V8 後續還引入 Lazy Sweep（延遲清除）、Incremental Compaction （增量式整理），讓清理與整理動作也變成增量式的。同時還計劃引入並行標記與並行整理，進一步利用多核性能來降低每次停頓的時間。

5、垃圾回收的觸發條件

作用域： 能形成作用域的函數調用、with 語句 以及 全局作用域。

閉包： V8 無法主動回收內存中的閉包引用和全局變數引用。

6、內存泄漏

通常，造成內存泄漏的原因有如下幾個：

隊列消費不及時

作用域未釋放

參考文獻：

[1] 朴靈，深入淺出 Node.js，人民郵電出版社，2013

覺得本文對你有幫助？請分享給更多人

關注「前端大全」，提升前端技能

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！