Chorme 浏览器中的内存管理及垃圾回收

v8是谷歌用C++开发的JS引擎,Chrome浏览器和nodejs环境中,其自带垃圾回收机制,让开发者更加专注程序开发当中去,但作为开发者了解其基本构成及操作机制还是还有必要的,本文主要讲述内存管理及垃圾回收。

V8内存构成

从广义上来看,内存可以分为两个部分 。这两个概念大家应该都很熟悉,这里就粗略带过一下;
是指调用栈,特点是后进先出,储存的是基础类型即:string/number/boolean/null/undefined/symbol
是内存堆,特点是先进先出,储存的是引用类型即:object/array/function

下面着重看下内存堆的构成(Heap memory of Resident Set)👇

  • 新生代区(容量小,通常1M~8M,采用Scavenge算法)
# 更改新生代的内存限制,单位mb
node --max-semi-space-size=1024=64 index.js

新生代存储的是新对象的地方,并且大部分对象的生命周期都很短,如果经过2次GC还存活的对象会自动归入老生代区域,这是JS引擎的对象晋升策略,由副垃圾回收器管理。

  • 老生代区(容量大,采用Mark-Sweep和Mark-Compact算法)
# 更改老生代的内存限制,单位mb
node --max-old-space-size=2048 index.js

老生代存储的是新生代晋升过来的对象,一般存活时间较长,这片区域由主垃圾回收器管理。

  • 大对象区

这是大于其他空间大小限制的对象存储区域,该区域的对象不会进行垃圾回收。

  • 代码区

这是JIT编译器存储编译代码块的地方,唯一可执行的内存空间。

  • map区

存放对象的Map信息,每个Map对象固定大小,为了能够快速定位,所以将该空间单独出来。

垃圾回收GC(Garbage Collection)

以上了解了V8分配内存的机制,下面来 看v8的内存回收过程。
垃圾回收器只会针对新生代内存区、老生代指针区及老生代数据区进行垃圾回收。
新生代的对象主要通过Scavenge算法进行回收,在Scavenge算法实现中,主要采用了Cheney算法,该算法会将内存一分为二,分别为semispace From 空间semispace To 空间,使用中,对象分配到From空间,回收时非存活对象占用空间被释放,存活对象复制到To 空间,再进行空间角色交换,即空闲区域变成对象区域,对象区域变空闲区域(角色反转),还有一个好处就是,回收后内存是碎片话的,通过角色反转,可以实现内存整理,形成连续的内存空间,方便再次存储。在对象复制过程采用了广度优先遍历算法(BSF)。

Tips:Scavenge算法只能使用堆内存一半的空间,但由于新生代中的对象的存活时间较短,这样复制所需的开销就很小,这是一种典型的牺牲空间换取时间的算法

当一个对象经过多次Scavenge算法进行复制后,还处于存活状态,说明这个对象的存活时间较长,应该移入老生代内存中,这个过程称为对象晋升
除了2次复制后还存活的对象会进行晋升,满足下面这种情况也同样会进行晋升,就是对象被复制到To 空间时,To 空间的存储空间已经使用超过25%,那么这个对象会直接晋升到老生代区域。

OK,接下来着重看下老生代的垃圾回收策略。

新生代的Scavenge算法高效的同时也有个明显的缺点就是空间利用率低,只有50%的空间处于使用状态,存活对象时间较短,相反在老生代中的对象存活时间较长,且对象占用的空间也较大,如果再用Scavenge算法来做回收策略效率将大大的打折扣,选择在老生代里就选择了Mark-SweepMark-Compact算法进行。

Mark-Seep
标记-清除法是一种非常基础和常见的垃圾收集算法,该算法是J.McCarthy等人在1960年提出并应用于Lisp语言。当堆中的有效内存空间被耗尽后,会停止整个程序(stop the world),然后进行标记和清除工作。
标记:收集器(Collector)从引用根节点(Root GC)开始遍历,标记所有被引用的对象即可达对象;
清除:标记完成后,简单来说未被标记的对象将进行回收处理,释放其内存空间;
这种方式也有缺点:
一、效率不高
二、在进行执行的时候需要停止整个应用进程,用户体验差
三、这种方式清理出来的内存空间是不连续的,会产生内存碎片

Mark-Compact
顾名思义,这是一种标记-整理机制,其标记过程和标记-清楚算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理对象边界以外的内存区域,这样就能得到连续的内存块空间。

process.memoryUsage();
// 输出内容(单位:字节)
{
  rss: 134021120,     // 常驻内存大小(resident set size),包括代码片段、堆内存、栈等部分。
  heapTotal: 5054464, // V8 的堆内存总大小;
  heapUsed: 3261088,  // 占用的堆内存;
  external: 1668750,  // V8 之外的的内存大小,指的是 C++ 对象占用的内存,比如 Buffer 数据。
  arrayBuffers: 9916. // ArrayBuffer 和 SharedArrayBuffer 相关的内存大小,属于 external 的一部分。
}

Tips: 涉及到内存溢出测试的时候,注意不要拿Buffer对象测试,因为Buffer是Node.js特有的处理二进制的对象,它不是在V8中实现,是Node.js用C++另外实现,不通过V8分配内存,属于堆外内存。

垃圾回收区域

major-gc.gif
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