JavaScript垃圾回收机制

垃圾数据

被使用之后,可能就不再需要的数据称为垃圾数据需要对这些垃圾数据进行回收,以释放有限的内存空间**

垃圾回收策略

垃圾数据回收分为手动回收和自动回收两种策略

手动回收

C/C++ 就是使用手动回收策略,何时分配内存、何时销毁内存都是由代码控制的(malloc、free函数),要使用堆中的一块空间,需要先调用 mallco 函数分配内存,然后再使用,当数据已经不再需要了,没有主动调用 free 函数来销毁,容易内存泄漏

自动回收

自动垃圾回收的策略,如 JavaScript、Java、Python 等语言,产生的垃圾数据是由垃圾回收器来释放的

执行到函数时,JavaScript 引擎会创建函数的执行上下文****,并压入栈中。与此同时,还有一个记录当前执行状态的指针(称为 ESP),指向调用栈中正在执行的函数的执行上下文。函数执行完进入下一个函数,JavaScript 会通过将ESP下移到下一个函数的执行上下文,可以销毁上一个函数的执行上下文

调用栈中的数据回收

当一个函数执行结束之后,JavaScript 引擎会通过向下移动ESP来销毁该函数保存在栈中的执行上下文

堆中的数据回收

函数执行结束之后,ESP 应该是指向全局执行上下文的,函数的执行上下文就处于无效状态,不过保存在堆中的对象依然占用着空间,要回收堆中的垃圾数据,就需要用到 JavaScript 中的垃圾回收器了

代际假说和分代收集

后续垃圾回收的策略都是建立在代际假说的基础之上的,有两个特点:

第一个是大部分对象在内存中存在的时间很短,简单来说,就是很多对象一经分配内存,很快就变得不可访问;

第二个是不死的对象,会活得更久。

V8 是如何实现垃圾回收?

在 V8 中会把堆分为新生代和老生代两个区域

l 新生代中存放的是生存时间短的对象,老生代中存放的生存时间久的对象。

l 新生区通常只支持 1~8M 的容量,而老生区支持的容量就大很多了。

l 多数小的对象都会被分配到新生区;除了新生区中晋升的对象,一些大的对象会直接被分配到老生区。

l 新生区和老生区标记过程是同一个过程,之后新生代把存活的数据移动到空闲区,老生代把死去的对象加到空闲列表中

l 对于这两块区域,V8 分别使用两个不同的垃圾回收器,以便更高效地实施垃圾回收

副垃圾回收器,主要负责新生代的垃圾回收。主垃圾回收器,主要负责老生代的垃圾回收。不论什么类型的垃圾回收器,它们都有一套共同的执行流程

垃圾回收器的工作流程

第一步是标记空间中活动对象和非活动对象。所谓活动对象就是还在使用的对象,非活动对象就是可以进行垃圾回收的对象。

第二步是回收非活动对象所占据的内存。其实就是在所有的标记完成之后,统一清理内存中所有被标记为可回收的对象。

第三步是做内存整理。一般来说,频繁回收对象后,内存中就会存在大量不连续空间,称为内存碎片。如果需要分配较大连续内存的时候,就可能内存不足。内存碎片的整理是可选的,因为有的垃圾回收器不会产生内存碎片(副垃圾回收器)

副垃圾回收器

负责新生区的垃圾回收,新生代中用Scavenge 算法来处理。

Scavenge 算法,是把新生代空间对半划分为两个区域,一半是对象区域,一半是空闲区域

新加入的对象都会存放到对象区域,当对象区域快被写满时,就需要执行一次垃圾清理操作。

在垃圾回收过程中,首先要对对象区域中的垃圾做标记;标记完成之后,就进入垃圾清理阶段,副垃圾回收器会把这些存活的对象复制到空闲区域中,并有序地排列起来,相当于内存整理操作,复制后空闲区域就没有内存碎片了。

完成复制后,对象区域与空闲区域进行角色翻转,也就是原来的对象区域变成空闲区域,原来的空闲区域变成了对象区域,是使得新生代中的这两块区域无限重复使用下去。

因此,新生区中垃圾回收还是比较频繁,复制操作需要时间成本,如果新生区空间太大,那么每次清理的时间就会过久,所以为了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小。但也因此很容易被存活的对象装满整个区域。为了解决这个问题,JavaScript 引擎采用了对象晋升策略,也就是经过两次垃圾回收依然还存活的对象,会被移动到老生区中。

主垃圾回收器

负责老生区中的垃圾回收,老生区中的对象有两个特点,一个是对象占用空间大,另一个是对象存活时间长(晋升对象),因此不适合用 Scavenge 算法(时间和空间成本)

主垃圾回收器是采用标记 - 清除(Mark-Sweep)的算法进行垃圾回收的

标记

从一组根元素开始,递归遍历这组根元素,在这个遍历过程中,能到达的元素称为活动对象,没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。也就是遍历调用栈,能否找到引用某个地址的变量,不能时说明该地址存放的是垃圾数据。

wps5-1599304715705.jpg

清除

它和副垃圾回收器的垃圾清除过程完全不同,这个是直接对可回收对象进行清理的过程。

对一块内存多次执行标记 - 清除算法后,会产生大量不连续的内存碎片,于是又产生了另外一种算法——标记 - 整理。

标记过程不变,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,然后直接清理掉端边界以外的内存

wps6-1599304715706.jpg

因此,主垃圾回收器执行一次完整的垃圾回收流程为标记-清理-整理。

全停顿

从上面了解了,V8 是使用副垃圾回收器和主垃圾回收器处理垃圾回收的,不过由于JavaScript 是运行在主线程之上的,一旦执行垃圾回收算法,都需要将正在执行的JavaScript 脚本暂停下来,待****垃圾回收完毕后再恢复脚本执行,这种行为叫做全停顿(Stop-The-World)

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V8 新生代的垃圾回收中,因其空间较小,且存活对象较少,所以全停顿的影响不大****,但老生代就不一样,执行动画时,会因为老生代的垃圾回收而造成的卡顿

因此,V8 将标记过程分为一个个的子标记过程,同时让垃圾回收标记和 JavaScript 应用逻辑交替进行,直到标记阶段完成,我们把这个算法称为增量标记算法。

wps8.jpg

这样就可以把一个完整的垃圾回收任务拆分为很多小的任务,穿插在其他的 JavaScript 任务中间执行,避免用户因为垃圾回收任务而感受到页面的卡顿。

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