本篇文章帶大家了解一下V8引擎的內(nèi)存管理與垃圾回收算法，希望對(duì)大家有所幫助！

眾所周知，JS是自動(dòng)管理垃圾回收的，開(kāi)發(fā)者不需要關(guān)心內(nèi)存的分配與回收。而且垃圾回收機(jī)制在前端面試中也是?？嫉牟糠?。本文主要講解V8的分代垃圾回收算法，希望閱讀本文后的小伙伴能夠?qū)?code>V8垃圾回收機(jī)制有個(gè)痛徹（哈哈，是痛徹！?。。┑牧私?，文章主要涵蓋如下內(nèi)容：

• V8的內(nèi)存限制與解決辦法
• 新生代內(nèi)存對(duì)象的Scavenge算法
• 基于可達(dá)性分析算法標(biāo)記存活對(duì)象的邏輯以及優(yōu)化手段
• 新生代內(nèi)存對(duì)象的晉升條件、
• Scavenge算法的深度/廣度優(yōu)先區(qū)別
• 跨代內(nèi)存的的寫(xiě)屏障
• 老生代內(nèi)存對(duì)象的標(biāo)記清除/整理算法
• GC的STW原因及優(yōu)化策略

V8的內(nèi)存限制與解決辦法

V8最初為瀏覽器設(shè)計(jì)，遇到大內(nèi)存使用的場(chǎng)景較少，在設(shè)計(jì)上默認(rèn)對(duì)內(nèi)存使用存在限制，只允許使用部分內(nèi)存，64位系統(tǒng)可允許使用內(nèi)存約1.4g，32位系統(tǒng)約0.7g。如下代碼所示，在Node中查看所依賴的V8引擎的內(nèi)存限制方法：

process.memoryUsage();  // 返回內(nèi)存的使用量，單位字節(jié) {   rss: 22953984,   // 申請(qǐng)的總的堆內(nèi)存   heapTotal: 9682944,   // 已使用的堆內(nèi)存   heapUsed: 5290344,   external: 9388 }

V8限制內(nèi)存使用大小還有另一個(gè)重要原因，堆內(nèi)存過(guò)大時(shí)V8執(zhí)行垃圾回收的時(shí)間較久（1.5g要50ms），做非增量式的垃圾回收要更久（1.5g要1s）。在后續(xù)講解了V8的垃圾回收機(jī)制后相信大家更能感同身受。

雖然V8引擎對(duì)內(nèi)存使用做了限制，但是同樣暴露修改內(nèi)存限制的方法，就是啟動(dòng)V8引擎時(shí)添加相關(guān)參數(shù)，下面代碼演示在Node中修改依賴的V8引擎內(nèi)存限制：

# 更改老生代的內(nèi)存限制，單位mb node --max-old-space-size=2048 index.js  # 更改新生代的內(nèi)存限制，單位mb node --max-semi-space-size=1024=64 index.js

這里需要注意的是更改的新生代的內(nèi)存的語(yǔ)法已經(jīng)更改為上述的寫(xiě)法，且單位也由kb變成了mb，舊的寫(xiě)法是node --max-new-space-size，可以通過(guò)下面命令查詢當(dāng)前Node環(huán)境修改新生代內(nèi)存的語(yǔ)法:

node --v8-options | grep max

V8垃圾回收策略

在引擎的垃圾自動(dòng)回收機(jī)制的歷史演變中，人們發(fā)現(xiàn)是沒(méi)有一種通用的可以解決任何場(chǎng)景下垃圾回收的算法的。因此現(xiàn)代垃圾回收算法根據(jù)對(duì)象的存活時(shí)間將內(nèi)存垃圾進(jìn)行分代，分代垃圾回收算法就是對(duì)不同類(lèi)別的內(nèi)存垃圾實(shí)行不同的回收算法。

V8將內(nèi)存分為新生代和老生代兩種：

• 新生代內(nèi)存中的對(duì)象存活時(shí)間較短
• 老生代內(nèi)存中代對(duì)象存活時(shí)間較長(zhǎng)或是常駐內(nèi)存

新生代內(nèi)存存放在新生代內(nèi)存空間（semispace）中，老生代內(nèi)存存放在老生代內(nèi)存空間中（oldspace）,如下圖所示：

• 新生代內(nèi)存采用Scavenge算法
• 老生代內(nèi)存采用Mark-Sweep和Mark-Compact算法

下面我們看看Scavenge的算法邏輯吧！

Scavenge算法

對(duì)于新生代內(nèi)存的內(nèi)存回收采用Scavenge算法，Scavenge的具體實(shí)現(xiàn)采用的是Cheney算法。Cheney算法是將新生代內(nèi)存空間一分為二，一個(gè)空間處于使用狀態(tài)（FromSpace），一個(gè)空間處于空閑狀態(tài)（稱(chēng)為ToSpace）。

在內(nèi)存開(kāi)始分配時(shí)，首先在FromSpace中進(jìn)行分配，垃圾回收機(jī)制執(zhí)行時(shí)會(huì)檢查FromSpace中的存活對(duì)象，存活對(duì)象會(huì)被會(huì)被復(fù)制到ToSpace，非存活對(duì)象所占用的空間將被釋放，復(fù)制完成后FromSpace和ToSpace的角色將翻轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)對(duì)象多次復(fù)制后依然處于存活狀態(tài)，則認(rèn)為其是長(zhǎng)期存活對(duì)象，此時(shí)將發(fā)生晉升，然后該對(duì)象被移動(dòng)到老生代空間oldSpace中，采用新的算法進(jìn)行管理。

Scavenge算法其實(shí)就是在兩個(gè)空間內(nèi)來(lái)回復(fù)制存活對(duì)象，是典型的空間換時(shí)間做法，所以非常適合新生代內(nèi)存，因?yàn)閮H復(fù)制存活的對(duì)象且新生代內(nèi)存中存活對(duì)象是占少數(shù)的。但是有如下幾個(gè)重要問(wèn)題需要考慮：

• 引用避免重復(fù)拷貝

假設(shè)存在三個(gè)對(duì)象temp1、temp2、temp3，其中temp2、temp3都引用了temp1，js代碼示例如下：

var temp2 = {   ref: temp1, }  var temp3 = {   ref: temp1, }  var temp1 = {}

從FromSpace中拷貝temp2到ToSpace中時(shí)，發(fā)現(xiàn)引用了temp1，便把temp1也拷貝到ToSpace，是一個(gè)遞歸的過(guò)程。但是在拷貝temp3時(shí)發(fā)現(xiàn)也引用了temp1，此時(shí)再把temp1拷貝過(guò)去則重復(fù)了。

要避免重復(fù)拷貝，做法是拷貝時(shí)給對(duì)象添加一個(gè)標(biāo)記visited表示該節(jié)點(diǎn)已被訪問(wèn)過(guò)，后續(xù)通過(guò)visited屬性判斷是否拷貝對(duì)象。

• 拷貝后保持正確的引用關(guān)系

還是上述引用關(guān)系，由于temp1不需要重復(fù)拷貝，temp3被拷貝到ToSpace之后不知道temp1對(duì)象在ToSpace中的內(nèi)存地址。

做法是temp1被拷貝過(guò)去后該對(duì)象節(jié)點(diǎn)上會(huì)生成新的field屬性指向新的內(nèi)存空間地址，同時(shí)更新到舊內(nèi)存對(duì)象的forwarding屬性上，因此temp3就可以通過(guò)舊temp1的forwarding屬性找到在ToSpace中的引用地址了。

內(nèi)存對(duì)象同時(shí)存在于新生代和老生代之后，也帶來(lái)了問(wèn)題：

• 內(nèi)存對(duì)象跨代（跨空間）后如何標(biāo)記

const temp1 = {}  const temp2 = {   ref: temp1, }

比如上述代碼中的兩個(gè)對(duì)象temp1和temp2都存在于新生代，其中temp2引用了temp1。假設(shè)在經(jīng)過(guò)GC之后temp2晉升到了老生代，那么在下次GC的標(biāo)記階段，如何判斷temp1是否是存活對(duì)象呢？

在基于可達(dá)性分析算法中要知道temp1是否存活，就必須要知道是否有根對(duì)象引用引用了temp1對(duì)象。如此的話，年輕代的GC就要遍歷所有的老生代對(duì)象判斷是否有根引用對(duì)象引用了temp1對(duì)象，如此的話分代算法就沒(méi)有意義了。

解決版本就是維護(hù)一個(gè)記錄所有的跨代引用的記錄集，它是寫(xiě)緩沖區(qū)的一個(gè)列表。只要有老生代中的內(nèi)存對(duì)象指向了新生代內(nèi)存對(duì)象時(shí)，就將老生代中該對(duì)象的內(nèi)存引用記錄到記錄集中。由于這種情況一般發(fā)生在對(duì)象寫(xiě)的操作，顧稱(chēng)此為寫(xiě)屏障，還一種可能的情況就是發(fā)生在晉升時(shí)。記錄集的維護(hù)只要關(guān)心對(duì)象的寫(xiě)操作和晉升操作即可。此是又帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題：

• 每次寫(xiě)操作時(shí)維護(hù)記錄集的額外開(kāi)銷(xiāo)

優(yōu)化的手段是在一些Crankshaft操作中是不需要寫(xiě)屏障的，還有就是棧上內(nèi)存對(duì)象的寫(xiě)操作是不需要寫(xiě)屏障的。還有一些，