Skip to main content

17 垃圾回收：V8的垃圾回收器

V8 为了更高效地回收垃圾，引入了两个垃圾回收器，分别针对不同的场景。

垃圾数据是怎么产生的​

数据会被存放到栈和堆中，通常的方式是在内存中创建一块空间，使用这块空间，在不需要的时候回收这块空间。

window.test = new Object();
window.test.a = new Uint16Array(100);

为 window 对象添加一个 test 属性，并在堆中创建了一个空对象，将该对象的地址指向 window.test 属性。随后又创建一个大小为 100 的数组，并将属性地址指向了 test.a 的属性值。

window.test.a = new Object();

a 属性之前指向堆中数组对象，现在已经指向了另外一个空对象，此时堆中的数组对象就成为了垃圾数据，因为无法从一个根对象遍历到这个 Array 对象。V8 虚拟机中的垃圾回收器就会帮忙自动清理该数据。

垃圾回收算法​

通过 GC Root 标记空间中活动对象和非活动对象​

V8 采用的可访问性（reachability）算法来判断堆中的对象是否是活动对象。将一些 GC Root 作为初始存活的对象的集合，从 GC Roots 对象出发，遍历 GC Root 中的所有对象：

  • 通过 GC Root 遍历到的对象，就认为该对象是可访问的（reachable），这些对象应该在内存中保留，称可访问的对象为活动对象；
  • 通过 GC Roots 没有遍历到的对象，则是不可访问的（unreachable），这些不可访问的对象就可能被回收，称不可访问的对象为非活动对象。

在浏览器环境中的 GC Root：

  • 全局的 window 对象（位于每个 iframe 中）；
  • 文档 DOM 树，由可以通过遍历文档到达的所有原生 DOM 节点组成；
  • 存放栈上变量。

回收非活动对象所占据的内存​

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。

做内存整理​

频繁回收对象后，内存中会存在大量不连续空间，称为内存碎片。如果需要分配较大的连续内存时，有可能出现内存不足的情况，所以最后一步需要整理这些内存碎片。有些垃圾回收器不会产生内存碎片。

受到代际假说（The Generational Hypothesis）的影响，V8 采用了两个垃圾回收器，主垃圾回收器 -Major GC 和副垃圾回收器 -Minor GC (Scavenger)。

代际假说的两个特点：

  • 大部分对象在内存中存活的时间很短（比如函数内部声明的变量，块级作用域中的变量，当函数或者代码块执行结束时，作用域中定义的变量就会被销毁）。这一类对象一经分配内存，很快就变得不可访问；
  • 小部分不死的对象，会活得很久（比如全局的 window、DOM、Web API 等对象）。

只使用一个垃圾回收器，优化大多数新对象时，很难优化到老对象，因此需要权衡各种场景，根据对象生存周期的不同，而使用不同的算法。因此 V8 把堆分为新生代和老生代两个区域，新生代中存放生存时间短的对象，老生代中存放生存时间久的对象。

新生代通常只支持 1 ～ 8M 的容量，老生代支持的容量大很多。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 -Minor GC (Scavenger)，主要负责新生代的垃圾回收。
  • 主垃圾回收器 -Major GC，主要负责老生代的垃圾回收。

副垃圾回收器​

副垃圾回收器主要负责新生代的垃圾回收。大多数小的对象都会被分配到新生代，这个区域虽然不大，但是垃圾回收比较频繁。

新生代中的垃圾数据用 Scavenge 算法来处理，把新生代空间对半划分为两个区域，一半是对象区域 (from-space)，一半是空闲区域 (to-space)：

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。

垃圾回收时，先对对象区域中的垃圾做标记，然后把这些存活的对象复制到空闲区域中，同时把这些对象有序地排列起来，复制过程相当于完成了内存整理操作，复制后空闲区域就没有内存碎片了。

完成复制后，原来的对象区域变成空闲区域，原来的空闲区域变成对象区域。就完成了垃圾对象的回收操作，同时让新生代中的这两块区域无限重复使用下去。

副垃圾回收器会采用对象晋升策略，移动那些经过两次垃圾回收依然还存活的对象到老生代中。

主垃圾回收器​

主垃圾回收器主要负责老生代中的垃圾回收。除了新生代中晋升的对象，一些大的对象会直接被分配到老生代里。老生代中的对象的两个特点：

  • 对象占用空间大；
  • 对象存活时间长。

主垃圾回收器采用**标记 - 清除（Mark-Sweep）**的算法进行垃圾回收：

标记过程阶段​

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。

垃圾的清除过程​

主垃圾回收器会直接将标记为垃圾的数据清理掉。

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。碎片过多会导致大对象无法分配到足够的连续内存，于是又引入了另外一种算法——标记 - 整理（Mark-Compact）。

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，然后直接清理掉这一端之外的内存。