一文帶你搞懂V8垃圾回收系統(tǒng)
內(nèi)存中兩種變量的存儲
在V8中,JavaScript的內(nèi)存空間分為棧(Stack)和堆(Heap)兩部分。棧用于存儲原始類型,如Number,String,Boolean,Null,Undefined,Symbol以及引用對象的內(nèi)存地址,而堆用于存儲引用類型的對象。
垃圾回收的基本思路是:查找內(nèi)存中的所有變量,看哪些已經(jīng)不再需要,然后釋放這些變量所占用的內(nèi)存。
所以V8中的垃圾回收可以分為?;厥?/strong>和堆回收。
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在V8引擎中,函數(shù)調(diào)用的參數(shù)、返回地址和局部變量都存儲在調(diào)用棧中。每當(dāng)一個函數(shù)被調(diào)用時,都會創(chuàng)建一個新的棧幀,其中包含這些信息。而棧幀的回收則非常直接:一旦函數(shù)調(diào)用結(jié)束,其棧幀就會被立即移除。這種機制依賴于ESP(Extended Stack Pointer)指針,該指針始終指向棧的頂部,用于追蹤哪些棧幀是活動的,哪些可以被安全回收。
簡單理解:說白了就是某個作用域代碼執(zhí)行完畢后,自動回收作用域內(nèi)所有的普通數(shù)據(jù)類型的垃圾。
堆回收
堆中變量存儲的分類
V8引擎引入所謂的“代際假說”,即“大部分對象在內(nèi)存中存在的時間很短”,所以把堆內(nèi)存分為新生代和老生代兩部分,新生代即對象一開始創(chuàng)建時存放的區(qū)域,一旦對象滿足了一定的條件(也就是V8認(rèn)為其會長時間存在于內(nèi)存),那么它就會被移動(“晉升”)至老生代。
所以針對堆內(nèi)存中的垃圾回收,也分為兩種算法來分別處理新老生代。
新生代垃圾回收
采用Scavenge算法,簡單來說就是Copy,也叫新生代互換。
結(jié)合上圖:新生代空間等分成From空間與To空間,新聲明的變量存放到新生代的From空間,直到From空間滿了,這時候需要進行GC的垃圾回收。GC會根據(jù)代碼分析出哪些obj不是垃圾,然后把非垃圾的obj對象直接copy到To空間,最后把From空間中的垃圾進行刪除即可,至此存放對象的To空間變成From空間,原本的From空間變成To空間,從而開啟新一輪的對象存儲。
之所以新生代采用這種回收算法,可以從時空復(fù)雜度進行分析,首先我們會發(fā)現(xiàn)新生代的空間在同一時刻只有一半被利用,把空間進行了折半,目的就是為了對象轉(zhuǎn)移時直接進行copy操作(肯定耗時非常低),可以理解為空間換時間。
并且新生代的總空間相較于老生代比較小,所以折半空間不會損失太多的內(nèi)存空間,可以接受。
老生代垃圾回收
標(biāo)記清除
在V8引擎早期,采用的是Mark-Sweep算法(標(biāo)記清除),如下圖:
注:上面圖示的GC根節(jié)點并不是指瀏覽器的window
對象,但可以類比window
對象,我們可以通過window.xxx.xxx.xx
訪問所有的變量,自然可以通過GC的根節(jié)點訪問所有的內(nèi)存對象,一旦GC斷開了與某個對象的聯(lián)系,那么這個對象就可以理解為垃圾。
標(biāo)記清除算法的完整步驟:
- 從GC的根節(jié)點開始進行“廣度掃描”(專屬術(shù)語)并把非垃圾進行標(biāo)記
- 清除未被標(biāo)記的對象
標(biāo)記整理
現(xiàn)階段Mark-Compact算法(標(biāo)記整理)已經(jīng)成為主流,如下圖:
標(biāo)記整理算法步驟:
- 先進行廣度掃描并標(biāo)記非垃圾變量
- 整理非垃圾變量的位置,目的是獲取更大的連續(xù)空間,如上圖一到圖二(整理的過程中會對一些垃圾進行覆蓋,可以理解為先整理后清除的原因)
- 垃圾清除
也就是相較于標(biāo)記清除算法多了一步:在垃圾清除之前進行內(nèi)存空間的整理
標(biāo)記算法優(yōu)化
如上我們所描述的標(biāo)記,都是“全停頓標(biāo)記”,也就是說js主線程切換至GC垃圾回收線程時,在GC線程中會把所有的應(yīng)該標(biāo)記的變量都進行標(biāo)記,然后進行大規(guī)模的清除。
這種標(biāo)記算法的劣勢就是時間開銷大,導(dǎo)致GC線程占用的時間長,阻塞js主線程的運行。所以后期標(biāo)記算法也進行了優(yōu)化,衍生出來增量標(biāo)記與三色標(biāo)記法,這里就不詳細記錄了,總之優(yōu)化的核心思想就是部分標(biāo)記,從而減少GC線程對js線程運行時間的搶占。
plus
當(dāng)然更早期的IE瀏覽器還使用過引用計數(shù)的堆回收算法,存在著不能解決循環(huán)引用問題等痛點。這里不再贅述。
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