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讲一下 JS 的垃圾回收机制 #20

Open Hongbusi opened 2 years ago

lyx-jay commented 2 years ago

有些数据被使用后,可能就不再需要了,我们把这种数据称为垃圾数据。要对这些垃圾数据进行回收,以释放有限的内存空间。

调用栈中的数据是如何回收的?

在函数调用栈中,有一个记录当前执行状态的指针(称为ESP),指向当前正在执行的函数fn。当该函数fn执行完毕,那么ESP指针就会下移到全局执行上下文(假设只有一个函数调用)。这个下移操作就是销毁fn函数执行上下文的过程。

销毁的过程:fn所占的内存现在成为了一块无效内存。当另一个函数再次执行的时候,这块内容会被直接覆盖掉。

堆中的数据如何回收的?

要回收堆中的数据,就需要用到 JavaScript 中的垃圾回收器了

代际假说和分代收集

代际假说是一个很重要的内容,后续垃圾回收的策略都是建立在该假说的基础之上的:

  1. 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
  2. 不死的对象,会活的更久

没有一种垃圾回收算法可以胜任所有场景。

在V8当中把堆分为新生代老生代两个区域,新生代中存放的是生存时间短的对象老生代中存放的是生存时间长的对象

新生代通常只支持1~8M的容量。对于这两块区域,V8分别使用两个不同的垃圾回收器:

垃圾回收器的工作流程

第一步是标记空间中的活动对象和非活动对象。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的空间,我们把这些不连续的内存空间称为内存碎片。当内存中出现了大量的内存碎片之后,如果需要分配较大连续内存的时候,就有可能出现内存不足的情况。

副垃圾回收器

副垃圾回收器主要负责新生区的垃圾回收。新生区的垃圾回收还是比较频繁的。

新生区中采用 Scavenge 算法。Scavenge 算法把新生代空间对半划分,一半是对象区域,一半是空闲区域。

Untitled (3)

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,同时会对这些对象做排序。

完成复制后,对象区域与空闲区域进行翻转。

由于新生代中采用的 Scavenge 算法,所以每次执行清理操作时,都需要将存活的对象从对象区域复制到空闲区域。但复制操作需要时间成本,如果新生区空间设置得太大了,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。

也正是因为新生区的空间不大,所以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

主垃圾回收器主要负责老生区中的垃圾回收。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。因此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。

主垃圾回收器是采用标记-清除(Mark-Sweep)的算法进行垃圾回收

首先是标记过程。标记阶段就是从一组根元素开始,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,没有到达的元素就判断为垃圾数据。

接下来是垃圾的清除过程。

Untitled (2)

标记-清除算法会产生大量不连续的内存碎片,所以又产生了一种算法-标记-整理 (Mark-Compact)

该算法是将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。

Untitled (1)

全停顿

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。我们把这种行为叫做全停顿(Stop-The-World)

在V8新生代的垃圾回收中,因其空间小,且活动对象较少,所以全停顿的影响不大。

但是,老生代就不一样了。老生代的垃圾回收会造成卡顿。

为了降低老生代的垃圾回收而造成的卡顿,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(Incremental Marking)算法。

Untitled

使用增量标记算法,可以把一个完整的垃圾回收任务拆分为很多小的任务,这些小的任务执行时间比较短,可以穿插在其他的 JavaScript 任务中间执行,这样当执行上述动画效果时,就不会让用户因为垃圾回收任务而感受到页面的卡顿了。

这是我之前学习浏览器课程时做的笔记,希望对有需要的人有所帮助!