V8引擎的垃圾回收策略

V8 的垃圾回收策略主要基於分代式垃圾回收機制。所謂分代式，就是將內存空間分爲新生代和老生代兩種，而後採用不一樣的回收算法進行回收。

新生代空間

新生代空間中的對象爲存活時間較短的對象，大多數的對象被分配在這裏，這個區域很小可是垃圾回特別頻繁 。

它將堆內存一分爲二，每一部分空間稱爲 semispace，其中一個處於使用狀態（from 空間），另外一個處於閒置狀態（to 空間）

對於新產生的對象，將從 from 空間中分配內存 。

新生代分配內存很是容易，咱們只須要保存一個指向內存區的指針，不斷根據新對象的大小進行遞增便可。當該指針到達了新生代內存區的末尾，就會觸發一次垃圾回收。

新生代的垃圾回收採用 Scavenge 算法 ，其工做原理以下：

首先檢查 from 空間，將存活對象複製到 to 空間，非存活對象將會被釋放。完成複製後，from 空間和 to 空間角色發生轉換。新產生的對象始終從 from 空間中分配內存，to 空間則處於閒置狀態。當再次進行垃圾回收時，也會執行和第一次一樣的操做，若是存在如下兩種狀況，存活對象就會被複制到老生代空間中，這個過程稱爲對象晉升。

• 存活對象已經經歷過一次 Scavenge 回收 。
• to 空間內存佔用比例超過 25% （保證下次新對象有足夠的空間可分配）

老生代空間

老生代空間中的對象爲存活時間長或常駐內存對象，大多數重新生代晉升的對象會被移動到這裏。

老生代佔用內存較多，若是使用 Scavenge算法，不只會浪費一半空間，複製如此大塊的內存消耗時間將會很長，因此 Scavenge 算法顯然不適合。

V8 對於老生代中的垃圾回收，採用 Mark-Sweep （標記清除） 和 Mark-Compact（標記整理） 相結合 。

【1】Mark-Sweep

Mark-Sweep 分爲 標記 和 清除 兩個階段 。

在標記階段須要遍歷堆中的全部對象，並標記那些活着的對象，而後進入清除階段。在清除階段，只清除沒有被標記的對象。因爲標記清除只清除死亡對象，而死亡對象在老生代中佔用的比例很小，因此效率較高。

標記清除存在的問題是，進行一次標記清除後，內存空間每每是不連續的，會出現不少的內存碎片。若是後續須要分配一個須要內存空間較多的對象時，若是全部的內存碎片都不夠用，將會使得V8沒法完成此次分配，提早觸發垃圾回收。

【2】Mark-Compact

標記整理正是爲了解決標記清除所帶來的內存碎片的問題。標記整理在標記清除的基礎進行修改，將其的清除階段變爲緊縮極端。在整理的過程當中，將活着的對象向內存區的一段移動，移動完成後直接清理掉邊界外的內存。緊縮過程涉及對象的移動，因此效率並非太好，可是能保證不會生成內存碎片。  

三種回收策略比較

從圖中能夠看出，在 Mark-Sweep 和 Mark-Compact 之間，因爲 Mark-Compact 須要移動對象，因此它的執行速度最慢。

因此在取捨上，V8 主要使用 Mark-Sweep，在空間不足以對新生代中晉升過來的對象進行分配時才使用 Mark-Compact 。

垃圾回收引發的性能問題

爲了不出現 JavaScript 應用邏輯 與 垃圾回收操做 產生不一致的衝突，垃圾回收的三種基本算法都須要將應用邏輯暫停下來，待垃圾回收完成後，再恢復執行應用邏輯，這種行爲被稱爲全停頓 。

按官方說法，以 1.5G 的垃圾回收堆內存爲例，V8 作一次小的垃圾回收須要 50ms 以上，作一次非增量式垃圾回收甚至須要 1s 以上。這是垃圾回收中引發的 JavaScript 線程暫停執行時間，在這樣的時間花銷下，應用性能和響應能力都會直線降低。

在 V8 的分代式垃圾回收中，一次小垃圾回收只收集新生代，因爲新生代默認配置的較小，且其中活動對象一般較少，因此即使它是全停頓，影響也不大。

但 V8 的老生代一般配置較大，且存活對象較多，全堆垃圾回收的標記、清理、整理等動做形成的停頓就會比較嚴重。

爲下降全堆垃圾回收而致使的停頓時間，V8 作了如下改善措施：

【1】限制堆內存大小

•  新生代：64 位系統 和 32 位系統分別爲 32M 和 16 M （from 和 to 空間各佔一半）
•  老生代：64 位系統 和 32 位系統分別爲 1400M 和 700 M

【2】增量式垃圾回收

V8 先從標記階段入手，將原來一口氣停頓完成的動做改成 增量標記（Incremental Marking），也就是拆分爲許多小步進，每作完一步進，就讓 JavaScript 應用邏輯執行一小會兒，垃圾回收與應用邏輯交替執行，直到標記階段完成。V8 後續還引入 Lazy Sweep（延遲清除）、Incremental Compaction （增量式整理），讓清理與整理動做也變成增量式的。同時還計劃引入並行標記與並行整理，進一步利用多核性能來下降每次停頓的時間。

垃圾回收的觸發條件

 做用域： 能造成做用域的函數調用、with 語句 以及 全局做用域。

 閉包：  V8 沒法主動回收內存中的閉包引用和全局變量引用。

內存泄漏

一般，形成內存泄漏的緣由有以下幾個：

• 隊列消費不及時
• 做用域未釋放

 

原創發佈 @一像素 2017.08

 

參考文獻：

[1]  樸靈，深刻淺出Node.js，人民郵電出版社，2013