關於Node.js中內存管理的思考與實踐

時間 2020-05-09

標籤關於 node.js node 內存管理思考實踐欄目 Node.js 简体版

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本人最近沉迷於Node的探索，也對Node用於後端開發感興趣。因此本着探索的精神，認真重讀了一下《深刻淺出Node.js》關於內存的部分，以爲本身其實開始不會去關心瞭解這些內容，如今真的開闊個人眼界，受益不淺。node
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01 前言

隨着Node的發展，JavaScript的運行已經再也不侷限於運行在瀏覽器中了，Node在服務端的應用使得愈來愈多的問題也顯現出來。對於剛接觸JavaScript的開發者來講，基本上不多會想到內存分配或者內存泄露的問題，爲了跟上潮流，就講解一下Node是如何合理高效地使用內存，防止內存泄漏。web

02 V8垃圾回收與內存限制

JavaScript編程不用關心內存的分配和釋放的問題，由於它有垃圾回收機制來管理。可是咱們對於內存管理更深一步的瞭解可謂是不多，到底內存是怎麼分配的、垃圾回收是怎麼運行的？算法

Node與V8

咱們先來了解一下這二者是什麼關係。首先V8是谷歌開發出來的瀏覽器引擎，性能可謂是十分優異，使得JavaScript編寫服務器程序成爲可能。V8的由來是虛擬機專家Lars Bak開發出來的，開發者以前的工做一直都是專一於高性能的虛擬機開發。編程

Node是一個構建在Chrome的JavaScript運行時平臺，由此一來，Node的高性能就如同抱住了V8的大腿，能夠隨着V8的升級而享受更好的性能。後端

V8的內存限制

Node經過JavaScript使用內存的話會有限制，並且Node沒法直接操做大內存對象。64位系統下約爲1.4GB，而32位系統下約爲0.7GB。緣由是Node基於V8構建，它的內存分配和管理都是由V8來控制，雖然在瀏覽器下這種分配機制沒有問題，可是在Node中倒是有問題的。瀏覽器

V8的對象分配

在V8中，全部的JavaScript對象都是經過堆來分配的，對象佔用的內存空間大小是不肯定的。服務器

當咱們在代碼裏寫上一些變量的時候，咱們就會向堆中的內存空間進行申請。咱們上面說過V8是有內存分配限制的，這是由於V8的垃圾回收機制影響。咱們試想一下假若有1.5GB的垃圾須要等待回收，而V8的垃圾回收機制運行一次須要每50毫秒以上，在這段時間內，程序會沒法運行。閉包

假如說我非要打開這個限制也不是不行，咱們能夠在Node的啓動時候更改一下參數便可：編輯器

node --max-old-space-size=1700   xxx.js    //單位是MB
node --max-new-space-size=1024  xxx.js    //單位是KB
複製代碼

上面代碼的意思就是新生代和老生代空間的更改，稍後解析什麼是新生代和老生代空間。函數

V8垃圾回收機制

在V8中，咱們知道內存空間能夠分爲新生代和老生代。新生代空間主要是保存一些存活時間較短的對象，而老生代空間主要存儲一些存活時間較長的對象。

以前說過64位系統只能使用約1.4GB，32位只能使用0.7GB的空間。這空間是包含新生代和老生代空間，且老生代的空間比新生代要多。

V8主要採用兩種不一樣的算法，分別做用於新生代和老生代，由於二者的關係不同。主要有類算法，第一是Scavenge算法，第二是Mark-Sweep & Mark-Compact。新老生代的特色以下：

「新生代：存活對象較少」

「老生代：存活對象較多」

①Scavenge算法

把新生代空間一分爲二，爲From空間和To空間
內存先分配到From空間，垃圾回收會檢查From空間存活狀況
把From空間的存活對象移到To空間，釋放From空間
把From和To空間對換

這就完成了垃圾回收的一次清理過程。

②Mark-Sweep算法

遍歷堆中的全部對象，標記存活的對象
清除沒有被標記的對象

因爲老生代空間中，存活的對象較多，使用 Scavenge 算法的話遍歷的時間會相對來講比較長，並且還會浪費一半的空間來存放對象，效率比較低。總的來講，Scavenge 算法複製存活的對象，而 Mark-Sweep 算法清除死亡的對象。

③Mark-Compact算法

咱們看到上面這種算法回收一次事後產生了零碎的內存空間「，假如這時候進來一個比較大的內存對象就沒法完成分配，提早觸發新一輪的垃圾回收機制。因此基於這個問題，在原來算法的基礎上，採用」壓縮的辦法，在標記活對象的過程當中，對象會往一邊移動。而後標記完成以後直接清除邊界的內存。

④Incremental Marking算法

與前面三種不同的是，這種算法**採用了「步進」的方式**進行，由於垃圾回收機制運行一次的時間也是有的，對於垃圾回收機制運行時間過長，那麼頁面的應用邏輯都要停下來等待，這種影響也是比較大的。

對於新生代來講不用擔憂這個問題，由於新生代存活對象比較少，內存佔用也比較小。可是對於老生代來講，「對象比較多也比較大」，停頓形成的影響大，因此必需要讓應用邏輯受垃圾回收的影響小一點。

所以採用「步進」的方式，垃圾回收機制和邏輯代碼**分段執行**，緩解停頓時間過長而致使應用邏輯執行不了的問題。

03 內存的使用

關於內存的話咱們就不得不聊一下做用域的問題了。咱們所寫的代碼中，能夠造成做用域的無非就是幾個方面，有函數、with以及全局做用域。

var A = function(){
  var user = {}
};
A();
複製代碼

咱們在執行這個函數的時候就會建立一個函數做用域，也會建立一個局部的變量user。這個user只能在函數做用域裏面使用，函數執行完畢以後做用域銷燬，同時對象也失去引用，其引用的對象下次的垃圾回收時就會釋放。這裏的user是一個小對象，就會分配在新生代的from空間中。

咱們知道做用域會有一個做用域鏈的概念，就是在當前的做用域找不到變量以後就會向父級的做用域尋找，一直向外擴散，找不到就會拋出未定義的錯誤。

小結：

閉包沒有及時釋放會形成內存泄漏，常見的有 定時器
全局變量，此種變量須要進程退出纔會被釋放，引用的對象就會在 常駐內存中（ 老生代）

V8堆內存相關的指標

咱們能夠調用process.memoryUsage()查看Node進程的內存使用狀況。

heapTotal（堆中總共申請的內存）和 heapUsed（堆中使用的內存）表明 V8 的內存使用狀況。 external 表明 V8 管理的，綁定到 Javascript 的 C++ 對象的內存使用狀況。 rss 是常駐空間大小, 是給這個進程分配了多少物理內存（佔總分配內存的一部分），包含全部的 C++ 和 JavaScript 對象與代碼。

上面咱們說過老生代的內存空間大概在1400MB左右，爲了驗證一下，不惜代價搞了一波內存泄漏的操做，看一下到底內存是怎麼被消耗掉的。咱們手動構造了一個全局的對象，讓它放在常駐內存中，也就是老生代中。

function showMemory(j) {
  console.log(`這是第${j+1}次運行`)
  var mem = process.memoryUsage();
 function format(bytes) { return (bytes / 1024 / 1024).toFixed(2) + "MB"; }  console.log( `Process:總共申請的內存heapTotal:${format(mem.heapTotal)}, 目前堆中使用內存heapUsed:${format( mem.heapUsed )},常駐內存rss:${format(mem.rss)}` ); console.log( "======================================================================================" ); }  //吃人函數 function useMem() { var size = 20 * 1024 * 1024; var arr = new Array(size); for (var i = 0; i < size; i++) { arr[i] = 0; } return arr; }  var total = [];  for (var j = 0; j < 20; j++) {//運行20次，實際上也不會達到，由於會內存耗盡 showMemory(j); total.push(useMem()); }  showMemory(j) 複製代碼

結果也是很是的amazing啊，運行不到10次內存就消耗完了。你們能夠想象一下假如你的內存有泄露的顯現是多麼可怕，最終就會致使整個進程的退出了。這裏咱們能夠清楚地看到，老生代的空間大概是1400MB左右，由於假如再執行一次就會超出範圍了。

堆外內存

上面咱們測試的是堆中的內存，可是咱們發現最後一次總共申請的內存只有1290.33MB，可是堆中卻佔據了1300.81MB，那麼多出來的那部分是哪裏的呢？沒錯，其實就是堆外內存。這部分的內存是不受V8控制的。

咱們改變一下上面的「吃人」函數：

function useMem() {
  var size = 200 * 1024 * 1024;
  var buffer = new Buffer(size);
  for (var i = 0; i < size; i++) {
    buffer[i] = 0;
  }
  return buffer;
}
複製代碼