圖解 JavaScript 垃圾回收 — 現代 JavaScript 教程

垃圾回收

對於開發者來講，JavaScript 的內存管理是自動的、無形的。咱們建立的原始值、對象、函數……這一切都會佔用內存。

當咱們再也不須要某個東西時會發生什麼？JavaScript 引擎如何發現它並清理它？

可達性（Reachability）

JavaScript 中主要的內存管理概念是 可達性。

簡而言之，「可達」值是那些以某種方式可訪問或可用的值。它們必定是存儲在內存中的。

1. 這裏列出固有的可達值的基本集合，這些值明顯不能被釋放。

   比方說：

   • 當前函數的局部變量和參數。
   • 嵌套調用時，當前調用鏈上全部函數的變量與參數。
   • 全局變量。
   • （還有一些內部的）

   這些值被稱做 根（roots）。

2. 若是一個值能夠經過引用或引用鏈從根訪問任何其餘值，則認爲該值是可達的。

   比方說，若是局部變量中有一個對象，而且該對象有一個屬性引用了另外一個對象，則該對象被認爲是可達的。並且它引用的內容也是可達的。下面是詳細的例子。

在 JavaScript 引擎中有一個被稱做 垃圾回收器 的東西在後臺執行。它監控着全部對象的狀態，並刪除掉那些已經不可達的。

一個簡單的例子

這裏是一個最簡單的例子：

// user 具備對這個對象的引用
let user = {
  name: "John"
};
複製代碼

這裏的箭頭描述了一個對象引用。全局變量 "user" 引用了對象 {name："John"}（爲簡潔起見，咱們稱它爲 John）。John 的 "name" 屬性存儲一個原始值，因此它被寫在對象內部。

若是 user 的值被重寫了，這個引用就沒了：

user = null;
複製代碼

如今 John 變成不可達的了。由於沒有引用了，就不能訪問到它了。垃圾回收器會認爲它是垃圾數據並進行回收，而後釋放內存。

兩個引用

如今讓咱們想象下，咱們把 user 的引用複製給 admin：

// user 具備對這個對象的引用
let user = {
  name: "John"
};

let admin = user;
複製代碼

如今若是執行剛剛的那個操做：

user = null;
複製代碼

……而後對象仍然能夠被經過 admin 這個全局變量訪問到，因此對象還在內存中。若是咱們又重寫了 admin，對象就會被刪除。

相互關聯的對象

如今來看一個更復雜的例子。這是個家庭：

function marry(man, woman) {
  woman.husband = man;
  man.wife = woman;

  return {
    father: man,
    mother: woman
  }
}

let family = marry({
  name: "John"
}, {
  name: "Ann"
});
複製代碼

marry 函數經過讓兩個對象相互引用使它們「結婚」了，並返回了一個包含這兩個對象的新對象。

由此產生的內存結構：

到目前爲止，全部對象都是可達的。

如今讓咱們移除兩個引用：

delete family.father;
delete family.mother.husband;
複製代碼

僅刪除這兩個引用中的一個是不夠的，由於全部的對象仍然都是可達的。

可是，若是咱們把這兩個都刪除，那麼咱們能夠看到再也沒有對 John 的引用了：

對外引用不重要，只有傳入引用纔可使對象可達。因此，John 如今是不可達的，而且將被從內存中刪除，同時 John 的全部數據也將變得不可達。

通過垃圾回收：

沒法到達的島嶼

幾個對象相互引用，但外部沒有對其任意對象的引用，這些對象也多是不可達的，並被從內存中刪除。

源對象與上面相同。而後：

family = null;
複製代碼

內存內部狀態將變成：

這個例子展現了可達性概念的重要性。

顯而易見，John 和 Ann 仍然連着，都有傳入的引用。可是，這樣還不夠。

前面說的 "family" 對象已經再也不與根相連，沒有了外部對其的引用，因此它變成了一座「孤島」，而且將被從內存中刪除。

內部算法

垃圾回收的基本算法被稱爲 "mark-and-sweep"。

按期執行如下「垃圾回收」步驟：

• 垃圾收集器找到全部的根，並「標記」（記住）它們。
• 而後它遍歷並「標記」來自它們的全部引用。
• 而後它遍歷標記的對象並標記 他們的 引用。全部被遍歷到的對象都會被記住，以避免未來再次遍歷到同一個對象。
• ……如此操做，直到全部可達的（從根部）引用都被訪問到。
• 沒有被標記的對象都會被刪除。

例如，使咱們的對象有以下的結構：

咱們能夠清楚地看到右側有一個「沒法到達的島嶼」。如今咱們來看看「標記和清除」垃圾收集器如何處理它。

第一步標記全部的根：

而後他們的引用被標記了：

……若是還有引用的話，繼續標記：

如今，沒法經過這個過程訪問到的對象被認爲是不可達的，而且會被刪除。

咱們還能夠將這個過程想象成從根溢出一個巨大的油漆桶，它流經全部引用並標記全部可到達的對象。而後移除未標記的。

這是垃圾收集工做的概念。JavaScript 引擎作了許多優化，使垃圾回收運行速度更快，而且不影響正常代碼運行。

一些優化建議：

• 分代收集 —— 對象被分紅兩組：「新的」和「舊的」。許多對象出現，完成他們的工做並很快死去，他們能夠很快被清理。那些長期存活的對象會變得「老舊」，並且被檢查的頻次也會減小。
• 增量收集 —— 若是有許多對象，而且咱們試圖一次遍歷並標記整個對象集，則可能須要一些時間，並在執行過程當中帶來明顯的延遲。因此引擎試圖將垃圾收集工做分紅幾部分來作。而後將這幾部分會逐一進行處理。這須要他們之間有額外的標記來追蹤變化，可是這樣會有許多微小的延遲而不是一個大的延遲。
• 閒時收集 —— 垃圾收集器只會在 CPU 空閒時嘗試運行，以減小可能對代碼執行的影響。

還有其餘垃圾回收算法的優化和風格。儘管我想在這裏描述它們，但我必須打住了，由於不一樣的引擎會有不一樣的調整和技巧。並且，更重要的是，隨着引擎的發展，狀況會發生變化，因此在沒有真實需求的時候，「提早」學習這些內容是不值得的。固然，除非這是一個純粹的利益關係。我在下面給你提供了一些相關連接。

總結

主要須要掌握的內容：

• 垃圾回收是自動完成的，咱們不能強制執行或是阻止執行。
• 當對象是可達狀態時，它必定是存在於內存中的。
• 被引用與可訪問（從一個根）不一樣：一組相互鏈接的對象可能總體都不可達。

現代引擎實現了垃圾回收的高級算法。

《The Garbage Collection Handbook: The Art of Automatic Memory Management》（R. Jones 等人著）這本書涵蓋了其中一些內容。

若是你熟悉底層（low-level）編程，關於 V8 引擎垃圾回收器的更詳細信息請參閱文章 V8 之旅：垃圾回收。

V8 博客 還不時發佈關於內存管理變化的文章。固然，爲了學習垃圾收集，你最好經過學習 V8 引擎內部知識來進行準備，並閱讀一個名爲 Vyacheslav Egorov 的 V8 引擎工程師的博客。我之因此說 「V8」，由於網上關於它的文章最豐富的。對於其餘引擎，許多方法是類似的，但在垃圾收集上許多方面有所不一樣。

當你須要底層的優化時，對引擎有深刻了解將頗有幫助。在熟悉了這門編程語言以後，把熟悉引擎做爲下一步計劃是明智之選。

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