V8 內存管理及垃圾回收機制

因爲 V8 引擎的緣由，Node 在操做大內存對象時受到了一些限制，在 64 位的機器上，默認最大操做的對象大小約爲 1.4G，在 32 位的機器上，默認最大操做的對象大小約爲 0.7G。
若是咱們的 Node 程序會常常操做一些大內存的對象，能夠對這個默認值進行修改：

node --max-old-space-size=1700 index.js
node --max-new-space-size=1024 index.js

其中，max-old-space-size 表示設置老生代內存空間的最大容量，max-new-space-size 表示這隻新生代內存空間的最大容量。但這兩個值也是有上限的，不能無限設置，其中老生代內存空間最大的值約爲 1.7G，新生代最大內存空間約爲 1.0G。
至於新生代和老生代，這是 V8 對內存的一個分類，後文再介紹。
回到操做大內存對象的問題，若是 1.7G 的內存仍是不夠大怎麼辦呢？要知道 1.7G 是在 V8 引擎層面上作出的限制，要想避開這種限制，咱們可使用 Buffer 對象，Buffer 對象的內存分配在 C++ 層面進行，不受 V8 引擎限制。
注：經過 process.memoryUsage() 方法能夠用來查看 V8 引擎的內存使用量，經過 os.totalmem() 方法和 os.freemem() 方法分別能夠查看操做系統的總內存和空閒內存。

// 查看 V8 的內存使用狀況
process.memoryUsage()
{ 
  rss: 31469568,
  heapTotal: 7708672,
  heapUsed: 5152856,
  external: 8609 
}

// 查看操做系統總內存
os.totalmem()
8279511040
// 查看操做系統的空閒內存
os.freemem()
1610977280

經過上面幾個方法獲取到的內存都是以字節爲單位。

新生代和老生代

V8 將內存分爲兩類：新生代內存空間和老生代內存空間，新生代內存空間主要用來存放存活時間較短的對象，老生代內存空間主要用來存放存活時間較長的對象。對於垃圾回收，新生代和老生代有各自不一樣的策略，下面依次進行介紹。

新生代垃圾回收

新生代內存中的垃圾回收主要經過 Scavenge 算法進行，具體實現時主要採用了 Cheney 算法。Cheney 將內存空間一分爲二，每部分都叫作一個 Semispace，這兩個 Semispace 一個處於使用，一個處於閒置。處於使用中的 Semispace 也叫做 From，處於閒置中的 Semispace 也叫做 To。
在垃圾回收運行時時，會檢查 From 中的對象，當某個對象須要被回收時，將其留在 From 空間，剩下的對象移動到 To 空間，而後進行反轉，將 From 空間和 To 空間互換。進行垃圾回收時，會將 To 空間的內存進行釋放，以下圖所示：

新生代垃圾回收.png

簡而言之，就是 From 空間中最終存放不須要被回收的對象，To 空間最終中存放須要被回收的對象，當垃圾回收運行時，將 To 空間中的對象所有進行回收。

新生代對象的晉升

前面說過，新生代內存空間用來存放存活時間較短的對象，老生代內存空間用來存放存活時間較長的對象。新生代中的對象能夠晉升到老生代中，具體有兩種方式：

1. 屢次聲明晉升

在垃圾回收的過程當中，若是發現某個對象以前被清理過，那麼會將其晉升到老生代內存空間中

2. 佔用大內存晉升

在 From 空間和 To 空間進行反轉的過程當中，若是 To 空間中(保留的數據)的使用量已經超過了 25%，那麼就將 From 中的對象直接晉升到老生代內存空間中

老生代垃圾回收

說完新生代的垃圾回收，再來看下老生代中的垃圾回收。首先，老生代內存空間和新生代內存空間的結構不同，實際上是一個連續的結構，而不像新生代內存空間那樣分爲 From 和 To 兩個部分：

老生代內存空間.png

老生代內存空間中的垃圾回收有標記清除（Mark Sweep）和標記合併（Mark Compact）兩種方式。

Mark Sweep

Mark Sweep 是將須要被回收的對象進行標記，在垃圾回收運行時直接釋放相應的地址空間，以下圖所示(紅色的內存區域表示須要被回收的區域)：

標記清除.png

如上圖所示，使用 Mark Sweep 進行垃圾回收會產生一個問題，就是垃圾回收後內存會出現不連續的狀況，爲了解決這個問題，出現了 Mark Compact 方案。

Mark Compact

Mark Compact 的思想有點像新生代垃圾回收時採起的 Cheney 算法：將存活的對象移動到一邊，將須要被回收的對象移動到另外一邊，而後對須要被回收的對象區域進行總體的垃圾回收。

標記合併.png

上圖展現了在老生代內存空間使用 Mark Compact 進行垃圾回收的過程。

總結

本文主要簡單介紹了 Node 的內存管理和垃圾回收相關的知識：

• V8 的大對象操做限制問題和解決方案
• 獲取內存使用量的幾個方法
• 新生代和老生代的概念
• 新生代和老生代的垃圾回收方案