V8中的垃圾回收算法

前言

本文內容來自於對《垃圾回收的算法與實現》內容的總結

V8是啥

這個你們都知道，V8 全稱是V8 JavaScript Engine,一個用C++寫的JavaScript引擎。

垃圾回收又是啥

垃圾回收的英文是 Garbage Collection，簡稱GC。在代碼運行的過程當中，全部的數據都會存放在內存空間，若是沒有GC，開發者就必須手動進行內存管理，否則總有一天內存會被佔滿，進而致使進程崩潰，甚至系統崩潰。GC的做用就是讓計算機自動幫開發者進行內存管理，把內存中不須要再次使用的垃圾回收掉。

本文講的只是V8中的垃圾回收算法，而目前已有的垃圾回收算法遠不止這幾種，並且目前沒有完美的垃圾回收算法。

術語解釋

指針

GC時，相應的對象會被銷燬或者保留。這時候咱們能夠經過對象的指針去搜尋其餘對象。

指針通常指向對象的首地址。其實能夠簡單理解爲JS中的引用地址。

堆

指動態存放對象的內存空間。JS中，對象存放在堆中。

mutator

mutator的實體是「應用程序」

我的理解，在JS的場景下，它指的就是V8引擎。在V8運行的過程當中，會不斷的去生成對象，修改對象之間的引用關係（即更新了指針）。這些改變就會帶來垃圾，這時候就須要GC。

活動對象/非活動對象

活動對象指堆中的能被mutator引用的對象。

非活動對象指堆中的不能被mutator引用的對象，即內存垃圾。

根

在下文中，屢次說起的一個名詞是根。什麼是根呢？術語上就是能夠經過mutator直接引用的對象。舉個例子

const obj = new Object(); // A對象
obj.child = new Object(); // B對象
複製代碼

第一行代碼中，咱們建立了一個對象A，它的引用地址賦值給了obj。第二行代碼中，咱們又建立了一個對象，它的引用地址賦值給了obj.child。那麼此時堆以下圖所示 這裏因爲咱們能夠經過全局變量obj找到A，因此A是活動對象，而後咱們又能夠經過A找到B，因此B也是活動對象。那麼這個全局變量obj就是一個根。

分代式垃圾回收

將內存空間中的對象分爲兩類，新生代和老年代。新建立的對象存放在新生代中，通過新生代中的GC後，某些對象依然存活。將存活了數次的對象看成老年代對象來處理。

新生代對象->老年代對象的過程，咱們稱之爲晉升。

GC的分類

GC有兩種類型，保守式和準確式。

保守式GC（Conservative GC）

當GC時不能識別一個東西是否是指針時，這個時候的根被稱爲不明確的根。

舉個例子，咱們定義了全局變量a和局部變量obj，a是一個數值，obj是一個指針（引用地址），引用地址跟值a同樣，這個時候GC很難分辨出a究竟是指針仍是值。因而，保守處理，把它當成一個指針，當obj指向的對象應該被垃圾回收時，因爲全局變量a的存在，它不會被垃圾回收。這就是保守式GC。

window.a = 0x00d0caf0; // 僞代碼，固然是會報錯的
const obj = new Object(); // 建立了對象，地址爲0x00d0caf0
複製代碼

在保守式GC的場景下，對象不可以被移動。由於若是移動了對象，意味着對象的引用地址會發生變化，那麼上面的obj相應的會重寫成移動後的引用地址，與此同時，全局變量a也會被重寫，這就很是恐怖了。因此對象不可以被移動。

準確式GC（Exact GC）

顧名思義，準確式GC可以正確識別出哪些內容是值，哪些內容是指針。要實現準確式GC，依賴於編程語言的處理，意味着成本的增長，這裏再也不贅述。

V8中的GC

V8中實現了準確式GC。

GC算法方面採用了分代垃圾回收，結構以下。

GC複製算法（By Cheney）

GC複製算法將內存空間分爲From和To，當From空間佔滿時，將From空間中的活動對象（劃重點）複製到To空間中，非活動對象回收掉，而後From和To互換。顯而易見，From和To空間的大小要徹底一致。

GC複製算法有不少種，好比 Robert R.Fenichel 和 Jerome C.Yochelson研究出來的和 C. J.Cheney 研究出來的。下面介紹的是Cheney研究出來的算法。

算法流程

在Cheney的複製算法中，算法流程以下

初始狀態

首先，複製全部從根直接引用的對象，B 和 G。注意，新的B引用了From中的A，新的G仍是在引用From中的B（爲區分，寫做B1）和E。

而後，搜索B1，發現引用了A，因而把A複製到To中，同時修正B中的指向。

接着，搜索G，把E複製到To中，而且G指向B1的指針換到了B。

最後，搜索A和E，發現沒有引用的對象，清空From，將From和To空間互換，複製算法結束。

優勢

• 吞吐量大
• 不會發生碎片化
• 沒有遞歸調用函數。cheney的算法中使用迭代的方式進行復制，這意味着沒有過多的消耗棧

缺點

• 內存空間利用率小，很明顯，咱們每次只能使用一半的內存空間來分配對象
• 不兼容保守式GC，由於移動了對象

觸發時機

From空間沒有分塊的時候

GC 標記-清除算法

本算法分爲兩個階段

• 標記階段： 這個階段會遞歸遍歷堆中全部的活動對象，打上標記
• 清除階段： 遍歷整個堆中全部對象，把全部沒有被標記的對象回收掉，堆越大，回收耗時越長

很明顯，通過這兩個階段後，不能利用的內存空得以再次被利用。

優勢：

• 算法實現簡單
• 能夠適用於保守式GC的場景

缺點：

屢次GC後會致使內存中出現碎片。碎片化的後果是，即便可用內存的總空間夠用，也會由於單個空間不夠用致使不可以分配內容（這個時候就要用到下面提到的標記-壓縮算法了）

假設內存空間一共5KB，下圖中A、B、C、D、E各佔了1KB，經歷一次GC後，B和D被回收，內存空間中剩餘2KB，此時分配一個大小爲2KB的對象到內存空間中，沒法分配，由於剩餘的2KB空間並不連續。

觸發時機

• 老年代空間中某一個空間沒有分塊的時候
• 老年代空間中分配了必定數量對象的時候（啓動新生代GC時會檢查）
• 老年代空間中沒有新生代空間大小的分塊的時候（這個時候沒法保證新生代GC時的晉升）

GC 標記-壓縮算法

• 標記階段：V8採用深度優先的方式進行標記，即標記了對象，隨後會去標記這個對象的子對象。深度優先遍歷時，通常採用遞歸操做，遞歸時，天然須要用到棧，在V8中，這個棧由V8自行生成。棧所用的空間是新生代的From空間。由於老年代GC以前，必然會執行新生代GC，這個時候From空間是空的，既然空都空了，不如就把棧放在這裏，不用白不用xd。

• 壓縮階段：

壓縮前，能夠看到老年代空間中存在不少空白小方塊，即內存碎片

壓縮時，將內存對象按順序逐個移動到內存空間的前面

壓縮後，能夠看到空白小方塊已是連續的了，不存在內存碎片

優勢

• 有效利用堆，不會像複製算法那樣只能利用半個堆，也不會存在內存碎片

缺點

• 在算法過程當中，要不斷的去移動對象，成本相對於其它算法很是之高

觸發時機

• 老年代空間中的碎片到達必定數量的時候

後記

一開始的時候，標題是《垃圾回收算法》，然而。。。瞭解深了以後發現，除了上面這些，還有引用計數法，增量式垃圾回收，RC Immix算法等等。即便是相同算法，不一樣設計者也有必定的區別。不一樣語言的GC算法實現上也有必定的區別。內容多的離譜，因而在標題前面加上了「V8中的」。

這個文涉及的東西實際開發中並不常見，並且術語比較多，不免有地方寫錯了，有朋友發現了的話，麻煩評論區留個言。