V8垃圾回收機制

一、NodeJs執行環境

我們都知道在chrome瀏覽器內JavaScript是在v8上解釋執行的，NodeJs就是基於JavaScript環境和語言編寫的，它的執行環境也就離不開v8了。放張圖來說明一下瀏覽器和NodeJs執行環境的對比。

上圖可用看到，在瀏覽器中因爲需要渲染UI界面（HTML,CSS），所以多出來了瀏覽器的WebKit內核以及底層也會調用到顯卡來顯示渲染界面。

而NodeJs的使用場景多是在服務器端，也就是說沒有UI界面需要渲染，所以也就不在需要WebKit內核，底層相應的也就不會去調用到顯卡驅動。NodeJs的中間層libuv是其支持跨平臺運行的關鍵所在。

上圖也充分說明了在Chrome瀏覽器和NodeJs中JavaScript的執行環境都是V8，今天我們要說的重點也就是V8虛擬機的垃圾回收機制。

二、V8的內存限制

在其它後端語言中，例如java在使用內存時就沒限制（可用充分使用物理內存）。但是在JavaScript中，內存的使用就受到了V8虛擬機的限制。因爲V8是爲Chrome瀏覽器研發產生的，在瀏覽器環境內並不會存在使用大量內存的情況，所以V8在內存使用上對不同平臺做了相對應的限制：32位操作系統約爲0.7GB，64位操作系統約爲1.4GB。這也就意味着當我們在操作大文件時（超過該內存限制的文件），無法將文件全部讀取到內存中來，相對應的計算機的內存資源也就無法得到充分的使用。

三、V8對象分配（堆內存）

瞭解JVM的人都知道，java中的對象分配是在堆內存中的。V8也不例外，當我們在代碼中聲明變量並賦值時，所使用對象的內存就分配在堆中。如果已申請的堆空閒內存不夠分配新對象時，將繼續申請堆內存，直到堆的大小超過V8的限制爲止。

查看堆內存使用情況：

$ node
> process.memoryUsage();
{ rss: 20774912,
  heapTotal: 7258112,
  heapUsed: 4225360,
  external: 9327 }

以上內存限制在Node中也是可用打破的，在啓動項目時指定堆內存大小，如下所示：

node --max-old-space-size=2048 index.js // 設置老齡代堆內存大小，單位MB
// 或者
node --max-new-space-size=1024 index.js // 設置新生代堆內存大小，單位MB

以上參數在V8初始化時生效，一旦生效就不能再動態修改。

四、V8的垃圾回收機制

V8的垃圾回收策略主要基於分代垃圾回收機制。在分代回收的基礎上，針對新生代和老齡代在其內部又做了相對應的回收算法：新生代內使用的是複製算法、老齡代內使用的是標記－清除算法以及標記－合併算法。

1、內存堆內存分配－分代算法

將整個堆內存分爲新生代和老齡代，新生代內保存的是最新創建且存活週期短的對象。老齡代內保存的是較爲活躍且存活週期長的對象。

2、複製算法（新生代內存）

該算法將內存一分爲二，每一部分空間稱爲semispace。在這兩個semispace空間中，只有一個處於使用中，另一個處於閒置狀態。正在使用的semispace空間我們稱之爲From空間，處於閒置的semispace空間我們稱之爲To空間。當我們分配對象時，先是在From空間進行分配。當新生代內存中開始垃圾回收時，會檢查From空間中的存活對象，這些存活對象將被複制到To空間中，而非存活對象佔用的空間將被釋放。完成複製後，From空間和To空間的角色發生互換，From空間變爲To空間，To空間變爲From空間。簡而言之，在新生代的垃圾回收過程中，就是通過將存活對象在兩個semispace空間之間進行復制。如下圖所示：

複製算法的缺點是隻能使用新生代內存中的一半內存空間大小。但複製算法由於只複製存活的對象，並且對於生命週期短的場景存活對象只佔少部分，所以它在時間效率上有優異的表現。

由於複製算法是典型的犧牲空間換取時間的算法，所以無法大規模應用在所有的垃圾回收中。但可以發現，複製算法非常適合應用在新生代中，因爲新生代中對象的生命週期較短，恰恰適合這個算法。

由上圖也可以看出，實際在V8中處於使用的內存是新生代一半的內存加上老齡代內存，有一半的新生代內存處於閒置狀態。

我們瞭解了新生代中的內存空間使用，那什麼樣的對象會從新生代中晉升到老齡代內存中呢？當一個對象經過多次複製依然存活時，它將會被認爲是生命週期較長的對象。這種較長生命週期的對象隨後會被移動到老齡代內存中，採用老齡代中新的算法進行管理。

對象從新生代晉升到老齡代的條件主要有兩個：一個是對象是否經歷過複製算法回收，一個是To空間的內存佔用比超過一定的限制。

3、標記－清除算法（老齡代內存）

標記清除算法分爲兩個階段，一階段是標記，另一階段是清除。與複製算法相比，標記－清除算法並不會將內存空間劃分爲兩半，所以不存在浪費一半空間的行爲。與複製算法不同的是，標記－清除算法在標記階段遍歷堆中的所有對象，並標記活着的對象，在隨後的清除階段中，只清除沒有被標記的對象。可以看出複製算法只複製活着的對象，而標記－清除算法只清理死亡的對象。這是因爲活對象在新生代中佔較小部分，死對象在老齡代中佔較小部分，這也是兩種回收方式能高效工作的原因。標記－清除算法的工作圖解如下：

標記－清除算法最大的問題是在進行一次標記清除回收後，內存空間會出現不連續的狀態。這些內存碎片會對後續的內存分配造成問題，因爲很可能出現需要分配一個大內存對象的情況，這時無法分配的情況下就會再次觸發垃圾回收，而這次的回收是不必要的，這時就該下面的回收算法登場了：標記－合併算法。

4、標記－合併算法（老齡代內存）

上面也說到了標記－清除算法存在的弊端，標記－合併算法就是爲了解決這些弊端而設計演變出來的。它們的差別在於對象在標記爲死亡後，在整理的過程中，將活着的對象往一端移動，在移動完成後，直接清理掉另一端死亡的對象。完成移動並清理完另一端死亡對象的內存後，老齡代內存空間就是連續的未使用和以使用了，這樣就可以進行大內存對象的分配了。

5、垃圾回收算法比較

回收算法	複製算法	標記－清除算法	標記－合併算法
速度	中等	最慢	最快
空間開銷	少（有碎片）	少（無碎片）	雙倍空間（無碎片）
是否移動對象	否	是	是