关于Node.js中内存管理的思考与实践

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本人最近沉迷于Node的探索，也对Node用于后端开发感兴趣。因此本着探索的精神，认真重读了一下《深刻浅出Node.js》关于内存的部分，以为本身其实开始不会去关心了解这些内容，如今真的开阔个人眼界，受益不浅。

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01 前言

随着Node的发展，JavaScript的运行已经再也不局限于运行在浏览器中了，Node在服务端的应用使得愈来愈多的问题也显现出来。对于刚接触JavaScript的开发者来讲，基本上不多会想到内存分配或者内存泄露的问题，为了跟上潮流，就讲解一下Node是如何合理高效地使用内存，防止内存泄漏。

02 V8垃圾回收与内存限制

JavaScript编程不用关心内存的分配和释放的问题，由于它有垃圾回收机制来管理。可是咱们对于内存管理更深一步的了解可谓是不多，到底内存是怎么分配的、垃圾回收是怎么运行的？

Node与V8

咱们先来了解一下这二者是什么关系。首先V8是谷歌开发出来的浏览器引擎，性能可谓是十分优异，使得JavaScript编写服务器程序成为可能。V8的由来是虚拟机专家Lars Bak开发出来的，开发者以前的工做一直都是专一于高性能的虚拟机开发。

Node是一个构建在Chrome的JavaScript运行时平台，由此一来，Node的高性能就如同抱住了V8的大腿，能够随着V8的升级而享受更好的性能。

V8的内存限制

Node经过JavaScript使用内存的话会有限制，并且Node没法直接操做大内存对象。64位系统下约为1.4GB，而32位系统下约为0.7GB。缘由是Node基于V8构建，它的内存分配和管理都是由V8来控制，虽然在浏览器下这种分配机制没有问题，可是在Node中倒是有问题的。

V8的对象分配

在V8中，全部的JavaScript对象都是经过堆来分配的，对象占用的内存空间大小是不肯定的。

当咱们在代码里写上一些变量的时候，咱们就会向堆中的内存空间进行申请。咱们上面说过V8是有内存分配限制的，这是由于V8的垃圾回收机制影响。咱们试想一下假若有1.5GB的垃圾须要等待回收，而V8的垃圾回收机制运行一次须要每50毫秒以上，在这段时间内，程序会没法运行。

假如说我非要打开这个限制也不是不行，咱们能够在Node的启动时候更改一下参数便可：

node --max-old-space-size=1700   xxx.js    //单位是MB
node --max-new-space-size=1024  xxx.js    //单位是KB
复制代码

上面代码的意思就是新生代和老生代空间的更改，稍后解析什么是新生代和老生代空间。

V8垃圾回收机制

在V8中，咱们知道内存空间能够分为新生代和老生代。新生代空间主要是保存一些存活时间较短的对象，而老生代空间主要存储一些存活时间较长的对象。

以前说过64位系统只能使用约1.4GB，32位只能使用0.7GB的空间。这空间是包含新生代和老生代空间，且老生代的空间比新生代要多。

V8主要采用两种不一样的算法，分别做用于新生代和老生代，由于二者的关系不同。主要有类算法，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：存活对象较少」

「老生代：存活对象较多」

①Scavenge算法

• 把新生代空间一分为二，为From空间和To空间
• 内存先分配到From空间，垃圾回收会检查From空间存活状况
• 把From空间的存活对象移到To空间，释放From空间
• 把From和To空间对换

这就完成了垃圾回收的一次清理过程。

②Mark-Sweep算法

• 遍历堆中的全部对象，标记存活的对象
• 清除没有被标记的对象

因为老生代空间中，存活的对象较多，使用 Scavenge 算法的话遍历的时间会相对来讲比较长，并且还会浪费一半的空间来存放对象，效率比较低。总的来讲，Scavenge 算法复制存活的对象，而 Mark-Sweep 算法清除死亡的对象。

③Mark-Compact算法

咱们看到上面这种算法回收一次事后产生了零碎的内存空间「，假如这时候进来一个比较大的内存对象就没法完成分配，提早触发新一轮的垃圾回收机制。因此基于这个问题，在原来算法的基础上，采用」压缩的办法，在标记活对象的过程当中，对象会往一边移动。而后标记完成以后直接清除边界的内存。

④Incremental Marking算法

与前面三种不同的是，这种算法**采用了“步进”的方式**进行，由于垃圾回收机制运行一次的时间也是有的，对于垃圾回收机制运行时间过长，那么页面的应用逻辑都要停下来等待，这种影响也是比较大的。

对于新生代来讲不用担忧这个问题，由于新生代存活对象比较少，内存占用也比较小。可是对于老生代来讲，「对象比较多也比较大」，停顿形成的影响大，因此必需要让应用逻辑受垃圾回收的影响小一点。

所以采用“步进”的方式，垃圾回收机制和逻辑代码**分段执行**，缓解停顿时间过长而致使应用逻辑执行不了的问题。

03 内存的使用

关于内存的话咱们就不得不聊一下做用域的问题了。咱们所写的代码中，能够造成做用域的无非就是几个方面，有函数、with以及全局做用域。

var A = function(){
  var user = {}
};
A();
复制代码

咱们在执行这个函数的时候就会建立一个函数做用域，也会建立一个局部的变量user。这个user只能在函数做用域里面使用，函数执行完毕以后做用域销毁，同时对象也失去引用，其引用的对象下次的垃圾回收时就会释放。这里的user是一个小对象，就会分配在新生代的from空间中。

咱们知道做用域会有一个做用域链的概念，就是在当前的做用域找不到变量以后就会向父级的做用域寻找，一直向外扩散，找不到就会抛出未定义的错误。

小结：

• 闭包没有及时释放会形成内存泄漏，常见的有 定时器
• 全局变量，此种变量须要进程退出才会被释放，引用的对象就会在 常驻内存中（ 老生代）

V8堆内存相关的指标

咱们能够调用process.memoryUsage()查看Node进程的内存使用状况。

heapTotal（堆中总共申请的内存） 和 heapUsed（堆中使用的内存） 表明 V8 的内存使用状况。 external 表明 V8 管理的，绑定到 Javascript 的 C++ 对象的内存使用状况。 rss 是常驻空间大小, 是给这个进程分配了多少物理内存（占总分配内存的一部分），包含全部的 C++ 和 JavaScript 对象与代码。

上面咱们说过老生代的内存空间大概在1400MB左右，为了验证一下，不惜代价搞了一波内存泄漏的操做，看一下到底内存是怎么被消耗掉的。咱们手动构造了一个全局的对象，让它放在常驻内存中，也就是老生代中。

function showMemory(j) {
  console.log(`这是第${j+1}次运行`)
  var mem = process.memoryUsage();
 function format(bytes) { return (bytes / 1024 / 1024).toFixed(2) + "MB"; }  console.log( `Process:总共申请的内存heapTotal:${format(mem.heapTotal)}, 目前堆中使用内存heapUsed:${format( mem.heapUsed )},常驻内存rss:${format(mem.rss)}` ); console.log( "======================================================================================" ); }  //吃人函数 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++) {//运行20次，实际上也不会达到，由于会内存耗尽 showMemory(j); total.push(useMem()); }  showMemory(j) 复制代码

结果也是很是的amazing啊，运行不到10次内存就消耗完了。你们能够想象一下假如你的内存有泄露的显现是多么可怕，最终就会致使整个进程的退出了。这里咱们能够清楚地看到，老生代的空间大概是1400MB左右，由于假如再执行一次就会超出范围了。

堆外内存

上面咱们测试的是堆中的内存，可是咱们发现最后一次总共申请的内存只有1290.33MB，可是堆中却占据了1300.81MB，那么多出来的那部分是哪里的呢？没错，其实就是堆外内存。这部分的内存是不受V8控制的。

咱们改变一下上面的“吃人”函数：

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

咱们发现循环的21次都成功运行，并且咱们看到常驻内存那里已经超过了V8的限制。这里的buffer对象是不受V8控制和分配的，属于堆外内存。

Node的内存主要是经过V8进行分配和Node自行分配的部分。可是受V8垃圾回收限制的主要是V8的堆内存。

04 小结

Node将JavaScript的主要应用扩展到了服务器端，因此咱们考虑的细节也要和浏览器的不一样，更多的是对内存资源的分配问题，稍有不慎可能会写出一些内存泄漏的问题，使得垃圾回收机制不能清理释放内存，严重可能会致使服务器崩溃。

因此平时咱们写代码也要谨慎一点，不要写全局变量或者频繁使用闭包，这些若是没有正确释放内存的话也会致使内存泄漏。内存泄漏的本质其实就是应当回收的对象可是却没有被回收（转移到老生代空间）。

参考书籍：

• 深刻浅出Node.js