V8中的垃圾回收算法

前言

本文内容来自于对《垃圾回收的算法与实现》内容的总结

V8是啥

这个你们都知道，V8 全称是V8 JavaScript Engine,一个用C++写的JavaScript引擎。

垃圾回收又是啥

垃圾回收的英文是 Garbage Collection，简称GC。在代码运行的过程当中，全部的数据都会存放在内存空间，若是没有GC，开发者就必须手动进行内存管理，否则总有一天内存会被占满，进而致使进程崩溃，甚至系统崩溃。GC的做用就是让计算机自动帮开发者进行内存管理，把内存中不须要再次使用的垃圾回收掉。

本文讲的只是V8中的垃圾回收算法，而目前已有的垃圾回收算法远不止这几种，并且目前没有完美的垃圾回收算法。

术语解释

指针

GC时，相应的对象会被销毁或者保留。这时候咱们能够经过对象的指针去搜寻其余对象。

指针通常指向对象的首地址。其实能够简单理解为JS中的引用地址。

堆

指动态存放对象的内存空间。JS中，对象存放在堆中。

mutator

mutator的实体是“应用程序”

我的理解，在JS的场景下，它指的就是V8引擎。在V8运行的过程当中，会不断的去生成对象，修改对象之间的引用关系（即更新了指针）。这些改变就会带来垃圾，这时候就须要GC。

活动对象/非活动对象

活动对象指堆中的能被mutator引用的对象。

非活动对象指堆中的不能被mutator引用的对象，即内存垃圾。

根

在下文中，屡次说起的一个名词是根。什么是根呢？术语上就是能够经过mutator直接引用的对象。举个例子

const obj = new Object(); // A对象
obj.child = new Object(); // B对象
复制代码

第一行代码中，咱们建立了一个对象A，它的引用地址赋值给了obj。第二行代码中，咱们又建立了一个对象，它的引用地址赋值给了obj.child。那么此时堆以下图所示 这里因为咱们能够经过全局变量obj找到A，因此A是活动对象，而后咱们又能够经过A找到B，因此B也是活动对象。那么这个全局变量obj就是一个根。

分代式垃圾回收

将内存空间中的对象分为两类，新生代和老年代。新建立的对象存放在新生代中，通过新生代中的GC后，某些对象依然存活。将存活了数次的对象看成老年代对象来处理。

新生代对象->老年代对象的过程，咱们称之为晋升。

GC的分类

GC有两种类型，保守式和准确式。

保守式GC（Conservative GC）

当GC时不能识别一个东西是否是指针时，这个时候的根被称为不明确的根。

举个例子，咱们定义了全局变量a和局部变量obj，a是一个数值，obj是一个指针（引用地址），引用地址跟值a同样，这个时候GC很难分辨出a究竟是指针仍是值。因而，保守处理，把它当成一个指针，当obj指向的对象应该被垃圾回收时，因为全局变量a的存在，它不会被垃圾回收。这就是保守式GC。

window.a = 0x00d0caf0; // 伪代码，固然是会报错的
const obj = new Object(); // 建立了对象，地址为0x00d0caf0
复制代码

在保守式GC的场景下，对象不可以被移动。由于若是移动了对象，意味着对象的引用地址会发生变化，那么上面的obj相应的会重写成移动后的引用地址，与此同时，全局变量a也会被重写，这就很是恐怖了。因此对象不可以被移动。

准确式GC（Exact GC）

顾名思义，准确式GC可以正确识别出哪些内容是值，哪些内容是指针。要实现准确式GC，依赖于编程语言的处理，意味着成本的增长，这里再也不赘述。

V8中的GC

V8中实现了准确式GC。

GC算法方面采用了分代垃圾回收，结构以下。

GC复制算法（By Cheney）

GC复制算法将内存空间分为From和To，当From空间占满时，将From空间中的活动对象（划重点）复制到To空间中，非活动对象回收掉，而后From和To互换。显而易见，From和To空间的大小要彻底一致。

GC复制算法有不少种，好比 Robert R.Fenichel 和 Jerome C.Yochelson研究出来的和 C. J.Cheney 研究出来的。下面介绍的是Cheney研究出来的算法。

算法流程

在Cheney的复制算法中，算法流程以下

初始状态

首先，复制全部从根直接引用的对象，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（为区分，写做B1）和E。

而后，搜索B1，发现引用了A，因而把A复制到To中，同时修正B中的指向。

接着，搜索G，把E复制到To中，而且G指向B1的指针换到了B。

最后，搜索A和E，发现没有引用的对象，清空From，将From和To空间互换，复制算法结束。

优势

• 吞吐量大
• 不会发生碎片化
• 没有递归调用函数。cheney的算法中使用迭代的方式进行复制，这意味着没有过多的消耗栈

缺点

• 内存空间利用率小，很明显，咱们每次只能使用一半的内存空间来分配对象
• 不兼容保守式GC，由于移动了对象

触发时机

From空间没有分块的时候

GC 标记-清除算法

本算法分为两个阶段

• 标记阶段： 这个阶段会递归遍历堆中全部的活动对象，打上标记
• 清除阶段： 遍历整个堆中全部对象，把全部没有被标记的对象回收掉，堆越大，回收耗时越长

很明显，通过这两个阶段后，不能利用的内存空得以再次被利用。

优势：

• 算法实现简单
• 能够适用于保守式GC的场景

缺点：

屡次GC后会致使内存中出现碎片。碎片化的后果是，即便可用内存的总空间够用，也会由于单个空间不够用致使不可以分配内容（这个时候就要用到下面提到的标记-压缩算法了）

假设内存空间一共5KB，下图中A、B、C、D、E各占了1KB，经历一次GC后，B和D被回收，内存空间中剩余2KB，此时分配一个大小为2KB的对象到内存空间中，没法分配，由于剩余的2KB空间并不连续。

触发时机

• 老年代空间中某一个空间没有分块的时候
• 老年代空间中分配了必定数量对象的时候（启动新生代GC时会检查）
• 老年代空间中没有新生代空间大小的分块的时候（这个时候没法保证新生代GC时的晋升）

GC 标记-压缩算法

• 标记阶段：V8采用深度优先的方式进行标记，即标记了对象，随后会去标记这个对象的子对象。深度优先遍历时，通常采用递归操做，递归时，天然须要用到栈，在V8中，这个栈由V8自行生成。栈所用的空间是新生代的From空间。由于老年代GC以前，必然会执行新生代GC，这个时候From空间是空的，既然空都空了，不如就把栈放在这里，不用白不用xd。

• 压缩阶段：

压缩前，能够看到老年代空间中存在不少空白小方块，即内存碎片

压缩时，将内存对象按顺序逐个移动到内存空间的前面

压缩后，能够看到空白小方块已是连续的了，不存在内存碎片

优势

• 有效利用堆，不会像复制算法那样只能利用半个堆，也不会存在内存碎片

缺点

• 在算法过程当中，要不断的去移动对象，成本相对于其它算法很是之高

触发时机

• 老年代空间中的碎片到达必定数量的时候

后记

一开始的时候，标题是《垃圾回收算法》，然而。。。了解深了以后发现，除了上面这些，还有引用计数法，增量式垃圾回收，RC Immix算法等等。即便是相同算法，不一样设计者也有必定的区别。不一样语言的GC算法实现上也有必定的区别。内容多的离谱，因而在标题前面加上了“V8中的”。

这个文涉及的东西实际开发中并不常见，并且术语比较多，不免有地方写错了，有朋友发现了的话，麻烦评论区留个言。