Node系列 — v8引擎堆内存(二) 垃圾回收机制

Node系列 — v8引擎堆内存详解（一）

看完本文你将学到什么

• v8 堆内存分代机制
• 分代晋升机制
• 垃圾回收机制，涉及算法说明及其比较

了解堆内存及垃圾回收的意义

V8 对内存的限制对于浏览器而言，每个浏览器选项卡会实例化一个 V8 实例，用户选项卡使用周期也不长，内存一般绰绰有余，如果存在内存泄露问题，有一定的缓冲时间。但对于 Node 服务器端而言，生命周期很长，服务的稳定性及其重要，如果存在内存问题，会影响服务的正常运行。V8 的垃圾回收机制是会让 js 线程“全停顿”的，所以垃圾回收也是影响性能的重要因素之一。

v8的内存分代

v8 中主要将内存分为两块空间：

• 新生代空间（存放生命周期短的对象）
• 老生代空间（存放生命周期长的对象）

如图：

前面我们提到的 --max-old-space-size 和--max-new-space-size 两个参数就是分别设置这两块空间的最大值。

《深入浅出Nodejs》中指出：
老生代 内存空间最大值在64位系统和32位系统上分别为 1400MB 和 700MB,
新生代 内存空间最大值在64位系统和32位系统上分别为 32MB 和 16MB。

由此可以解释 v8内存：
老生代 1.4G = (1400MB + 32MB) / 1024MB。
新生代 0.7G = (700MB + 16MB) /1024MB。
至于目前这块内存默认设置是多少，大家有兴趣可以去调查一下?

垃圾回收机制

Javascript 具有自动垃圾回收机制，不像 C 和 C++ 之类的语言，需要开发者手动跟踪内存情况并进行垃圾回收♻️，这也是很多 javascript 开发者没有关注这一块根本原因。
V8 中的垃圾回收策略重要是基于分代机制。因为在实际生产中，堆内存中对象的生命周期长短不一，如果定期的标记清除，会对生命周期比较长的对象重复处理，垃圾回收的过程 js 线程会暂停执行，导致程序运行性能大大降低。V8 设计者结合统计学对堆内的对象进行生命周期分类，在结合相应的算法处理，对新生代和老生代分别有一套处理机制。

新生代垃圾回收

Scavenge 算法

新生代中主要通过 Scavenge 算法进行垃圾回收，具体实现采用了 Cheney 算法。
Cheney 算法将一块内存一分为二，一块处于使用状态（称为 From 空间）,另一块处于闲置状态（称为 To 空间），当我们 js 线程执行要开始分配对象时，会首先在 From 空间分配。开始一轮垃圾回收时，先检查 From 中存活的对象然后复制到 To 中，接着释放 From 中的占用的空间，复制完成后，From 和 To 所代表的空间发生互换。

Scavenge 算法

• 缺点：内存空间只能使用一半
• 优点：效率特别高

典型的拿空间换时间，这也就限制了该算法不能在全局的垃圾回收中使用。因为新生代生命周期短，该算法就很适合。

那这里有个问题，随着一轮又一轮回收，生命周期很长的对象就一直待在新生代空间?，新生代空间不就越来越小？？

晋升机制

晋升的意义：就是将新生代中达到一定标准的对象移动到老生代空间中，给新生代腾出空间。
晋升的条件主要有两个：

1. 对象是否经历过 Scavenge 回收；
2. To 空间的占用大小是否超过 25%；

晋升的过程：在执行一次新生代垃圾回收，将存活对象从 From 空间复制到 To 空间的时候，会检查该对象是否经历过一次 Scavenge 回收，如果经历过，则将该对象从 From 空间复制到老生代空间，如果没有，则复制到 To 空间。 另一个判断条件，当从 From 空间复制对象到 To 空间时，如果当前 To 空间的使用比例达到 25%，则直接将该对象复制到老生代空间。

老生代垃圾回收

老生代中垃圾回收主要涉及两个算法 Mark-Sweep 和 Mark-Compact。
为什么不采用 Scavenge 算法呢? ？主要有两点：

1. 老生代中大部分是活着的对象，复制大量活着的对象影响回收性能。
2. 老生代中需要划分一半的空间实现 Scavenge 算法机制，浪费空间。

Mark-sweep 算法

Mark-sweep 算法（标记-清除）会先标记内存中活着的对象，然后清除没有被标记的对象。

标记后如图所示：

清除后如图所示：

Mark-sweep 算法存在一个问题，当清理完死对象后，会存在内存空隙，也就是说内存的状态是不连续的。这时如果分配一个比较大对象到内存，而且各空隙不足以分配，会导致提前触发垃圾回收，这样的垃圾回收是没有必要的。所以这种情况下，就需要 Mark-Compact 算法。

Mark-Compact 算法

Mark-Compact 算法（标记-整理）会先标记内存中死亡的对象，然后往一端移动活着的对象，移动完成后，清理掉边界外的内存。

标记移动如图所示：

清理完如图所示：
移动完成后，清理掉边界外的内存

在 v8 中，对于这两种算法是灵活使用的，当可用最大片段空间不足以分配晋升对象时才使用 Mark-Compact 算法。

算法比较

垃圾回收执行策略

由于垃圾回收过程中 js 线程会暂停执行，必须等回收完再恢复执行，这种行为被称为“全停顿”。V8 回收过程中，新生代存活对象少，而且内存空间不大，回收基本不影响，而在老生代中存活对象多，而且内存空间大，标记、移动、清理过程将损耗较多时间。V8 在面临这种问题做出进步一改善，在标记阶段的动作从全局标记改为增量标记（incremental marking）,将标记动作分为很多小步，每完成一步清理，就恢复 js 应用执行，如此交替，直到标记完成。

总结

内存泄露是前端开发工程师经常提到的，了解 V8 堆内存及垃圾回收，能让我们理解其内存大小的合理限制，以及内存状态对于我们日常开发的重要性，也能让我们在高性能的代码成长上迈出重要的一步。