v8的垃圾回收机制

垃圾回收机制是指将有限的内存中没用了的数据清理掉，腾出空间给新的数据。里头的难点有两：辨识没用了的数据，和清理方法及频率。

在看李兵大大讲解v8引擎是如何工作的时候，发现v8垃圾回收系统的设计优化比想象当中更复杂也更有意思些。以下是我额外翻阅一些资料后综合整理的笔记：

需要回收的垃圾

首先区分v8的两类内存空间：

1. 栈空间（stack）- 即调用栈。存储执行上下文、原始数据类型（如string、number等）、及对象引用。
2. 堆空间（heap）- 存储对象的类型、值。

其他还有代码空间之类的划分，感觉我查到的资料细节有些不一致就不多说了。

关于堆啰嗦两句帮助理解：

• 一种树结构，用于粗略排优先级。
• 最高或最低优先级的值永远保持在树根位置。添加、删除节点都需要调整树结构。
• 子节点的最大数量是固定的。
• 实际在存储中是用连续的分页的空间。也就是为什么通常堆会有字符串表达，如下图：
  
  伙同上一点，在这个字符串中可以根据层级和子节点数计算出每个节点的位置。

那调用栈是用完就可以轻松扔掉回到上一层的，所以我们谈垃圾回收的时候，谈的是堆空间的清理。

v8垃圾回收的整体流程

v8在设计的时候发现所有内存用同一种方式处理的效益不高，于是在一种叫“代际假说(The Generational Hypothesis)”的指导下进行了优化。假说给内存里的数据对象分了个类：

• 长存不死的对象 —— 只占少数
• 和只短时间存在的对象 —— 大多数

据此，堆空间中又分了两块空间：

• 新生区（New space）——空间较小（约1~8MB可设置修改），清理频率高，使用副垃圾回收器。
• 老生区（Old space）——空间较大，清理频率低，使用主垃圾回收器。

这两个回收器使用的算法不同，但整体流程都可以概括为：

1. 检查标记空间中存活和可以回收的对象；
2. 回收对象占据的内存；
3. 进行内存整理，减少内存碎片（记得计算机内存是分页的连续空间，对象存储通常也是占用连续的空间，碎片太多对大对象就用不了了）。

新生区用副垃圾回收器（Minor GC）

副垃圾回收器使用的方法叫Scavenger，算法叫Cheney’s Algorithm。

这个方法把新生区对半分为对象区（From space）、空闲区（To space）。新对象会尝试写入对象区，如果发现区域已满，就触发垃圾清理。

具体流程如下：

老生区用主垃圾回收器（Major GC）

主垃圾回收器用的则是标记-清除法（Mark-Sweap）：

即：

1. 标记——从根开始遍历。对还在需要被调用栈引用的对象和它们引用的对象们标记为活动，其余标为垃圾。这里具体的细节还没有挖清楚。
2. 清除——把标为垃圾的对象占用的内存块标为空。
3. 整理——剩余存活的对象向一端挪动，整理到一起。

那这些操作其实是很慢的。JS又只用一个主线程，做这样慢的垃圾回收操作会导致其他任何操作无法继续。因此v8又引入了其他一些优化方法，如：

• 增量回收——把整个操作切割成无数个小任务，与用户JS代码穿插运行。（这招类似React Fibre的任务调度）
• 并发标记过程——用多个辅助线程一起标记，避免用主线程。
• 并发清除及整理过程——同标记一样，用多个辅助线程，避免用主线程。
• 懒触发垃圾清理的过程——延迟清理。

小结

给程序倒个垃圾真不容易啊?！

其实还有许多细节在目前看到的资料里只是粗粗掠过，有待深挖。

参考资料

• Memory Management in Programming
• Visualizing memory management in V8 Engine (JavaScript, NodeJS, Deno, WebAssembly)
• [课程]浏览器工作原理与实践——垃圾回收