JS垃圾回收机制&内存管理_js垃圾回收机制和内存管理-优快云博客

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本文探讨了JavaScript的学习动机，特别是内存管理和性能优化，介绍了抽象语法树（AST）、V8引擎的工作原理，包括其编译流程和垃圾回收机制，重点讲解了标记清除法、新生代和老生代的内存管理策略以及并发回收等技术。

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写在前面

为什么要学习JS运行机制？

我们要保证一个程序在运行过程中的性能，就要保证它的内存回收和分配。(JS中不需要人为地去做内存分配)
在程序执行后，要保证没有遗留下的，没法被自动回收的内存空间(JS引擎会自动移除不再使用的内容)
所以我们学习JS运行机制，是为了合理地分配和回收内存，并且减少内存占用，确保运行时的性能。

AST(抽象语法树)

JS是一种解释型语言，也就是每次运行，都要将源代码（字符串）编译成机器码。

学过编译原理的都知道，源代码会经过词法分析 -> 语法分析 -> 语义分析 -> 代码生成这一流程，最终被编译成机器码。

而我们的JS引擎提供了对应的能力，源代码经过 Lexer 进行词法分析，通过 Parser 被转换成抽象语法树 AST，这一步也就是上述语法分析的过程，然后交给 Interpreter 进行后续的编译处理。

很多第三方库都有代码的转换，分成Parser, Transformer, Generator，分别对应分析、转换、生成的功能

JS引擎

JavaScript 其实有众多引擎，只不过 v8 是我们最为熟知的。

V8 (Google)，用 C++编写，开放源代码，由 Google 丹麦开发，是 Google Chrome 的一部分，也用于 Node.js。
JavaScriptCore (Apple)，开放源代码，用于 webkit 型浏览器，如 Safari ，2008 年实现了编译器和字节码解释器，升级为了 SquirrelFish。苹果内部代号为“Nitro”的 JavaScript 引擎也是基于 JavaScriptCore 引擎的。
Rhino，由 Mozilla 基金会管理，开放源代码，完全以 Java 编写，用于 HTMLUnit
SpiderMonkey (Mozilla)，第一款 JavaScript 引擎，早期用于 Netscape Navigator，现时用于 Mozilla Firefox。

举个例子，sort()方法在各个JS引擎中的实现是不同的：

浏览器	JS引擎	排序算法
Google Chrome	V8	插入排序和快速排序
Mozilla Firefox	SpiderMonkey	归并排序
Safari	Nitro	归并排序和桶排序
Microsoft Edge 和 IE(9+)	Chakra	快速排序

接下去着重讲V8，V8引擎编译时的流程如下：

通过 Parser 转换器将JS代码转换为抽象语法树（AST）
使用 Ignition 解释器生成字节码（Byte code）
执行代码
通过TurboFan，V8引擎可以对频繁使用的代码进行反馈，对代码进行优化
最终产出优化后的代码

垃圾回收

我们的 JS 自带GC，因此相对来说程序员对于内存管理是无感的。

我们写代码无论是定义基本类型，还是引用类型，都需要占用内存，但是我们又不需要像c语言那样手动去执行malloc分配内存，这就是因为我们的JS引擎提供了内存分配的能力。

那么 JS 引擎的垃圾回收到底是什么样的机制呢？

可达性：有没有变量去获取到对应的地址空间中的内容，我们要清除的就是不可达的数据

引用计数法

变量被定义时，如果一个引用类型被赋给了该变量，那么这个值的引用次数就是1。

如果这个值又被赋给了其他变量，那么引用数加1。

如果变量的值被其他值覆盖了，那么引用次数减1。

如果一个值的引用数为0时，说明这个值不会再访问了，GC会在运行时清除内存中的内容。

现在基本上不会用引用计数法来做垃圾回收的依据，因为如果遇到循环引用，或者不恰当的闭包，那么永远也无法清除这部分的内存。

function fn() {
  let A = new Object(); // 值1
  let B = new Object(); // 值2
  
  A.b = B;
  B.a = A;
  // 此时 值1 的引用数为 1+1=2
  // 此时 值2 的引用数为 1+1=2
  
  A = null;
  B = null;
  // 此时 值1 的引用数为 2-1=1
  // 此时 值2 的引用数为 2-1=1 
}

此外，计数器也是需要额外开辟地址空间的。

标记清除法

标记清除法定义了一个根对象，在JS中根对象就是全局对象。GC会定期从根对象开始，找所有从根开始引用的对象，然后找这些对象引用的对象。所以标记清除法就是从根开始，找到所有可达的对象，收集所有不可达的对象。

标记清除法是 JS 引擎中最常用到的垃圾回收算法，不同浏览器的JS引擎对此算法有不同的优化，且GC运行的频率会有所不同。

标记清除法的流程如下：

运行时，内存中所有对象都被标记为0，假定他们不再被使用。
从根对象开始，找到被引用的对象，将他们置1。
清除所有被标记为0的对象，销毁并释放内存空间。
重新将所有对象置0，等待下一轮标记清除。

缺点：

内存空间虽然被释放，但是空闲的空间可能不连续，因为剩余的空间位置是不变的，所以会产生很多内存碎片。

解决方法：

首次适应算法（First-fit）：从空闲分区表的第一项开始查找，找到第一个能满足要求的分区分配给作业。
最佳适应算法（Best-fit）：遍历整个空闲分区表，找到满足作业要求的最小分区分配给作业。
最坏适应算法（Worst-fit）：遍历整个空闲分区表，找到最大分区分配给作业。

这三种策略里面 Worst-fit 的空间利用率看起来是最合理，但实际上切分之后会造成更多的小块，形成内存碎片，所以不推荐使用。First-fit 对于分配的效率来说是最好的选择。

标记整理法

标记整理法可以有效解决内存碎片的问题，标记结束后，会将所有可达的对象向内存的一端移动。

内存管理

V8引擎将堆内存分为新生代和老生代两个区域，对这两部分采用不同的策略进行垃圾回收。

新生代

新生代又分为空闲区和使用区。

新创建的对象会被加入到使用区，当使用区快要被写满时，新生代垃圾回收器就会对使用区中的对象进行标记清除，标记为1的对象将会被复制到空闲区并进行排序。最后进行翻转，将原来的空闲区变为使用区，使用区变为空闲区。

如果一个对象经过多次复制后依然存活，那么它将被认为是生命周期较长的对象，且会被移动到老生代中进行管理。除此之外，还有一种情况，如果复制一个对象到空闲区时，空闲区的空间占用超过了25%，那么这个对象会被直接晋升到老生代空间中。

老生代

老生代中存储的是使用相对频繁并且短时间无需回收的内容，这部分会使用到标记整理法进行处理。

并行回收

为了提高GC效率，使用辅助进程。

全停顿标记

就是阻塞

切片标记

将一次标记拆分为多个部分，每个部分之间让应用运行一段时间，经过一段时间的交替最终完成标记。

三色标记

白色表示未被标记的对象
灰色表示自身被标记，但成员变量未被标记
黑色表示自身和成员变量都被标记

写屏障

依赖三色标记，在增量标记时修改引用的处理

惰性清理

V8引擎使用惰性清理策略，当增量标记完成后，如果可用内存支持代码的继续执行，那么就没必要立即执行清除，V8引擎会逐一对不可达的对象进行清理。

并发回收

并发回收是更进一步的切片，几乎完全不阻塞主进程。

内存泄漏

面试常问

怎么理解内存泄漏
怎么解决内存泄漏，代码层面如何优化？

原因

意外的全局变量
不恰当的闭包使用
没有及时销毁的定时器和事件

避免方法

减少查找

var i, str = ""
function packageDomGlobal() {
    for(i = 0; i < 1000; i++) {
        str += i
    }
}

// 第二种情况。我们采用局部变量来保存保存相关数据
function packageDomLocal() {
    let str = ''
    for(let i = 0; i < 1000; i++) {
        str += i
    }
}

减少变量声明

// 第一种情况，循环体中没有抽离出值不变的数据
var test = () => {
  let arr = ['czs', 25, 'I love FrontEnd'];
  for(let i = 0; i < arr.length; i++){
      console.log(arr[i]);
  }
}

// 第二种情况，循环体中抽离出值不变的数据
var test = () => {
  let arr = ['czs', 25, 'I love FrontEnd'];
  const length = arr.length;
  for(let i = 0; i < length; i++){
      console.log(arr[i]);
  }
}