V8垃圾回收？看这篇就够了！

什么是内存管理

内存管理是控制和协调应用程序访问电脑内存的过程。这个过程是复杂的，对于我们来说，可以说相当于一个黑匣子。

当咱们的应用程序运行在某个操作系统中的时候，它访问电脑内存(RAM)来达成下列几个功能：

运行需要执行的字节码(代码)
存储程序运行时候所需的数据
加载程序运行所需的运行时环境

上面用来存储程序运行时所需的数据，就是下面要说的堆(heap)和栈(stack)。

栈(stack)

顾名思义，是一种先进后出的结构，参考一下餐盘的取和放。

俄罗斯套娃，我这不禁

栈的特点

由于先进后出性质，在数据的处理上栈有着很好的速度，因为只需从最顶部压栈和出栈就好了，简单明了。
不过，存储在栈中的数据必须是大小有限，生存期确定。
函数执行的时候会创建一个明确的栈，并压入，而当执行期间会存储函数内的所有数据，这就是栈帧。个人感觉可以理解为当前执行函数的快照。
多线程应用程序有多个栈。
栈的操作系统自动分配或释放。
存储在栈中的常见类型有：局部变量(值类型、基本类型、常量)、指针和函数
还记得平常偶尔遇到的stack overflow error吗？这是因为与堆相比，栈的大小受到了限制。大多属语言都是都是这样。

堆(heap)

堆常用来动态内存分配，程序在堆中寻找数据需要使用指针。

堆的特点

效率不如栈，但是可以存储更多的数据
可存储大小不确定的数据，如运行时确定
应用程序中多线程共享堆数据
堆由人工操作，故管理起来很棘手，可能会引起内存泄漏等问题，所以有很多语言有gc机制
存储在堆中的常见类型有：全局变量、引用类型和其他复杂的数据结构
这就是为什么你会遇到out of memory errors这类问题，因为用户的胡乱分配或者未销毁
我们分配给堆的数据其实并没有大小限制，理论上来说你可以分配无穷大的数据。当然如果这样你也得为应用程序分配这么多的内存。 -_-

内存堆栈与数据结构堆栈的区别

	内存	数据结构
堆	new一个对象的引用或地址存储在栈区，指向该对象存储在堆区中的真实数据。由程序员分配和回收	是一棵完全二叉树结构
栈	存储运行方法的形参、局部变量、返回值。由系统自动分配和回收。	是一种连续存储的数据结构，特点是存储的数据先进后出

内存管理的重要性

与硬盘不同，内存大小有限的，并且往往不是很大。所以说，如果在没有释放无用内存的情况下，无休止的继续消耗内存空间，那么就会造成内存不足甚至操作系统崩溃。。。
所以，以为这种情况，许多语言都提供自动内存管理。并且由于栈是由系统操控，所以我们接下来讨论的自动内存管理主要是堆。

写到这，我想说，我有点不认识堆这个字了。。。

不同的内存管理方法

因为现在语言开发者们不想给使用者增加内存管理的负担(或者说是不相信他们能处理好。。)，所以设计出自动管理内存的方式。并且很多语言设计出多种方法去自动管理内存，以供开发者选择。下面一一介绍。

手动内存管理

语言默认不管理内存，比如C、C++，他们提供malloc、realloc、calloc和free等，但是这不是适用于所有人。

GC (Garbage collection)

通过释放无用的内存空间去管理堆内存，gc是当前编程中最常见的一种内存自动管理方法，不过大量处理会造成线程卡主，所以利用碎片时间进行。
使用gc的语言有JVM、JavaScript、C#、Golang、OCaml和ruby。

Mark & Sweep GC

又名： tracing GC。有两个阶段，第一阶段标记那些应该处于活跃状态的数据，下个阶段释放不被引用的数据。
例如JVM、C#、RubyJavaScript和Golang都采用这种方法。
V8引擎还会使用Reference counting GC去弥补，这种gc也可以用于C、C++作为外部库，

Reference counting GC

引用计数内存管理。使用数字代表当前数据是否可回收，数字会根据引用和失去引用而改变，当为0的时候即被回收。但是这种无法处理循环引用。

Resource Acquisition is Initialization (RAII)

由c++之父Bjarne Stroustrup提出，中文翻译为资源获取即初始化。
这种类型的内存管理，对象的内存分配与它的声明周期有关，其核心是把资源和对象的生命周期绑定，对象创建获取资源，对象销毁释放资源。在RAII的指导下，C++把底层的资源管理问题提升到了对象生命周期管理的更高层次。在C++中引入，Ada和Rust也有在用。

Automatic Reference Counting(ARC)

自动引用计数。是苹果公司的Objective-C程序的一种自动内存管理机制。
类似于引用计数，但是代替以特定间隔运行，将保留和释放命令插入到代码中，当计数为0时，自动触发，无需程序暂停。当然ARC依然不能处理循环引用。需要开发者使用某些关键字去处理。

Ownership

所有权是Rust的突破功能. 它使Rust可以完全内存安全且高效，同时避免垃圾回收。
Rust语言的ownership是rust语言的核心，rust语言之所以被称之为安全的面向系统级别的编程语言正是由此特性决定的。

rust指南

小结

到目前为止，我们简单介绍了内存管理的相关内容，每个语言都有特定的机制，统统不同的算法达到不同的目标，接下里我们来聊聊V8.

V8引擎

V8在运行之前将JavaScript编译成了机器代码，而非字节码或是解释执行它，以此提升性能。V8使用C++书写，可以嵌入到任何C++应用程序中。

V8内存结构

首先，让我们看下V8引擎内存结构长什么样：

由于js是单线程的，所以node依然会为每个js环境提供单线程环境。如果你在服务端使用，他会为每个服务提供一个进程。在V8程序中，应用程序始终被分配的内存代表。这种内存成为常驻集。如上图所示。

V8中的堆内存

这里用来存储对象和动态数据，这是内存中最大的区域，并且是GC工作的地方。不过，并不是所有的堆内存都可以进行GC，只有新生代和老生代被gc管理。堆可以进一步细分为下面这样：

新生代空间：是最新产生的数据存活的地方，这些数据往往都是短暂的。这个空间被一分为二，然后被Scavenger(Minor GC)所管理。稍后会介绍。可以通过V8标志如 --max_semi_space_size 或 --min_semi_space_size 来控制新生代空间大小
老生代空间：是从新生代空间经过至少两轮Minor GC仍然存活下来的数据，该空间被Major GC(Mark-Sweep & Mark-Compact)管理，稍后会介绍。可以通过 --initial_old_space_size 或 --max_old_space_size控制空间大小。
1. Old pointer space：存活下来的包含指向其他对象指针的对象
2. Old data space：存活下来的只包含数据的对象。
大对象空间：这是比空间大小还要大的对象，大对象不会被gc处理。
代码空间：这里是JIT所编译的代码。这是除了在大对象空间中分配代码并执行之外的唯一可执行的空间。
map空间：存放 Cell 和 Map，每个区域都是存放相同大小的元素，结构简单。

V8内存管理剖析

到目前为止，我们大概了解了内存的各空间组织方式，接下来，让我们看看当程序执行时内存的重要性。

少bb，看代码：

class Employee {
    constructor(name, salary, sales) {
        this.name = name;
        this.salary = salary;
        this.sales = sales;
    }
}

const BONUS_PERCENTAGE = 10;

function getBonusPercentage(salary) {
    const percentage = (salary * BONUS_PERCENTAGE) / 100;
    return percentage;
}

function findEmployeeBonus(salary, noOfSales) {
    const bonusPercentage = getBonusPercentage(salary);
    const bonus = bonusPercentage * noOfSales;
    return bonus;
}

let john = new Employee("John", 5000, 5);
john.bonus = findEmployeeBonus(john.salary, john.sales);
console.log(john.bonus);

点击此处查看代码执行过程中，内存空间的展示

大白话解释一下：
全局向下文像一个快照一样保存在栈上，每一次函数调用也会将一个快照放到栈中，包括函数的局部变量，参数和返回值。
基本类型保存在栈中，对象、复杂类型或者引用类型保存在堆中。
任何函数的调用都会在栈顶被压入。
一旦主进程完成所有任务，堆中的对象便不会被引用而孤立。

随着我们程序的运行，堆中的数据会越来越多，因为无人看管，栈由系统自动管理，所以无需操心。
所以，为了管理堆空间，垃圾回收机制进场了。

V8内存管理：GC

我们知道V8如何分配内存空间，接下来让我们看看V8是如何管理堆空间的。

举个简单的例子，V8会释放被孤立的对象，被孤立的对象一般指，不直接或间接被引用的对象，这样就为新对象腾出了空间。

因此，V8垃圾回收机制代表着：回收未使用内存供V8进行复用。

具体的实现如下：

Minor GC (Scavenger)

清道夫GC，主要管理新生代空间，保证新生代空间的紧凑和干净。所有的对象都会分配到新生代空间，新生代空间相对较小。大约在1M ~ 8M，可以通过命令控制。

该GC流程大致是这样：
新生代空间由两个等分的空间组成，to-space和from-space，可以把这两个名字理解为阶段(当前使用 和 当前未使用)，而不是名字。当当前使用没有更多内存后，触发Minor GC。
比如，当当前使用没有更多空间了，这时候，新增了一个待分配空间对象，Minor GC会吧当前未使用切换为当前使用，然后将之前已满负荷的空间中的数据，根据是否存活整理到新的、空的当前使用中。存活的就放过去，非存活的就扔掉。并且在移动存活数据的时候，会紧凑摆放，避免空间浪费。最后吧待分配空间对象，分配到新的当前使用中。
当更多的待分配空间进来时，会重复上面流程，但是如果一个数据存活两次以上，它就会被扔到老生代空间。以保证新生代空间的新。

上面的过程可以用一个例子来概括：
小明去网吧，第一次去，有位置，直接上机。没位置，得等老板清理下到时间的机器，然后再上机。这种到时间的一般是没办卡的(非存活)。
第二次去，还是上面的流程。
第N次去，小明也办了张卡(存活)
如果小明的卡到期了，那么他也就失活了。

上面所述过程，一定要参考下这个流程图!!!

Major GC(Mark-Sweep & Mark-Compact)

该GC主要负责老生代空间的紧凑和清理。当V8知道老生代空间无更多空间的时候就会触发这个GC。上面的清道夫GC对于体积小的数据来说是完美的，但是对于体积大的来说，非也。一种更好的方式是：标记-扫描-紧凑算法，顾名思义，一共是三步。

不多解释。自己看图吧。

总结

以上介绍了内存的堆栈，也对比了数据结构的堆栈。
之后简析了几种GC方式和V8的具体实现。
更多深入的内容欢迎交流，互相学习。

参考

memory-management
V8内存简析
 内存和数据堆栈

原文地址：https://www.cnblogs.com/xiaoyuxy/p/12258874.html

时间： 2024-11-06 14:38:21