V8 引擎垃圾回收与内存分配

写在前面

工欲善其事，必先利其器，本文之器非器具之器，乃容器也，言归正传，作为一个前端打工人，左手刚 const 定义常量，忠贞不二，转头就 new 几个对象，玩的火热，真是个优秀的 jser，风骚的操作背后，必有日夜不辍的 QWER，外加一个走 A，废话不多说，浏览器内核是啥玩意？还不知道都有啥浏览器内核？那就先来看看浏览器内核。

浏览器内核

提到浏览器内核，Blink、Weikit、Gecko、Trident 张口就来，这些只是各个浏览器内核的组成部分之一渲染引擎，对应的还有 JavaScript引擎，简单罗列一下：

渲染引擎和 JS 引擎相互协作，打造出浏览器显示的页面，看下图：

简单看看就行，不重要，既然是讲垃圾回收( Garbage Collection 简称 GC )，那就要先去回收站了，回收站有个学名叫：内存，计算机五大硬件之一存储器的核心之一，见下图：

说句更不重要的，JS 是没有能力管理内存和垃圾回收的，一切都要依赖各个浏览器的 JS 引擎，所以为了逼格更高一点，就不要说 JS 垃圾回收了，你看，我说 V8 垃圾回收，是不是厉害多了(摸了摸越来越没有阻力的脑袋)。

内存分配

栈

简单说，栈内存，小且存储连续，操作起来简单方便，一般由系统自动分配，自动回收，所以文章内所说的垃圾回收，都是基于堆内存。

堆

堆内存，大(相对栈来说)且不连续。

V8 中内存分类

在讲内存分配之前，先了解一下弱分代假说，V8 的垃圾回收主要建立在这个假说之上。

概念：

• 绝大部分的对象生命周期都很短，即存活时间很短
• 生命周期很长的对象，基本都是常驻对象

基于以上两个概念，将内存分为**新生代 (new space)与老生代 (old space)**两个区域。划重点，记一下。

垃圾回收

新生代

新生代(32 位系统分配 16M 的内存空间，64 位系统翻倍 32M，不同浏览器可能不同，但是应该差不了多少)。

新生代对应存活时间很短的假说概念，这个空间的操作，非常频繁，绝大多数对象在这里经历一次生死轮回，基本消亡，没消亡的会晋升至老生代内。

新生代算法为 Scavenge 算法，典型牺牲空间换时间的败家玩意，怎么说呢？首先他将新生代分为两个相等的半空间( semispace ) from space 与 to space，来看看这个败家玩意，是怎么操作的，他使用宽度优先算法，是宽度优先，记住了不。两个空间，同一时间内，只会有一个空间在工作( from space )，另一个在休息( to space )。

1. 首先，V8 引擎中的垃圾回收器检测到 from space 空间快达到上限了，此时要进行一次垃圾回收了

2. 然后，从根部开始遍历，不可达对象(即无法遍历到的对象)将会被标记，并且复制未被标记的对象，放到 to space 中

3. 最后，清除 from space 中的数据，同时将 from space 置为空闲状态，即变成 to space，相应的 to space 变成 from space，俗称翻转

也是，你说空间都给他了，他爱咋地处理就咋地处理呗，总不可能强迫王校长开二手奥拓吧，当然了，对于小对象，这么来一次，时间的优势那是杠杠的，虽然浪费了一半空间，但是问题不大，能 hold 住。

当然优秀的 V8 是不可能容忍，一个对象来回的在 form space 和 to space 中蹦跶的，当经历一次 form => to 翻转之后，发现某些未被标记的对象居然还在，会直接扔到老生代里面去，好似后浪参加比赛，晋级了，优秀的嘞。

除了上面一种情况，还有一个情况也会晋级，当一个对象，在被复制的时候，大于 to space 空间的 25% 的时候，也会晋级了，这种自带背景的选手，那是不敢动的，直接晋级到老生代。

老生代

老生代( 32 位操作系统分配大约 700M 内存空间，64 位翻倍 1.4G，一样，每个浏览器可能会有差异，但是差不了多少)。

老生代比起新生代可是要复杂的多，所谓能者多劳，空间大了，责任就大了，老生代可以分为以下几个区域：

• **old object space **即大家口中的老生代，不是全部老生代，这里的对象大部分是由新生代晋升而来
• **large object space **大对象存储区域，其他区域无法存储下的对象会被放在这里，基本是超过 1M 的对象，这种对象不会在新生代对象中分配，直接存放到这里，当然了，这么大的数据，复制成本很高，基本就是在这里等待命运的降临不可能接受仅仅是知其然，而不知其所以然
• **Map space **这个玩意，就是存储对象的映射关系的，其实就是隐藏类，啥是隐藏类？就不告诉你(不知道的大佬已经去百度了)
• **code space **简单点说，就是存放代码的地方，编译之后的代码，是根据大佬们写的代码编译出来的代码

看个图，休息一下:

讲了这么多基本概念，聊聊最后的老生代回收算法，老生代回收算法为：标记和清除/整理（mark-sweep/mark-compact）。

在标记的过程中，引入了概念：三色标记法，三色为：

• 白：未被标记的对象，即不可达对象（没有扫描到的对象），可回收
• 灰：已被标记的对象（可达对象），但是对象还没有被扫描完，不可回收
• 黑：已被扫描完（可达对象），不可回收

当然，既然要标记，就需要提供记录的坑位，在 V8 中分配的每一个内存页中创建了一个 marking bitmap 坑位。

大致的流程为：

1. 首先将所有的非根部对象全部标记为白色，然后使用深度优先遍历，是深度优先哈，和新生代不一样哈，按深度优先搜索沿途遍历，将访问到的对象，直接压入栈中，同时将标记结果放在 marking bitmap (灰色) 中，一个对象遍历完成，直接出栈，同时在 marking bitmap 中记录为黑色，直到栈空为止，来张图，休息一下

2. 标记完成后，接下来就是等待垃圾回收器来清除了，清除完了之后，会在原来的内存区域留下一大堆不连续的空间，小对象还好说，这个时候如果来一个稍微大一点的对象，没有内存可以放的下这个傻大个了，怎么办？只能触发 GC，但是吧，原来清除的不连续的空间加起来又可以放的下这个傻大个，很可惜啊，启动一次 GC 性能上也是嗖嗖的往下掉啊；V8 能容许这样的事发生？肯定不存在嘛！

3. 所以在清除完之后，新生代中对象，再一次分配到老生带并且内存不足的时候，会优先触发标记整理（mark-compact）, 在标记结束后，他会将可达对象(黑色)，移到内存的另一端，其他的内存空间就不会被占用，直接释放，等下次再有对象晋升的时候，轻松放下。

看到这里各位大佬可能会有疑问，那要是我 GC 搞完之后，再来个对象，满了咋办，你说咋办，直接崩好不好，这个时候就需要大佬们写代码的时候，要珍惜内存了，对内存就像珍惜你的女朋友一样，啥？没有女朋友？ 那就没办法了，原则上是决不了这个问题的。

基本的内存和垃圾回收是交代完了，其中还有一些概念，还是要说一下的，接着往下看！

写屏障

想一个问题，当 GC 想回收新生代中的内容的时候，某些对象，只有一个指针指向了他，好巧不巧的是，这个指针还是老生代那边对象指过来的，怎么搞？我想回收这个玩意，难道要遍历一下老生代中的对象吗？这不是开玩笑吗？为了回收这一个玩意，我需要遍历整个老生代，代价着实太大，搞不起，搞不起，那怎么办哩？

V8 引擎中有个概念称作写屏障，在写入对象的地方有个缓存列表，这个列表内记录了所有老生代指向新生代的情况，当然了新生成的对象，并不会被记录，只有老生代指向新生代的对象，才会被写入这个缓存列表。

在新生代中触发 GC 遇到这样的对象的时候，会首先读一下缓存列表，这相比遍历老生代所有的对象，代价实在是太小了，这操作值得一波 666，很优秀，当然了，关于 V8 引擎内在的优化，还有很多很多，各位大佬可以慢慢去了解。

全停顿（stop-the-world）

关于全停顿，本没有必要单独来讲，但是，I happy 就 good。

在以往，新/老生带都包括在内，为了保证逻辑和垃圾回收的情况不一致，需要停止 JS 的运行，专门来遍历去遍历/复制，标记/清除，这个停顿就是：全停顿。

这就比较恶心了，新生代也就算了，本身内存不大，时间上也不明显，但是在老生代中，如果遍历的对象太多，太大，用户在此时，是有可能明显感到页面卡顿的，体验嘎嘎差。

所以在 V8 引擎在名为 Orinoco 项目中，做了三个事情，当然只针对老生代，新生代这个后浪还是可以的，效率贼拉的高，优化空间不大。三个事情分别是：

• 增量标记

将原来一口气去标记的事情，做成分步去做，每次内存占用达到一定的量或者多次进入写屏障的时候，就暂时停止 JS 程序，做一次最多几十毫秒的标记 marking，当下次 GC 的时候，反正前面都标记好了，开始清除就行了

• 并行回收

从字面意思看并行，就是在一次全量垃圾回收的过程中，就是 V8 引擎通过开启若干辅助线程，一起来清除垃圾，可以极大的减少垃圾回收的时间，很优秀，手动点赞

• 并发回收

并发就是在 JS 主线程运行的时候，同时开启辅助线程，清理和主线程没有任何逻辑关系的垃圾，当然，需要写屏障来保障

小结

V8 引擎做的优化有很多，还有比如多次( 2 次)在新生代中能够存活下来的对象，会被记录下来，在下次 GC 的时候，会被直接晋升到老生代，还有比如新晋升的对象，直接标记为黑色，这是因为新晋升的对象存活下来的概率非常高，这两种情况就算是不再使用，再下下次的时候也会被清除掉，影响不大，但是这个过程，第一种就省了新生代中的一次复制轮回，第二种就省了 marking 的过程，在此类对象比较多的情况下，还是比较有优势的。

最后一句

终于，写完了，本来想着写的更详细一些，但是那样篇幅会很大，下次吧，有机会的话再写写 V8 执行的过程或者 V8 创建对象都干了些啥玩意什么什么的，其实 V8 引擎(或者各个 JS 引擎)这个东西太庞大了，我了解的也是冰山一角，所以文章肯定有不准确的地方，欢迎大佬们严正指正，积极交流。

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