V8引擎的垃圾回收策略

V8 的垃圾回收策略主要基于分代式垃圾回收机制。所谓分代式，就是将内存空间分为新生代和老生代两种，然后采用不同的回收算法进行回收。

新生代空间

新生代空间中的对象为存活时间较短的对象，大多数的对象被分配在这里，这个区域很小但是垃圾回特别频繁。

它将堆内存一分为二，每一部分空间称为 semispace，其中一个处于使用状态（from 空间），另一个处于闲置状态（to 空间）

对于新产生的对象，将从 from 空间中分配内存。

新生代分配内存非常容易，我们只需要保存一个指向内存区的指针，不断根据新对象的大小进行递增即可。当该指针到达了新生代内存区的末尾，就会触发一次垃圾回收。

新生代的垃圾回收采用 Scavenge 算法，其工作原理如下：

首先检查 from 空间，将存活对象复制到 to 空间，非存活对象将会被释放。完成复制后，from 空间和 to 空间角色发生转换。新产生的对象始终从 from 空间中分配内存，to 空间则处于闲置状态。当再次进行垃圾回收时，也会执行和第一次同样的操作，如果存在以下两种情况，存活对象就会被复制到老生代空间中，这个过程称为对象晋升。

存活对象已经经历过一次 Scavenge 回收。
to 空间内存占用比例超过 25% （保证下次新对象有足够的空间可分配）

老生代空间

老生代空间中的对象为存活时间长或常驻内存对象，大多数从新生代晋升的对象会被移动到这里。

老生代占用内存较多，如果使用 Scavenge算法，不仅会浪费一半空间，复制如此大块的内存消耗时间将会很长，所以 Scavenge 算法显然不适合。

V8 对于老生代中的垃圾回收，采用 Mark-Sweep （标记清除）和 Mark-Compact（标记整理）相结合。

【1】Mark-Sweep

Mark-Sweep 分为标记和清除两个阶段。

在标记阶段需要遍历堆中的所有对象，并标记那些活着的对象，然后进入清除阶段。在清除阶段，只清除没有被标记的对象。由于标记清除只清除死亡对象，而死亡对象在老生代中占用的比例很小，所以效率较高。

标记清除存在的问题是，进行一次标记清除后，内存空间往往是不连续的，会出现很多的内存碎片。如果后续需要分配一个需要内存空间较多的对象时，如果所有的内存碎片都不够用，将会使得V8无法完成这次分配，提前触发垃圾回收。

【2】Mark-Compact

标记整理正是为了解决标记清除所带来的内存碎片的问题。标记整理在标记清除的基础进行修改，将其的清除阶段变为紧缩极端。在整理的过程中，将活着的对象向内存区的一段移动，移动完成后直接清理掉边界外的内存。紧缩过程涉及对象的移动，所以效率并不是太好，但是能保证不会生成内存碎片。

三种回收策略比较

从图中可以看出，在 Mark-Sweep 和 Mark-Compact 之间，由于 Mark-Compact 需要移动对象，所以它的执行速度最慢。

所以在取舍上，V8 主要使用 Mark-Sweep，在空间不足以对新生代中晋升过来的对象进行分配时才使用 Mark-Compact 。

垃圾回收引起的性能问题

为了避免出现 JavaScript 应用逻辑与垃圾回收操作产生不一致的冲突，垃圾回收的三种基本算法都需要将应用逻辑暂停下来，待垃圾回收完成后，再恢复执行应用逻辑，这种行为被称为全停顿。

按官方说法，以 1.5G 的垃圾回收堆内存为例，V8 做一次小的垃圾回收需要 50ms 以上，做一次非增量式垃圾回收甚至需要 1s 以上。这是垃圾回收中引起的 JavaScript 线程暂停执行时间，在这样的时间花销下，应用性能和响应能力都会直线下降。

在 V8 的分代式垃圾回收中，一次小垃圾回收只收集新生代，由于新生代默认配置的较小，且其中活动对象通常较少，所以即便它是全停顿，影响也不大。

但 V8 的老生代通常配置较大，且存活对象较多，全堆垃圾回收的标记、清理、整理等动作造成的停顿就会比较严重。

为降低全堆垃圾回收而导致的停顿时间，V8 做了以下改善措施：

【1】限制堆内存大小

新生代：64 位系统和 32 位系统分别为 32M 和 16 M （from 和 to 空间各占一半）
老生代：64 位系统和 32 位系统分别为 1400M 和 700 M

【2】增量式垃圾回收

V8 先从标记阶段入手，将原来一口气停顿完成的动作改为增量标记（Incremental Marking），也就是拆分为许多小步进，每做完一步进，就让 JavaScript 应用逻辑执行一小会儿，垃圾回收与应用逻辑交替执行，直到标记阶段完成。V8 后续还引入 Lazy Sweep（延迟清除）、Incremental Compaction （增量式整理），让清理与整理动作也变成增量式的。同时还计划引入并行标记与并行整理，进一步利用多核性能来降低每次停顿的时间。

垃圾回收的触发条件

作用域：能形成作用域的函数调用、with 语句以及全局作用域。

闭包： V8 无法主动回收内存中的闭包引用和全局变量引用。

内存泄漏

通常，造成内存泄漏的原因有如下几个：

队列消费不及时
作用域未释放

原创发布 @一像素 2017.08

参考文献：

[1] 朴灵，深入浅出Node.js，人民邮电出版社，2013