浅谈V8引擎中的垃圾回收机制

垃圾回收器 JavaScript的垃圾回收器

JavaScript使用垃圾回收机制来自动管理内存。垃圾回收是一把双刃剑,其好处是可以大幅简化程序的内存管理代码,降低程序员的负担,减少因长时间运转而带来的内存泄露问题。但使用了垃圾回收即意味着程序员将无法掌控内存。ECMAScript没有暴露任何垃圾回收器的接口。我们无法强迫其进行垃圾回收,更无法干预内存管理

Node的内存管理问题

在浏览器中,V8引擎实例的生命周期不会很长(谁没事一个页面开着几天几个月不关),而且运行在用户的机器上。如果不幸发生内存泄露等问题,仅仅会影响到一个终端用户。且无论这个V8实例占用了多少内存,最终在关闭页面时内存都会被释放,几乎没有太多管理的必要(当然并不代表一些大型Web应用不需要管理内存)。但如果使用Node作为服务器,就需要关注内存问题了,一旦内存发生泄漏,久而久之整个服务将会瘫痪(服务器不会频繁的重启)

V8的内存限制 存在限制

Node与其他语言不同的一个地方,就是其限制了JavaScript所能使用的内存(64位为1.4GB,32位为0.7GB),这也就意味着将无法直接操作一些大内存对象。这很令人匪夷所思,因为很少有其他语言会限制内存的使用

为何限制

V8之所以限制了内存的大小,表面上的原因是V8最初是作为浏览器的JavaScript引擎而设计,不太可能遇到大量内存的场景,而深层次的原因则是由于V8的垃圾回收机制的限制。由于V8需要保证JavaScript应用逻辑与垃圾回收器所看到的不一样,V8在执行垃圾回收时会阻塞JavaScript应用逻辑,直到垃圾回收结束再重新执行JavaScript应用逻辑,这种行为被称为“全停顿”(stop-the-world)。若V8的堆内存为1.5GB,V8做一次小的垃圾回收需要50ms以上,做一次非增量式的垃圾回收甚至要1秒以上。这样浏览器将在1s内失去对用户的响应,造成假死现象。如果有动画效果的话,动画的展现也将显著受到影响

突破限制

当然这个限制是可以打开的,类似于JVM,我们通过在启动node时可以传递--max-old-space-size或--max-new-space-size来调整内存限制的大小,前者确定老生代的大小,单位为MB,后者确定新生代的大小,单位为KB。这些配置只在V8初始化时生效,一旦生效不能再改变

V8的堆构成

V8的堆其实并不只是由老生代和新生代两部分构成,可以将堆分为几个不同的区域:
* 新生代内存区: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
* 老生代指针区:属于老生代,这里包含了大多数可能存在指向其他对象的指针的对象,大多数从新生代晋升的对象会被移动到这里
* 老生代数据区:属于老生代,这里只保存原始数据对象,这些对象没有指向其他对象的指针
* 大对象区:这里存放体积超越其他区大小的对象,每个对象有自己的内存,垃圾回收其不会移动大对象
* 代码区:代码对象,也就是包含JIT之后指令的对象,会被分配在这里。唯一拥有执行权限的内存区
* Cell区、属性Cell区、Map区:存放Cell、属性Cell和Map,每个区域都是存放相同大小的元素,结构简单

每个区域都是由一组内存页构成,内存页是V8申请内存的最小单位,除了大对象区的内存页较大以外,其他区的内存页都是1MB大小,而且按照1MB对齐。内存页除了存储的对象,还有一个包含元数据和标识信息的页头,以及一个用于标记哪些对象是活跃对象的位图区。另外每个内存页还有一个单独分配在另外内存区的槽缓冲区,里面放着一组对象,这些对象可能指向其他存储在该页的对象。垃圾回收器只会针对新生代内存区、老生代指针区以及老生代数据区进行垃圾回收

V8的垃圾回收机制 如何判断回收内容

如何确定哪些内存需要回收,哪些内存不需要回收,这是垃圾回收期需要解决的最基本问题。我们可以这样假定,一个对象为活对象当且仅当它被一个根对象或另一个活对象指向。根对象永远是活对象,它是被浏览器或V8所引用的对象。被局部变量所指向的对象也属于根对象,因为它们所在的作用域对象被视为根对象。全局对象(Node中为global,浏览器中为window)自然是根对象。浏览器中的DOM元素也属于根对象

如何识别指针和数据

垃圾回收器需要面临一个问题,它需要判断哪些是数据,哪些是指针。由于很多垃圾回收算法会将对象在内存中移动(紧凑,减少内存碎片),所以经常需要进行指针的改写

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