浅谈V8引擎中的垃圾回收机制(2)

目前主要有三种方法来识别指针:
1. 保守法:将所有堆上对齐的字都认为是指针,那么有些数据就会被误认为是指针。于是某些实际是数字的假指针,会背误认为指向活跃对象,导致内存泄露(假指针指向的对象可能是死对象,但依旧有指针指向——这个假指针指向它)同时我们不能移动任何内存区域。
2. 编译器提示法:如果是静态语言,编译器能够告诉我们每个类当中指针的具体位置,而一旦我们知道对象时哪个类实例化得到的,就能知道对象中所有指针。这是JVM实现垃圾回收的方式,但这种方式并不适合JS这样的动态语言
3. 标记指针法:这种方法需要在每个字末位预留一位来标记这个字段是指针还是数据。这种方法需要编译器支持,但实现简单,而且性能不错。V8采用的是这种方式。V8将所有数据以32bit字宽来存储,其中最低一位保持为0,而指针的最低两位为01

V8的回收策略

自动垃圾回收算法的演变过程中出现了很多算法,但是由于不同对象的生存周期不同,没有一种算法适用于所有的情况。所以V8采用了一种分代回收的策略,将内存分为两个生代:新生代和老生代。新生代的对象为存活时间较短的对象,老生代中的对象为存活时间较长或常驻内存的对象。分别对新生代和老生代使用不同的垃圾回收算法来提升垃圾回收的效率。对象起初都会被分配到新生代,当新生代中的对象满足某些条件(后面会有介绍)时,会被移动到老生代(晋升)

V8的分代内存

默认情况下,64位环境下的V8引擎的新生代内存大小32MB、老生代内存大小为1400MB,而32位则减半,分别为16MB和700MB。V8内存的最大保留空间分别为1464MB(64位)和732MB(32位)。具体的计算公式是4*reserved_semispace_space_ + max_old_generation_size_,新生代由两块reserved_semispace_space_组成,每块16MB(64位)或8MB(32位)

新生代 新生代的特点

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。在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,就会有一次清理(仅仅是清理新生代)

新生代的垃圾回收算法

新生代使用Scavenge算法进行回收。在Scavenge算法的实现中,主要采用了Cheney算法。

Cheney算法算法是一种采用复制的方式实现的垃圾回收算法。它将内存一分为二,每一部分空间称为semispace。在这两个semispace中,一个处于使用状态,另一个处于闲置状态。处于使用状态的semispace空间称为From空间,处于闲置状态的空间称为To空间,当我们分配对象时,先是在From空间中进行分配。当开始进行垃圾回收算法时,会检查From空间中的存活对象,这些存活对象将会被复制到To空间中(复制完成后会进行紧缩),而非活跃对象占用的空间将会被释放。完成复制后,From空间和To空间的角色发生对换。也就是说,在垃圾回收的过程中,就是通过将存活对象在两个semispace之间进行复制。可以很容易看出来,使用Cheney算法时,总有一半的内存是空的。但是由于新生代很小,所以浪费的内存空间并不大。而且由于新生代中的对象绝大部分都是非活跃对象,需要复制的活跃对象比例很小,所以其时间效率十分理想。复制的过程采用的是BFS(广度优先遍历)的思想,从根对象出发,广度优先遍历所有能到达的对象

具体的执行过程大致是这样:

首先将From空间中所有能从根对象到达的对象复制到To区,然后维护两个To区的指针scanPtr和allocationPtr,分别指向即将扫描的活跃对象和即将为新对象分配内存的地方,开始循环。循环的每一轮会查找当前scanPtr所指向的对象,确定对象内部的每个指针指向哪里。如果指向老生代我们就不必考虑它了。如果指向From区,我们就需要把这个所指向的对象从From区复制到To区,具体复制的位置就是allocationPtr所指向的位置。复制完成后将scanPtr所指对象内的指针修改为新复制对象存放的地址,并移动allocationPtr。如果一个对象内部的所有指针都被处理完,scanPtr就会向前移动,进入下一个循环。若scanPtr和allocationPtr相遇,则说明所有的对象都已被复制完,From区剩下的都可以被视为垃圾,可以进行清理了

举个栗子(以及凑篇幅),如果有类似如下的引用情况:

+----- A对象 | 根对象----+----- B对象 ------ E对象 | +----- C对象 ----+---- F对象 | +---- G对象 ----- H对象 D对象

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