图解 Google V8 # 20 ：垃圾回收：V8的两个垃圾回收器是如何工作的？

Posted 2022-07-13 凯小默

说明

图解 Google V8 学习笔记

垃圾数据是怎么产生的？

例子：

window.test = new Object()
window.test.a = new Uint16Array(100)

上面代码内存布局图：

在上面的基础上，添加代码执行：

window.test.a = new Object()

此时的内存布局：a 属性之前是指向堆中数组对象的，现在已经指向了另外一个空对象，此时堆中的数组对象就成为了垃圾数据。

V8 虚拟机是怎么实现垃圾回收的？

垃圾回收算法

目前 V8 采用的可访问性（reachability）算法来判断堆中的对象是否是活动对象。具体地讲，这个算法是将一些 GC Root 作为初始存活的对象的集合，从 GC Roots 对象出发，遍历 GC Root 中的所有对象：

• 通过 GC Root 遍历到的对象，该对象是可访问的（reachable），那么必须保证这些对象应该在内存中保留，称可访问的对象为活动对象；
• 通过 GC Roots 没有遍历到的对象，则是不可访问的（unreachable），那么这些不可访问的对象就可能被回收，称不可访问的对象为非活动对象。

什么是 GC Roots？

在浏览器环境中，GC Root 有很多，通常包括了以下几种 (但是不止于这几种)：

• 全局的 window 对象（位于每个 iframe 中）；
• 文档 DOM 树，由可以通过遍历文档到达的所有原生 DOM 节点组成；
• 存放栈上变量。

垃圾回收是怎么实现？

一般来说，频繁回收对象后，内存中就会存在大量不连续空间，这些不连续的内存空间称为内存碎片。

垃圾回收的大致流程：

1. 通过 GC Root 标记空间中活动对象和非活动对象。
2. 回收非活动对象所占据的内存：就是在所有的标记完成之后，统一清理内存中所有被标记为可回收的对象。
3. 做内存整理：当内存中出现了大量的内存碎片之后，如果需要分配较大的连续内存时，就有可能出现内存不足的情况，所以最后一步需要整理这些内存碎片。

代际假说 The Generational Hypothesis

代际假说是垃圾回收领域中一个重要的术语，特点：

1. 大部分对象在内存中存活的时间很短：比如函数内部声明的变量，或者块级作用域中的变量，当函数或者代码块执行结束时，作用域中定义的变量就会被销毁。因此这一类对象一经分配内存，很快就变得不可访问；
2. 不死的对象，会活得更久：比如全局的 window、DOM、Web API 等对象。

两个垃圾回收器

V8 的垃圾回收策略，就是建立在代际假说的基础之上的。

在 V8 中，会把堆分为新生代和老生代两个区域，新生代中存放的是生存时间短的对象，新生代通常只支持 1～8M 的容量，老生代中存放生存时间久的对象。

• 主垃圾回收器 -Major GC：主要负责老生代的垃圾回收。
• 副垃圾回收器 -Minor GC (Scavenger)：主要负责新生代的垃圾回收。

副垃圾回收器

新生代中的垃圾数据用 Scavenge 算法来处理。

Scavenge 算法

所谓 Scavenge 算法，是把新生代空间对半划分为两个区域，一半是对象区域 (from-space)，一半是空闲区域 (to-space)，如下图所示：

垃圾回收过程：

1. 首先要对对象区域中的垃圾做标记；
2. 标记完成之后，就进入垃圾清理阶段。
3. 副垃圾回收器会把这些存活的对象复制到空闲区域中，同时它还会把这些对象有序地排列起来。
4. 完成复制后，对象区域与空闲区域进行角色翻转。

角色翻转示意图：

新加入的对象都会存放到对象区域，当对象区域快被写满时，就需要执行一次垃圾清理操作。副垃圾回收器会采用对象晋升策略，移动那些经过两次垃圾回收依然还存活的对象到老生代中。

主垃圾回收器

主垃圾回收器是采用标记 - 清除（Mark-Sweep）的算法进行垃圾回收的。

老生代中的对象除了新生代中晋升的对象，还有一些大的对象会直接被分配到老生代里。

两个特点：

• 对象占用空间大
• 对象存活时间长

标记 - 清除（Mark-Sweep）

工作过程：

1. 标记过程阶段：标记阶段就是从一组根元素开始，递归遍历这组根元素，在这个遍历过程中，能到达的元素称为活动对象，没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。
2. 垃圾的清除过程：主垃圾回收器会直接将标记为垃圾的数据清理掉。

标记清除过程示意图：

标记 - 整理（Mark-Compact）

对一块内存多次执行标记 - 清除算法后，会产生大量不连续的内存碎片。而碎片过多会导致大对象无法分配到足够的连续内存，于是又引入了另外一种算法——标记 - 整理（Mark-Compact）。

工作过程：

1. 先标记可回收对象：这个算法的标记过程仍然与标记 - 清除算法里的是一样的
2. 让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉这一端之外的内存。

标记整理过程示意图：

拓展阅读

• Node.js is a C++ program controlled via V8 JavaScript
• 《深入理解Node.js：核心思想与源码分析》