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谈谈浏览器的垃圾回收机制

发布时间:2020年09月28日 评论数:抢沙发阅读数: 108

    浏览器中的垃圾数据是什么?
    我们在写 js 代码的时候,会频繁地操作数据。有一些数据在不被需要的时候,它就成了垃圾数据,垃圾数据多了就会占用内存,不能及时释放就会出现一些问题。

    变量的生命周期
    比如这么一段代码:
    let dog = new Object();
    dog.a = new Array(1)
    当 JavaScript 执行这段代码的时候,
    会先在全局作用域中添加一个dog 属性,并在堆中创建了一个空对象,将该对象的地址指向了 dog。

    随后又创建一个长度为 1 的数组,并将属性地址指向了 dog.a。此时的内存占用如下所示:

    内存占用

    如果此时,将另外一个对象赋给了 a 属性,代码如下所示:
    dog.a = new Object()

    此时的内存占用如图:

    内存占用

    a 的指向改变了, 此时堆中的数组对象就成为了不被使用的数据,专业名词叫「不可达」的数据,这就是需要回收的垃圾数据。

    垃圾回收算法
    可以将这个过程想象成从根溢出一个巨大的油漆桶,它从一个根节点出发将可到达的对象标记染色, 然后移除未标记的。

    第一步:标记空间中「可达」值。
    V8 采用的是可达性 (reachability) 算法来判断堆中的对象应不应该被回收。
    这个算法的思路是这样的:
    1.从根节点(Root)出发,遍历所有的对象。
    2.可以遍历到的对象,是可达的(reachable)。
    3.没有被遍历到的对象,不可达的(unreachable)。
    在浏览器环境下,根节点有很多,主要包括这几种:
    1.全局变量 window,位于每个 iframe 中
    2.文档 DOM 树
    3.存放在栈上的变量
    ...
    这些根节点不是垃圾,不可能被回收。

    第二步:回收「不可达」的值所占据的内存。
    在所有的标记完成之后,统一清理内存中所有不可达的对象。

    第三步,做内存整理。
    1.在频繁回收对象后,内存中就会存在大量不连续空间,专业名词叫「内存碎片」。
    2.当内存中出现了大量的内存碎片,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。
    3.所以最后一步是整理内存碎片。(但这步其实是可选的,因为有的垃圾回收器不会产生内存碎片,比如接下来我们要介绍的副垃圾回收器。)

    什么时候垃圾回收?
    浏览器进行垃圾回收的时候,会暂停 JavaScript 脚本,等垃圾回收完毕再继续执行。
    对于普通应用这样没什么问题,但对于 JS 游戏、动画等对连贯性要求比较高的应用,如果暂停时间很长就会造成页面卡顿。
    这就是我们接下来谈的关于垃圾回收的问题:什么时候进行垃圾回收,可以避免长时间暂停。

    分代收集
    浏览器将数据分为两种,一种是「临时」对象,一种是「长久」对象。
    1.临时对象:
    a.大部分对象在内存中存活的时间很短。
    b.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。
    c.这类对象很快就变得不可访问,应该快点回收。
    2.长久对象:
    a.生命周期很长的对象,比如全局的 window、DOM、Web API 等等。
    b.这类对象可以慢点回收。
    这两种对象对应不同的回收策略,所以,V8 把堆分为新生代和老生代两个区域, 新生代中存放临时对象,老生代中存放持久对象。
    并且让副垃圾回收器、主垃圾回收器,分别负责新生代、老生代的垃圾回收。
    这样就可以实现高效的垃圾回收啦。
    一般来说,面试回答到这就够了。如果想和面试官深入交流,可以继续聊聊两个垃圾回收器。

    主垃圾回收器
    负责老生代的垃圾回收,有两个特点:
    1.对象占用空间大。
    2.对象存活时间长。

    它使用「标记-清除」的算法执行垃圾回收。

    1.首先是标记。

    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.然后是垃圾清除。

    垃圾数据标记

    直接将标记为垃圾的数据清理掉。

    3.多次标记-清除后,会产生大量不连续的内存碎片,需要进行内存整理。


    内存整理


    副垃圾回收器

    负责新生代的垃圾回收,通常只支持 1~8 M 的容量。

    新生代被分为两个区域:一般是对象区域,一半是空闲区域。

    V8的堆空间

    新加入的对象都被放入对象区域,等对象区域快满的时候,会执行一次垃圾清理。
    1. 先给对象区域所有垃圾做标记。
    2. 标记完成后,存活的对象被复制到空闲区域,并且将他们有序的排列一遍。

    点击查看原图

    这就回到我们前面留下的问题 -- 副垃圾回收器没有碎片整理。因为空闲区域里此时是有序的,没有碎片,也就不需要整理了。

    1. 复制完成后,对象区域会和空闲区域进行对调。将空闲区域中存活的对象放入对象区域里。


    空间对调

    这样,就完成了垃圾回收。

    因为副垃圾回收器操作比较频繁,所以为了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小。
    一旦检测到空间装满了,就执行垃圾回收。


    分代收集

    一句话总结分代回收就是:将堆分为新生代与老生代,多回收新生代,少回收老生代。
    这样就减少了每次需遍历的对象,从而减少每次垃圾回收的耗时。

    点击查看原图

    增量收集

    如果脚本中有许多对象,引擎一次性遍历整个对象,会造成一个长时间暂停。
    所以引擎将垃圾收集工作分成更小的块,每次处理一部分,多次处理。
    这样就解决了长时间停顿的问题。

    点击查看原图

    闲时收集

    垃圾收集器只会在 CPU 空闲时尝试运行,以减少可能对代码执行的影响。
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本文作者:DGF      文章标题: 谈谈浏览器的垃圾回收机制
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