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谈谈浏览器的垃圾回收机制

DGF
DGF
2020-09-28 / 0 评论 / 0 点赞 / 28 阅读 / 0 字

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:

post162-1.png
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:

post162-7.png
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。

第一部: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
  4. ...

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

    • 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。
    • 这类对象很快就变得不可访问,应该快点回收。
  2. 长久对象

    • 生命周期很长的对象,比如全局的 window、DOM、Web API 等等。
    • 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
    直接将标记为垃圾的数据清理掉。

post162-2.png

  1. 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。

post162-3.png

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。

post162-8.png
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,并且将它们有序地排列一遍。

post162-4.png
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。

post162-9.png
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。

post162-5.png

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。

post162-6.png

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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