快捷導(dǎo)航

一文詳解Javascript內(nèi)存機(jī)制與垃圾回收

更新時(shí)間：2023年06月15日 10:32:49 作者：越谷

這篇文章主要給大家詳細(xì)介紹了Javascript的內(nèi)存機(jī)制與垃圾回收，文中又詳細(xì)的代碼示例，對(duì)我們學(xué)習(xí)Javascript有一定的幫助，需要的同學(xué)可以借鑒閱讀

一內(nèi)存機(jī)制

1.1 數(shù)據(jù)類型

Javascript 是一種動(dòng)態(tài)的（在運(yùn)行過程中檢查數(shù)據(jù)類型，）、弱類型（同一個(gè)變量可以保存不同類型的數(shù)據(jù)）的語(yǔ)言。

Javascript 數(shù)據(jù)類型一共有 8 種： Boolean，Null，Undefined，Number，BigInt，String，Symbol，Object。前 7 種數(shù)據(jù)類型為原始類型，Object為引用類型。兩種類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存放的位置不同。

1.2 內(nèi)存空間

Javascript 在執(zhí)行的過程中，主要有三種類型的內(nèi)存空間，分別是：代碼空間、棧空間、堆空間。

代碼空間主要是存儲(chǔ)可執(zhí)行代碼的。

原始數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)在?？臻g中，引用數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)在堆空間中。

說(shuō)明示例：

function foo(){
    var a = "極客時(shí)間"
    var b = a
    var c = {name:"極客時(shí)間"}
    var d = c
}
foo()

?？臻g，也就是之前提起的調(diào)用棧，用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行上下文。

上述代碼執(zhí)行到第 3 行的時(shí)候，變量 a 和 b 的值都直接保存在執(zhí)行上下文中，執(zhí)行上下文又被壓入?？臻g中，所以可以理解為變量 a 和 b 都存放在?？臻g中。

當(dāng)執(zhí)行到第 4 行，Javascript 引擎判斷變量 c 的值是引用類型，Javascript 引擎將該值分配到堆空間里，分配后該值會(huì)有一個(gè)在堆空間的地址，然后將該地址賦值給變量 c。第 5 行，將 c 賦值給 d，實(shí)際是將引用地址賦值給了 d，修改引用類型對(duì)象的值，改的是堆空間中數(shù)據(jù)的值。

棧空間因?yàn)橐S護(hù)執(zhí)行上下文，影響程序的執(zhí)行效率，所以空間一般比較小，可以用來(lái)存放原始類型的小數(shù)據(jù)；引用類型的數(shù)據(jù)可以很大，所以堆空間比較大，不過堆空間分配內(nèi)存和回收內(nèi)存會(huì)占用一定的時(shí)間。

棧空間切換執(zhí)行上下文狀態(tài)：

1.3 閉包內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

閉包內(nèi)的變量存儲(chǔ)到?？臻g還是堆空間？

說(shuō)明示例：

function foo() {
    var myName = "極客時(shí)間"
    let test1 = 1
    const test2 = 2
    var innerBar = { 
        setName:function(newName){
            myName = newName
        },
        getName:function(){
            console.log(test1)
            return myName
        }
    }
    return innerBar
}
var bar = foo()
bar.setName("極客邦")
bar.getName()
console.log(bar.getName())

執(zhí)行上述代碼，當(dāng) foo 函數(shù)執(zhí)行完之后，調(diào)用棧中的 foo 函數(shù)的執(zhí)行上下文會(huì)被銷毀，由于變量 myName 和 test1 持續(xù)存在外部引用，Javascript 引擎判斷這是一個(gè)閉包，會(huì)在堆空間中創(chuàng)建一個(gè)closure(foo)的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象中包含這兩個(gè)被引用的變量。

二垃圾回收

一些數(shù)據(jù)在使用后就不再需要了，這部分?jǐn)?shù)據(jù)繼續(xù)存在內(nèi)存里，并且逐漸積累，會(huì)占用越來(lái)越多的空間，通過垃圾回收機(jī)制以釋放有限的內(nèi)存空間。

2.1 不同語(yǔ)言的垃圾回收策略

一般，垃圾回收分為手動(dòng)回收和自動(dòng)回收兩種策略。

以 C / C++ 為例，使用的是手動(dòng)回收策略，內(nèi)存的分配與銷毀都是由程序員寫的代碼控制的，如果不主動(dòng)銷毀垃圾數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

以 Javascript / Java 為例，垃圾數(shù)據(jù)由內(nèi)置的垃圾回收器自動(dòng)回收，不需要通過編寫代碼手動(dòng)釋放。

2.2 調(diào)用棧的垃圾回收機(jī)制

Javascript 引擎把執(zhí)行上下文壓入調(diào)用棧的同時(shí)，使用一個(gè)記錄當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)的指針（ESP）指向當(dāng)前的執(zhí)行上下文，表示正在執(zhí)行該執(zhí)行上下文。

當(dāng)該執(zhí)行上下文運(yùn)行完畢，ESP 下移，這個(gè)下移的操作就是銷毀被執(zhí)行過的上下文的過程。

示例說(shuō)明：

function foo(){
    var a = 1
    var b = {name:"極客邦"}
    function showName(){
      var c = 2
      var d = {name:"極客時(shí)間"}
    }
    showName()
}
foo()

2.3 堆空間垃圾回收機(jī)制

2.3.1 代際假說(shuō)

代際假說(shuō)觀點(diǎn)認(rèn)為，大部分對(duì)象在內(nèi)存中有用的時(shí)間很短，一經(jīng)分配內(nèi)存，很快就變得不可訪問；少量數(shù)據(jù)持續(xù)活躍，活的很久。

2.3.2 V8 垃圾回收機(jī)制：分代收集

基于代際假說(shuō)，V8 把堆分為老生代和新生代，新生代中存放的是生存時(shí)間短的對(duì)象（1—8M空間），老生代中存放的是生存時(shí)間久的對(duì)象（空間比較大）。

針對(duì)新生代和老生代，V8 使用不用的回收機(jī)制，以便更高效的進(jìn)行垃圾回收。使用主垃圾回收器回收老生代的垃圾數(shù)據(jù)，使用副垃圾回收器回收新生代的垃圾數(shù)據(jù)。

垃圾回收原理

標(biāo)記空間中的活動(dòng)對(duì)象（還在使用的對(duì)象）和非活動(dòng)對(duì)象（可以回收的對(duì)象）。
標(biāo)記完成之后，統(tǒng)一清理內(nèi)存中所有被標(biāo)記的可回收對(duì)象，回收這部分對(duì)象占據(jù)的內(nèi)存。
內(nèi)存整理：頻繁回收對(duì)象之后，內(nèi)存中存在大量不連續(xù)空間（內(nèi)存碎片），如果要分配較大連續(xù)內(nèi)存時(shí)，可能出現(xiàn)內(nèi)存不足的情況，所以需要將內(nèi)存碎片成連續(xù)的空間。

副垃圾回收器

主要負(fù)責(zé)新生代的垃圾回收。新生代空間較小，里面的對(duì)象一般較小；回收頻繁。

回收機(jī)制采用 Scavenge 算法。該算法把新生代空間劃半分為對(duì)象區(qū)域和空閑區(qū)域。

新加入的對(duì)象存到對(duì)象區(qū)域，當(dāng)對(duì)象區(qū)域快被寫滿時(shí)，執(zhí)行一次垃圾回收。在回收過程中，對(duì)對(duì)象區(qū)域里的對(duì)象做標(biāo)記，標(biāo)記完成后，把存活的對(duì)象復(fù)制到空閑區(qū)域中并有序的排列起來(lái)（消除內(nèi)存碎片），把無(wú)用的對(duì)象清理掉。

復(fù)制完成后，對(duì)象區(qū)域和空閑區(qū)域進(jìn)行角色翻轉(zhuǎn)，對(duì)象區(qū)域變成空閑區(qū)域，空閑區(qū)域變成對(duì)象區(qū)域。這樣這兩塊區(qū)域可以無(wú)限重復(fù)使用下去。

復(fù)制操作需要時(shí)間成本，因此為了執(zhí)行效率，新生區(qū)的空間一般設(shè)置的比較小。

經(jīng)過兩次垃圾回收依然存活的對(duì)象，會(huì)被移動(dòng)到老生區(qū)中，以防止過多的存活對(duì)象擠滿新生區(qū)。

主垃圾回收器

主要負(fù)責(zé)老生區(qū)的垃圾回收。老生區(qū)的里的對(duì)象一般占用空間大（因復(fù)制操作耗時(shí)所以不適合使用 Scavenge 算法），存活的時(shí)間比較長(zhǎng)。

回收機(jī)制采用的是標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）算法。從一組根元素開始，遞歸遍歷這組根元素，在遍歷過程中能到達(dá)的元素稱為活動(dòng)對(duì)象，沒有達(dá)到的元素判斷標(biāo)記為垃圾數(shù)據(jù)。

標(biāo)記完成之后，執(zhí)行清除過程。

如上圖，清除后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片；為了避免內(nèi)存碎片，進(jìn)化出了另一種算法：標(biāo)記-整理（Mark-Compact），標(biāo)記完成后，讓所有存活的對(duì)象移向內(nèi)存一端，然后直接清理掉端邊界外的數(shù)據(jù)。

全停頓

Javascript 是運(yùn)行在主線程上的（單線程），一旦執(zhí)行垃圾回收算法，其他 Javascript 腳本將被阻塞，需要等待垃圾回收完畢才能繼續(xù)執(zhí)行。這種行為叫做全停頓。

如上圖，過長(zhǎng)的全停頓將導(dǎo)致頁(yè)面卡頓。新生代因其空間小存活對(duì)象占用空間小，對(duì)全停頓影響不大，老生代的垃圾回收是造成全停頓的主因。為了降低老生代垃圾回收造成的卡頓，V8 將標(biāo)記過程分為一個(gè)個(gè)子標(biāo)記，讓子標(biāo)記和 Javascript 腳本交替進(jìn)行，這個(gè)解決方案叫做增量標(biāo)記算法。