这篇文章的一切内容均来自 朴灵的《深入浅出Node.js》及A tour of V8:Garbage Collection，后者另有中文翻译版V8 之旅： 渣滓接纳器，我在这里只是做了个纪录和连系
渣滓接纳器
JavaScript的渣滓接纳器
JavaScript运用渣滓接纳机制来自动治理内存。渣滓接纳是一把双刃剑，其优点是可以大幅简化顺序的内存治理代码，下降顺序员的累赘，削减因长时刻运转而带来的内存走漏题目。但运用了渣滓接纳即意味着顺序员将没法掌控内存。ECMAScript没有暴露任何渣滓接纳器的接口。我们没法强制其举行渣滓接纳，更没法干涉干与内存治理
Node的内存治理题目
在浏览器中，V8引擎实例的生命周期不会很长（谁没事一个页面开着几天几个月不关），而且运转在用户的机械上。假如不幸发作内存走漏等题目，仅仅会影响到一个终端用户。且不管这个V8实例占用了若干内存，终究在封闭页面时内存都邑被开释，几乎没有太多治理的必要（固然并不代表一些大型Web运用不须要治理内存）。但假如运用Node作为效劳器，就须要关注内存题目了，一旦内存发作走漏，一朝一夕悉数效劳将会瘫痪（效劳器不会频仍的重启）
V8的内存限定
存在限定
Node与其他言语差别的一个处所，就是其限定了JavaScript所能运用的内存（64位为1.4GB，32位为0.7GB），这也就意味着将没法直接操纵一些大内存对象。这很使人匪夷所思，因为很少有其他言语会限定内存的运用
为什么限定
V8之所以限定了内存的大小，表面上的缘由是V8最初是作为浏览器的JavaScript引擎而设想，不太可以碰到大批内存的场景，而深层次的缘由则是因为V8的渣滓接纳机制的限定。因为V8须要保证JavaScript运用逻辑与渣滓接纳器所看到的不一样，V8在实行渣滓接纳时会壅塞JavaScript运用逻辑，直到渣滓接纳完毕再从新实行JavaScript运用逻辑，这类行动被称为“全停留”（stop-the-world）。若V8的堆内存为1.5GB，V8做一次小的渣滓接纳须要50ms以上，做一次非增量式的渣滓接纳以至要1秒以上。如许浏览器将在1s内落空对用户的相应，形成假死征象。假如有动画效果的话，动画的展示也将明显受到影响
打破限定
固然这个限定是可以翻开的，相似于JVM，我们经由历程在启动node时可以通报–max-old-space-size或–max-new-space-size来调解内存限定的大小，前者肯定须生代的大小，单元为MB，后者肯定新生代的大小，单元为KB。这些设置只在V8初始化时见效，一旦见效不能再转变
V8的堆构成
V8的堆实在并不只是由须生代和新生代两部份构成，可以将堆分为几个差别的地区：
* 新生代内存区：大多数的对象被分派在这里，这个地区很小然则渣滓回迥殊频仍
* 须生代指针区：属于须生代，这里包括了大多数可以存在指向其他对象的指针的对象，大多数从新生代提拔的对象会被挪动到这里
* 须生代数据区：属于须生代，这里只保留原始数据对象，这些对象没有指向其他对象的指针
* 大对象区：这里寄存体积逾越其他区大小的对象，每一个对象有本身的内存，渣滓接纳其不会挪动大对象
* 代码区：代码对象，也就是包括JIT以后指令的对象，会被分派在这里。唯一具有实行权限的内存区
* Cell区、属性Cell区、Map区：寄存Cell、属性Cell和Map，每一个地区都是寄存雷同大小的元素，构造简朴
每一个地区都是由一组内存页构成，内存页是V8请求内存的最小单元，除了大对象区的内存页较大之外，其他区的内存页都是1MB大小，而且依据1MB对齐。内存页除了存储的对象，另有一个包括元数据和标识信息的页头，以及一个用于标记哪些对象是活泼对象的位图区。别的每一个内存页另有一个零丁分派在别的内存区的槽缓冲区，内里放着一组对象，这些对象可以指向其他存储在该页的对象。渣滓接纳器只会针对新生代内存区、须生代指针区以及须生代数据区举行渣滓接纳
V8的渣滓接纳机制
怎样推断接纳内容
怎样肯定哪些内存须要接纳，哪些内存不须要接纳，这是渣滓接纳期须要处置惩罚的最基本题目。我们可以如许假定，一个对象为活对象当且仅当它被一个根对象或另一个活对象指向。根对象永远是活对象，它是被浏览器或V8所援用的对象。被局部变量所指向的对象也属于根对象，因为它们地点的作用域对象被视为根对象。全局对象（Node中为global，浏览器中为window）自然是根对象。浏览器中的DOM元素也属于根对象
怎样辨认指针和数据
渣滓接纳器须要面对一个题目，它须要推断哪些是数据，哪些是指针。因为许多渣滓接纳算法会将对象在内存中挪动（紧凑，削减内存碎片），所以常常须要举行指针的改写
现在重要有三种要领来辨认指针：
1. 保遵法：将一切堆上对齐的字都认为是指针，那末有些数据就会被误认为是指针。因而某些现实是数字的假指针，会背误认为指向活泼对象，致使内存走漏（假指针指向的对象多是死对象，但照旧有指针指向——这个假指针指向它）同时我们不能挪动任何内存地区。
2. 编译器提示法：假如是静态言语，编译器可以通知我们每一个类当中指针的详细位置，而一旦我们晓得对象时哪一个类实例化获得的，就可以晓得对象中一切指针。这是JVM完成渣滓接纳的体式款式，但这类体式款式并不合适JS如许的动态言语
3. 标记指针法：这类要领须要在每一个字末位预留一名来标记这个字段是指针照样数据。这类要领须要编译器支撑，但完成简朴，而且机能不错。V8采纳的是这类体式款式。V8将一切数据以32bit字宽来存储，个中最低一名坚持为0，而指针的最低两位为01
V8的接纳战略
自动渣滓接纳算法的演化历程当中涌现了许多算法，然则因为差别对象的生计周期差别，没有一种算法适用于一切的状况。所以V8采纳了一种分代接纳的战略，将内存分为两个生代：新生代和须生代。新生代的对象为存活时刻较短的对象，须生代中的对象为存活时刻较长或常驻内存的对象。离别对新生代和须生代运用差别的渣滓接纳算法来提拔渣滓接纳的效力。对象早先都邑被分派到新生代，当新生代中的对象满足某些前提（背面会有引见）时，会被挪动到须生代（提拔）
V8的分代内存
默许状况下，64位环境下的V8引擎的新生代内存大小32MB、须生代内存大小为1400MB，而32位则减半，离别为16MB和700MB。V8内存的最大保留空间离别为1464MB（64位）和732MB（32位）。详细的计算公式是4*reserved_semispace_space_ + max_old_generation_size_，新生代由两块reserved_semispace_space_构成，每块16MB（64位）或8MB（32位）
新生代
新生代的特性
大多数的对象被分派在这里，这个地区很小然则渣滓回迥殊频仍。在新生代分派内存异常轻易，我们只须要保留一个指向内存区的指针，不停依据新对象的大小举行递增即可。当该指针抵达了新生代内存区的末端，就会有一次清算（仅仅是清算新生代）
新生代的渣滓接纳算法
新生代运用Scavenge算法举行接纳。在Scavenge算法的完成中，重要采纳了Cheney算法。
Cheney算法算法是一种采纳复制的体式款式完成的渣滓接纳算法。它将内存一分为二，每一部份空间称为semispace。在这两个semispace中，一个处于运用状况，另一个处于闲置状况。处于运用状况的semispace空间称为From空间，处于闲置状况的空间称为To空间，当我们分派对象时，先是在From空间中举行分派。当最先举行渣滓接纳算法时，会搜检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（复制完成后会举行压缩），而非活泼对象占用的空间将会被开释。完成复制后，From空间和To空间的角色发作对调。也就是说，在渣滓接纳的历程当中，就是经由历程将存活对象在两个semispace之间举行复制。可以很轻易看出来，运用Cheney算法时，总有一半的内存是空的。然则因为新生代很小，所以糟蹋的内存空间并不大。而且因为新生代中的对象绝大部份都黑白活泼对象，须要复制的活泼对象比例很小，所以其时刻效力非常抱负。复制的历程采纳的是BFS（广度优先遍历）的头脑，从根对象动身，广度优先遍历一切能抵达的对象
详细的实行历程大抵是如许：
首先将From空间中一切能从根对象抵达的对象复制到To区，然后保护两个To区的指针scanPtr和allocationPtr，离别指向行将扫描的活泼对象和行将为新对象分派内存的处所，最先轮回。轮回的每一轮会查找当前scanPtr所指向的对象，肯定对象内部的每一个指针指向那里。假如指向须生代我们就没必要斟酌它了。假如指向From区，我们就须要把这个所指向的对象从From区复制到To区，详细复制的位置就是allocationPtr所指向的位置。复制完成后将scanPtr所指对象内的指针修正成新复制对象寄存的地点，并挪动allocationPtr。假如一个对象内部的一切指针都被处置惩罚完，scanPtr就会向前挪动，进入下一个轮回。若scanPtr和allocationPtr相遇，则申明一切的对象都已被复制完，From区剩下的都可以被视为渣滓，可以举行清算了
举个栗子(以及凑篇幅)，假如有相似以下的援用状况：
+----- 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
在实行Scavenge之前，From区长这幅模样容貌
+---+---+---+---+---+---+---+---+--------+
| A | B | C | D | E | F | G | H | |
+---+---+---+---+---+---+---+---+--------+
那末首先将根对象能抵达的ABC对象复制到To区，因而乎To区就变成了这个模样：
allocationPtr
↓
+---+---+---+----------------------------+
| A | B | C | |
+---+---+---+----------------------------+
↑
scanPtr
接下来进入轮回，扫描scanPtr所指的A对象，发明其没有指针，因而乎scanPtr挪动，变成以下如许
allocationPtr
↓
+---+---+---+----------------------------+
| A | B | C | |
+---+---+---+----------------------------+
↑
scanPtr
接下来扫描B对象，发明其有指向E对象的指针，且E对象在From区，那末我们须要将E对象复制到allocationPtr所指的处所并挪动allocationPtr指针：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+------------------------+
| A | B | C | E | |
+---+---+---+---+------------------------+
↑
scanPtr
B对象里一切指针都已被复制完，所以挪动scanPtr：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+------------------------+
| A | B | C | E | |
+---+---+---+---+------------------------+
↑
scanPtr
接下来扫描C对象，C对象中有两个指针，离别指向F对象和G对象，且都在From区，先复制F对象到To区：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+--------------------+
| A | B | C | E | F | |
+---+---+---+---+---+--------------------+
↑
scanPtr
然后复制G对象到To区
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+---+----------------+
| A | B | C | E | F | G | |
+---+---+---+---+---+---+----------------+
↑
scanPtr
如许C对象内部的指针已复制完成了，挪动scanPtr：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+---+----------------+
| A | B | C | E | F | G | |
+---+---+---+---+---+---+----------------+
↑
scanPtr
一一扫描E，F对象，发明个中都没有指针，挪动scanPtr：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+---+----------------+
| A | B | C | E | F | G | |
+---+---+---+---+---+---+----------------+
↑
scanPtr
扫描G对象，发明个中有一个指向H对象的指针，且H对象在From区，复制H对象到To区，并挪动allocationPtr：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
| A | B | C | E | F | G | H | |
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
↑
scanPtr
完成后因为G对象没有其他指针，且H对象没有指针挪动scanPtr：
allocationPtr
↓
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
| A | B | C | E | F | G | H | |
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
↑
scanPtr
此时scanPtr和allocationPtr重合，申明复制完毕
可以对照一下From区和To区在复制完成后的效果：
//From区
+---+---+---+---+---+---+---+---+--------+
| A | B | C | D | E | F | G | H | |
+---+---+---+---+---+---+---+---+--------+
//To区
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
| A | B | C | E | F | G | H | |
+---+---+---+---+---+---+---+------------+
D对象没有被复制，它将被作为渣滓举行接纳
写屏蔽
假如新生代中的一个对象只要一个指向它的指针，而这个指针在须生代中，我们怎样推断这个新生代的对象是不是存活？为了处置惩罚这个题目，须要竖立一个列表用来纪录一切须生代对象指向新生代对象的状况。每当有须生代对象指向新生代对象的时刻，我们就纪录下来
对象的提拔
当一个对象经由屡次新生代的清算照旧幸存，这申明它的生计周期较长，也就会被挪动到须生代，这称为对象的提拔。详细挪动的规范有两种：
1. 对象从From空间复制到To空间时，会搜检它的内存地点来推断这个对象是不是已经历过一个新生代的清算，假如是，则复制到须生代中，不然复制到To空间中
2. 对象从From空间复制到To空间时，假如To空间已被运用了凌驾25%，那末这个对象直接被复制到须生代
须生代
须生代的特性
须生代所保留的对象大多数是生计周期很长的以至是常驻内存的对象，而且须生代占用的内存较多
须生代的渣滓接纳算法
须生代占用内存较多（64位为1.4GB，32位为700MB），假如运用Scavenge算法，糟蹋一半空间不说，复制云云大块的内存斲丧时刻将会相称长。所以Scavenge算法明显不合适。V8在须生代中的渣滓接纳战略采纳Mark-Sweep和Mark-Compact相连系
Mark-Sweep（标记消灭）
标记消灭分为标记和消灭两个阶段。在标记阶段须要遍历堆中的一切对象，并标记那些在世的对象，然后进入消灭阶段。在消灭阶段总，只消灭没有被标记的对象。因为标记消灭只消灭殒命对象，而殒命对象在须生代中占用的比例很小，所以效力较高
标记消灭有一个题目就是举行一次标记清晰后，内存空间往往是不一连的，会涌现许多的内存碎片。假如后续须要分派一个须要内存空间较多的对象时，假如一切的内存碎片都不够用，将会使得V8没法完成此次分派，提早触发渣滓接纳。
Mark-Compact（标记整顿）
标记整顿恰是为了处置惩罚标记消灭所带来的内存碎片的题目。标记整顿在标记消灭的基本举行修正，将其的消灭阶段变成压缩极度。在整顿的历程当中，将在世的对象向内存区的一段挪动，挪动完成后直接清算掉边界外的内存。压缩历程触及对象的挪动，所以效力并非太好，然则能保证不会天生内存碎片
算法思绪
标记消灭和标记整顿都分为两个阶段：标记阶段、消灭或压缩阶段
在标记阶段，一切堆上的活泼对象都邑被标记。每一个内存页有一个用来标记对象的位图，位图中的每一名对应内存页中的一个字。这个位图须要占有肯定的空间（32位下为3.1%，64位为1.6%）。别的有两位用来标记对象的状况，这个状况一共有三种（所以要两位）——白，灰，黑：
* 假如一个对象为白对象，它还没未被渣滓接纳器发明
* 假如一个对象为灰对象，它已被渣滓接纳器发明，但其毗邻对象还没有悉数处置惩罚
* 假如一个对象为黑对象，申明他步进被渣滓接纳器发明，其毗邻对象也悉数被处置惩罚完毕了
假如将对中的对象看作由指针做边的有向图，标记算法的中心就是深度优先搜刮。在初始时，位图为空，一切的对象也都是白对象。从根对象抵达的对象会背染色为灰色，放入一个零丁的双端行列中。标记阶段的每次轮回，渣滓接纳器都邑从双端行列中掏出一个对象并将其转变成黑对象，并将其毗邻的对象转变成灰，然后把其毗邻对象放入双端行列。假如双端行列为空或一切对象都变成黑对象，则完毕。迥殊大的对象，可以会在处置惩罚时举行分片，防备双端行列溢出。假如双端行列溢出，则对象仍然会成为灰对象，但不会被放入行列中，这将致使其毗邻对象没法被转变成灰对象。所以在双端行列为空时，须要扫描一切对象，假如仍有灰对象，将它们从新放入行列中举行处置惩罚。标记完毕后，一切的对象都应该非黑即白，白对象将成为渣滓，守候开释
消灭和压缩阶段都是以内存页为单元接纳内存
消灭时渣滓接纳器会扫描一连寄存的死对象，将其变成余暇空间，并保留到一个余暇空间的链表中。这个链表常被scavenge算法用于分派被提拔对象的内存，但也被压缩算法用于挪动对象
压缩算法会尝试将碎片页整合到一起来开释内存。因为页上的对象会被挪动到新的页上，须要从新分派一些页。大抵历程是，对目的碎片页中的每一个活泼对象，在余暇内存链表中分派一块内存页，将该对象复制过去，并在碎片页中的该对象上写上新的内存地点。随后在迁出历程当中，对象的旧地点将会被纪录下来，在迁出完毕后，V8会遍历一切它所纪录的旧对象的地点，将其更新为新地点。因为标记历程当中也纪录了差别页之间的指针，这些指针在此时也会举行更新。假如一个页异常活泼，如个中有过量须要纪录的指针，那末地点纪录会跳过它，比及下一轮渣滓接纳举行处置惩罚
连系运用标记消灭和标记整顿
V8的须生代运用标记消灭和标记整顿连系的体式款式，重要采纳标记消灭算法，假如空间不足以分派从新生代提拔过来的对象时，才运用标记整顿
V8的优化
Incremental Marking（增量标记）
因为全停留会形成了浏览器一段时刻无相应，所以V8运用了一种增量标记的体式款式，将完全的标记拆分红许多部份，每做完一部份就停下来，让JS的运用逻辑实行一会，如许渣滓接纳与运用逻辑交替完成。经由增量标记的革新后，渣滓接纳的最大停留时刻可以削减到本来的1/6摆布
惰性清算
因为标记完成后，一切的对象都已被标记，不是死对象就是活对象，堆上若干空间款式已肯定。我们可以没必要焦急开释那些死对象所占用的空间，而耽误清算历程的实行。渣滓接纳器可以依据须要一一清算死对象所占用的内存页
其他
V8后续还引入了增量式整顿（incremental compaction），以及并行标记和并行清算，经由历程并行应用多核CPU来提拔渣滓接纳的机能
