V8引擎的垃圾回收机制
V8引擎的垃圾回收机制
垃圾的产生
在说清楚垃圾的产生之前我们回顾两个概念，一个是栈，一个是函数的作用域
栈
栈是一种特殊的列表，栈内的元素只能通过列表的一端访问，这一端称为栈顶。 栈被称为是一种后入先出（LIFO，last-in-first-out）的数据结构。 由于栈具有后入先出的特点，所以任何不在栈顶的元素都无法访问。 为了得到栈底的元素，必须先拿掉上面的元素。
作用域
写过JS的小伙伴都知道，每一个函数都有自己的作用域，在函数中定义的变量在外部是不可访问的，内部函数可以访问外部函数的作用域。
我们来看看JS引擎是如何实现这种机制的。
JS引擎每遇到一个函数，将函数以及相关的内容（如入参：全局变量等）我们称之为函数的执行上下文推入栈中，等函数执行完毕，将函数及执行上下文推出栈，这样就可以保证了函数的顺序执行。
函数的执行上下文中不仅包含了当前函数作用域下的变量，同时也包含了，引用的外部函数的变量，这就是所谓的闭包，闭包的完整定义如下：
闭包（closure）是一个函数以及其捆绑的周边环境状态（lexical environment，词法环境）的引用的组合，
如图所示，可以查看函数的作用域启用就包含了他的 closure
如上就是JS执行的过程
在上述过程中变量初始化时会分配对应的内存，有些变量在当前函数中使用完成后不会再使用了，有的变量会在某一次子函数使用后不会再使用了，这个时候垃圾就产生了。
我们在写JS的时候通常不会刻意释放内存，是因为JS引擎帮我们做了这些事情，这个就是JS引擎的垃圾回收机制
垃圾回收
1、如何找到垃圾
理论上如果一个内存没有任何一个变量指向它，那么理论上它就是废弃的，那具体如何实现呢？
一种比较直观的做法是
我们维护一个表格，这个表格记录内存地址当前被引用的次数，如果有新增的引用+1，如果某个引用断开了-1 即可，这个表格中引用数为0 的内存地址理论上都可以回收掉，看上去这是一种简单高效的做法，这种机制就是引用计数，PHP采用的就是这种机制。
但是有一种稍微复杂的场景（循环依赖）
function foo() {
let a = {};
let b = {};
a.a1 = b;
b.b1 = a;
}
foo();
由上面的执行过程我们可以判断，当函数foo 出栈后，a和b 不会再被使用了，理论上应该进入垃圾回收，如果按照我们上述的引用计数来看，a和b的引用数量并没有消失，因为他们相互引用了。
看来引用计数确实不完美，一不小心就可能导致内存无法被回收。
除此之外有没有其他办法呢？
聪明的工程师们又想到一个办法，从一组已知的对象指针开始。这包括执行栈和全局对象。然后它跟随每个指针到达一个JavaScript对象，并将该对象标记为可达。遍历该对象中的每个指针，并以递归的方式继续这个过程，直到找到并标记运行时中的每个可达对象，除了这些可达的变量，其他的都是可以被回收的，不管性能如何，至少分析结果是准确的。这种方案叫做可达性分析。
2、如何回收垃圾
在垃圾收集中，有一个重要的术语叫做“世代假设”（The Generational Hypothesis）。它说的是大多数对象年轻时就会死亡。换句话说，从垃圾收集器的角度来看，大多数对象被分配后几乎立即变得不可达。这不仅适用于V8或JavaScript，而是适用于大多数动态语言。
基于上述假说在V8中，堆被分成不同的区域，称为世代（generations）。其中包括一个年轻代（进一步分为“nursery”(幼儿)和“intermediate”(中年)子世代）以及一个老年代。对象首先被分配到年轻代（nursery）。如果它们在下一次垃圾收集中幸存下来，它们仍然留在年轻代，但被视为“intermediate”。如果它们再次幸存下来，在另一次垃圾收集中，它们将被移动到老年代。
2.1新生代——Scavenger算法
对于新生代，采用的是Scavenger算法
Scavenger算法将幸存的对象总是被转移到一个区域中。V8对于年轻代采用了“半空间”设计。这意味着总空间的一半始终为空，以便进行这个转移步骤。在进行一次Scavenger过程时，这个最初为空的区域被称为“To-Space”。我们从中复制对象的区域称为“From-Space”。在最坏的情况下，每个对象都可能幸存下来，我们需要复制每个对象。
对于Scavenger过程，我们有一组额外的根引用，即旧空间中指向年轻代对象的指针。与为每次Scavenger过程遍历整个堆图形不同，我们使用写屏障来维护一个旧到新引用的列表。结合栈和全局变量，我们知道每个指向年轻代的引用，而无需遍历整个旧代。
转移步骤将所有幸存的对象移动到内存中的一个连续块（在一个页面内）。这具有彻底消除碎片化的优势。然后我们交换这两个空间，即To-Space变为From-Space，反之亦然。一旦垃圾收集完成，新的分配将在From-Space中的下一个空闲地址上进行。
仅仅采用这个策略，年轻代的空间很快就会耗尽。第二次垃圾收集中幸存的对象会被转移到老年代，而不是To-Space。
Scavenger的最后一步是更新引用原始对象的指针，因为这些对象已经被移动。每个被复制的对象都会留下一个转发地址，用于将原始指针更新为指向新位置。
2.2老生代——Mark-Compact
对于老生代V8采用了另外一种算法
整个过程分为三个阶段标记——清理——整理
标记（Marking）
标记算法采用的是上述提到的可达性分析，从根集合出发，标记出正在被使用的指针
清理（Sweeping）
一旦标记（Marking）完成，垃圾收集器会找到不可达对象留下的连续间隙，并将它们添加到适当的空闲列表中。空闲列表按照内存块的大小进行分离，以便进行快速查找。在将来需要分配内存时，我们只需查看空闲列表，并找到适当大小的内存块即可。
整理（Compaction）
在上述标记清楚后，内存大概率会变成碎片化，为了解决这种内存碎片的问题，Mark-Compact(标记整理)算法被提了出来，该算法主要就是用来解决内存的碎片化问题的，回收过程中将死亡对象清除后，在整理的过程中，会将活动的对象往堆内存的一端进行移动，移动完成后再清理掉边界外的全部内存，我们可以用如下流程图来表示：
综上所述就是V8引擎的垃圾回收过程
如何避免内存溢出
- console.log/error 切勿在正式环境中使用，即便不打开控制台也会导致，变量有可能无法被清理
- 尾递归优化，避免递归原因导致
- 避免被遗忘的定时器和回调函数
- 避免被遗忘的DOM引用
参考文章：
一文搞懂V8引擎的垃圾回收 - 掘金 (juejin.cn)
javaScript中变量到底是存储在「栈」还是「堆」上？ - 知乎 (zhihu.com)
「硬核JS」你真的了解垃圾回收机制吗 - 掘金 (juejin.cn)