【图解篇】前端内存管理

前端为什么要关注内存

• 防止占用内存过大，造成页面卡顿，甚至无响应
• Node.js 使用 V8 引擎，内存管理对于服务端至关重要，因为服务端的持久性，内存更容易积累造成内存溢出

js 垃圾回收机制

js 使用垃圾回收机制自动管理内存，这种方式的利弊都很明显。

• 优势： 可以大幅简化程序中都内存管理代码，减轻开发者的负担，同时也减少长时间运转造成的内存泄漏问题
• 劣势： 意味着开发者无法掌控内存管理，我们无法强迫其进行垃圾回收，进行管理

下面简单介绍一下 js 的几种垃圾回收策略：

引用计数

主要是IE8 以下的浏览器使用，现代浏览器都弃用了这种方式，这里只做简单介绍。

基本原理就是，记录跟踪每个值被引用的次数，被引用一次被引用次数就加一，被释放就减一，为零时，就释放改值所占内存。

标记清除

主流浏览器使用垃圾回收机制。

当变量进入环境（例如，在函 数中声明一个变量）时，就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应的环境，就可能会用到它们。

而当变量离开环境时，则将其 标记为“离开环境”。 可以使用任何方式来标记变量。比如，可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境， 或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。

function test(){
    var a = 10;    //被标记"进入环境"
    var b = "hello";    //被标记"进入环境"
}
test(); // 执行完毕后之后，a和b又被标记"离开环境"，被回收

说到底，如何标记变量其实并不重要，关键在于采取什么策略。 垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记（当然，可以使用任何标记方式）。

然后，它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记 的变量将被视为准备删除的变量，原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。

最后，垃圾收集器完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

环境可以理解为我们的作用域，但是全局作用域的变量只会在页面关闭才会销毁。

V8 内存控制

V8 的内存限制

在 Node 中只能使用部分内存，64位系统下约为1.4GB，32位系统下约为0.7GB，在这种限制下，将会导致 Node 无法操作大内存对象，比如将一个 2GB 的文件读入内存，即使物理内存有64 GB，也没有办法完成，这个时候我们可以使用 Buffer 类，来完成大内存文件的读取。

造成这个问题的主要原因： Node 基于 V8 构建，而 V8 的这套内存管理机制主要是在浏览器中使用，完全可以满足前端页面中的所有需求，但是在 Node 中却限制了开发者随心所欲使用大内存的想法。

V8 的垃圾回收机制

V8 的垃圾回收策略主要基于分代式垃圾回收机制。主要将内存分为新生代和老生代两代。

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新生代空间（Young Generaion）

特点：

• 管理对象存活时间较短
• 占用空间比老生代空间小很多
• 垃圾回特别频繁

新生代空间的垃圾回收采用Scavenge 算法，其工作原理如下：

1. 将新生代空间分为两个空间，称为semispace，处于使用状态的叫做 From 空间，处于闲置的叫 To 空间，当我们分配对象时，先是在 From 空间中进行分配。

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2. 开始垃圾回收时，会检查 From 空间中的存活对象，这些存活对象将被复制到 To 空间中，然后释放 From 空间中的内存。

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3. From 空间与 To 空间对换

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从上面的过程我们可以看到，Scavenge 算法是典型的牺牲空间换取时间的算法。缺点是只能使用堆内存中的一半，优点是在时间效率上有优异的表现。

老生代空间（ OldGeneraion）

在新生代空间中生命周期较长的对象会被复制到老生代空间中，这个过程叫晋升。对象晋升的条件主要有两个：

1. 对象是否经历过一次 Scavenge 回收。 对象从 From 空间复制到 To 空间时，会检查它的内存地址来判断这个对象是否已经经历过一次 Scavenge 回收。如果经历过，就直接复制到老生代空间中，而不是 To 空间。
2. To 空间的内存使用占比是否超过 To 空间的 25%。 对象从 From 空间复制到 To 空间时，发现 To 空间的内存占比已经超过限制。因为To 空间将会变成 From空间，为了不影响后续的内存分配，会直接晋升到老生代空间中。

对于老生代空间，由于存活对象占比较大，再采用Scavenge的方式会有两个问题：

1. 存活对象比较多，复制存活对象的效率会很低
2. 要拆分两个 semispace 空间，比较浪费

为此，老生代中主要采用标记清除（Mark-Sweep）和标记整理（Mark-Compact）相结合的方式进行垃圾回收，其工作原理如下：

• 在标记阶段遍历堆中的所有对象，并标记活着的对象，在随后的清除阶段中，只清除没有被标记的对象。标记后的示意图如下：

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黄色部分为标记活跃的对象，深灰色部分为标记死亡的对象。

标记清除（Mark-Sweep）最大的问题在于，清除标记死亡的对象后，内存不连续，这种碎片空间会对后续的内存分配造成问题。

• 为了解决内存碎片的问题，标记整理（Mark-Compact）被提出来。它会在标记完成后，将存活的对象移动到一端，然后释放存活对象这一端之外的空间。

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增量标记（Incremental Marking）

在进行上面 V8垃圾回收操作的时候，需要将应用逻辑暂停，但是由于老生代空间很大，且存活对象很多，为了避免长时间的停顿，将原本一次性完成的操作改为增量标记，即拆分为许多小“步进”，没做完一次“步进”，让应用逻辑执行一会儿，交替执行，直到垃圾回收执行完成。

参考文章：

1. 《Javascript 高级程序设计》
2. 《深入浅出 Node.js》