详解JavaScript的垃圾回收机制

为什么需要垃圾回收（GC）

• 如同人类随年龄增长需要清理身体代谢废物，程序在长期运行中也会产生冗余数据。若这些“垃圾”数据堆积过多，将严重拖慢程序运行速度，影响性能。
• 在JavaScript中，字符串、对象和数组等数据的内存占用并非固定不变，而是采用动态分配策略，仅在数据真正被使用时才分配相应的内存空间。
• 当这些数据不再被使用时，必须及时释放其所占内存，以便供其他数据复用。否则，可用内存耗尽将导致程序运行缓慢甚至崩溃。

什么是垃圾回收

垃圾回收机制，简称Garbage Collection（Garbage Collection，GC）。JavaScript内置了自动垃圾回收机制，通过特定的回收算法识别并移除不再被引用的变量或属性。JS引擎会按照固定的时间间隔，周期性释放这些无用数据占用的内存空间。相比之下，C/C++等语言需要程序员手动管理内存回收。

垃圾产生

当一个对象没有任何变量或属性对其进行引用时，该对象将无法被操作，成为“垃圾”。若此类垃圾对象大量存在，会占用巨额内存空间，导致程序响应变慢。

例如：

首先声明一个Person变量，它引用了对象{name: "江流", age: 20}；随后将Person变量重新指向另一个对象{name: "心猿", age: 5000}。此时，前一个被引用的对象因失去引用而成为无用对象，无法再被访问或操作，即成为垃圾。

若此类垃圾对象不断累积且未被释放，将大量占用系统资源，严重影响性能，严重时甚至导致程序崩溃。因此，必须通过垃圾回收机制释放这部分内存。

在这一过程中，开发者无需也不能手动执行垃圾回收操作。

开发者只需确保将不再使用的对象显式设置为null即可。

垃圾回收策略

JavaScript内存管理的核心概念是“可达性”。凡是以某种方式可访问或使用的值，均视为需要保留在内存中；无法访问且无法使用的值，则由垃圾回收机制进行回收。

垃圾回收并非实时进行，因为JavaScript是单线程语言。每次执行垃圾回收都会导致程序应用逻辑暂停，待回收完成后再恢复执行，这种现象称为“全停顿”。因此，垃圾回收通常安排在CPU空闲时进行。

如何有效识别“垃圾”是垃圾回收的核心难点，以下是几种常见的算法策略（本文重点介绍前两种）：

1. 引用计数算法
2. 标记清除算法
3. 标记整理
4. 分代回收

引用计数标记

策略思想：

• 跟踪并记录每个变量值的被引用次数。
• 当声明一个变量并将引用类型数据赋值给它时，该数据的引用次数标记为1。
• 若该引用类型数据又被赋值给另一个变量，则引用次数加1。
• 若原变量被其他值覆盖，则引用次数减1。
• 当引用次数降为0时，表示该数据已无使用价值且无法访问，垃圾回收器将在执行过程中销毁引用次数为0的数据，并回收其占用的内存空间。

例如：

	let a = {
	    name: "江流",
	    age: 20
		};    	//此时该对象的引用计数标记为1（a 引用）
	let b = a;	//此时对象的引用计数标记为2（a、b 引用）
	a = null;	//此时对象的引用计数标记为1(（b 引用）)
	b = null;	//此时对象的引用计数标记为0（无变量引用）
	... 		//等待GC 回收此对象

然而，这种方式存在一个严重问题——循环引用。

循环引用引发的问题

在函数内部，若对象A的属性指向对象B，而对象B的属性又指向对象A，即使函数执行完毕，A和B的引用计数器也不会归零，从而阻碍正常的垃圾回收。

例如下面的例子：

function test()
{
    let A = new Object();
    let B = new Object();
    A.pointer= B;
    B.pointer = A;
}
test();

当对象A和B相互引用时，按引用计数策略，它们的计数均为2。但在test()函数执行结束后，作用域内的对象A和B理应被GC销毁。

若此类情况反复执行，将导致严重的内存泄漏。

解决方法

在函数结束时，将相关对象指向null。

//切断引用关系
A = null;
B = null;

引用计数算法的优缺点

优点：

• 当引用计数为零时，能立即发现并回收垃圾。
• 最大限度减少程序暂停时间。

缺点：

• 无法回收存在循环引用的对象。
• 空间开销较大。

标记清除算法

核心思想

分为标记和清除两个阶段完成。

大概过程：

• 垃圾收集器在运行时给内存中所有变量加上标记，初始假设所有对象均为垃圾，标记为0。
• 随后从各个根对象开始遍历，将非垃圾节点标记改为1。
• 清理所有标记为0的垃圾对象，销毁并回收其占用的内存空间。
• 最后将内存中所有对象标记重置为0，等待下一轮垃圾回收。

标记清除算法优缺点

优点：

• 实现简单，标记状态无非是“打”与“不打”两种，通过二进制（0和1）即可表示。
• 能够回收存在循环引用的对象。
• 是V8引擎使用最多的算法。

缺点：

清除垃圾后，剩余对象的内存位置保持不变，导致空闲内存空间不连续，产生内存碎片。由于剩余空间非整块，增加了内存分配的复杂性。

标记整理算法

标记整理（Mark-Compact）算法旨在解决上述问题。在标记结束后，该算法会将无需清理的对象向内存一端移动，最后清理边界处的内存。

V8引擎的垃圾回收

• V8引擎的垃圾回收采用标记清除法与分代回收法。
• 内存分为新生代和老生代。

针对不同对象采用不同算法：

（1）新生代：对象存活时间较短，包括新生对象或仅经过一次垃圾回收的对象。

（2）老生代：对象存活时间较长，经历过一次或多次垃圾回收的对象。

回收新生代对象

回收新生代对象主要采用复制算法（Scavenge算法）结合标记整理算法。其中，Scavenge算法的具体实现主要基于Cheney算法。

对象晋升机制

经历一轮GC后仍存活的新生代对象需要晋升至老生代。

回收老生代对象

回收老生代对象主要采用标记清除、标记整理及增量标记算法，其中主要使用标记清除算法；仅在内存分配不足时，才采用标记整理算法。

• 首先使用标记清除完成垃圾空间的回收；
• 采用标记整理进行空间优化；
• 采用增量标记进行效率优化；

参考文档：

JS垃圾回收机制

JavaScript GC 垃圾回收机制

总结

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