前端面试常考题:JS垃圾回收机制

摘要:众所周知,应用程序在运行过程中需要占用一定的内存空间,且在运行过后就必须将不再用到的内存释放掉,否则就会出现下图中内存的占用持续升高的情况,一方面会影响程序的运行速度,另一方面严重的话则会导致整个程序的崩溃。

众所周知,应用程序在运行过程中需要占用一定的内存空间,且在运行过后就必须将不再用到的内存释放掉,否则就会出现下图中内存的占用持续升高的情况,一方面会影响程序的运行速度,另一方面严重的话则会导致整个程序的崩溃。

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JavaScript中的内存管理

  • 内存:由可读写单元组成,表示一片可操作空间;
  • 管理:人为的去操作一片空间的申请、使用和释放;
  • 内存管理:开发者主动申请空间、使用空间、释放空间;
  • 管理流程:申请-使用-释放

部分语言需要(例如C语言)需要手动去释放内存,但是会很麻烦,所以很多语言,例如JAVA都会提供自动的内存管理机制,称为“垃圾回收机制”,JavaScript语言中也提供了垃圾回收机制(Garbage Collecation),简称GC机制

全停顿(Stop The World )

在介绍垃圾回收算法之前,我们先了解一下「全停顿」。垃圾回收算法在执行前,需要将应用逻辑暂停,执行完垃圾回收后再执行应用逻辑,这种行为称为 「全停顿」(Stop The World)。例如,如果一次GC需要50ms,应用逻辑就会暂停50ms。

全停顿的目的,是为了解决应用逻辑与垃圾回收器看到的情况不一致的问题。

举个例子,在自助餐厅吃饭,高高兴兴地取完食物回来时,结果发现自己餐具被服务员收走了。这里,服务员好比垃圾回收器,餐具就像是分配的对象,我们就是应用逻辑。在我们看来,只是将餐具临时放在桌上,但是服务员看来觉得你已经不需要使用了,因此就收走了。你与服务员对于同一个事物看到的情况是不一致,导致服务员做了与我们不期望的事情。因此,为避免应用逻辑与垃圾回收器看到的情况不一致,垃圾回收算法在执行时,需要停止应用逻辑。

JavaScript中的垃圾回收

JavaScript中会被判定为垃圾的情形如下:

  • 对象不再被引用;
  • 对象不能从根上访问到;

GC算法

常见的GC算法如下:

  • 引用计数
  • 标记清除
  • 标记整理
  • 分代回收
引用计数

早期的浏览器最常使用的垃圾回收方法叫做"引用计数"(reference counting):语言引擎有一张"引用表",保存了内存里面所有的资源(通常是各种值)的引用次数。如果一个值的引用次数是0,就表示这个值不再用到了,因此可以将这块内存释放。

const user1 = {age: 11}
const user2 = {age: 22}
const user3 = {age: 33}

const userList = [user1.age, user2.age, user3.age]

上面这段代码,当执行过一遍过后,user1、user2、user3都是被userList引用的,所以它们的引用计数不为零,就不会被回收

function fn() {
    const num1 = 1
    const num2 = 2
}

fn()

上面代码中fn函数执行完毕,num1、num2都是局部变量,执行过后,它们的引用计数就都为零,所有这样的代码就会被当做“垃圾”,进行回收。

引用计数算法有一个比较大的问题: 循环引用

function objGroup(obj1, obj2) {
    obj1.next = obj2
    obj2.prev = obj1

    return {
        o1: obj1,
        o2: obj2,
    }
}

let obj = objGroup({name: 'obj1'}, {name: 'obj2'})
console.log(obj)

上面的这个例子中,obj1和obj2通过各自的属性相互引用,所有它们的引用计数都不为零,这样就不会被垃圾回收机制回收,造成内存浪费。

引用计数算法其实还有一个比较大的缺点,就是我们需要单独拿出一片空间去维护每个变量的引用计数,这对于比较大的程序,空间开销还是比较大的。

引用计数算法优点:

  • 引用计数为零时,发现垃圾立即回收;
  • 最大限度减少程序暂停;

引用计数算法缺点:

  • 无法回收循环引用的对象;
  • 空间开销比较大;
标记清除(Mark-Sweep)

核心思想:分标记和清除两个阶段完成。

  1. 遍历所有对象找标记活动对象;
  2. 遍历所有对象清除没有标记对象;
  3. 回收相应的空间。

标记清除算法的优点是:对比引用计数算法,标记清除算法最大的优点是能够回收循环引用的对象,它也是v8引擎使用最多的算法。
标记清除算法的缺点是:

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上图我们可以看到,红色区域是一个根对象,就是一个全局变量,会被标记;而蓝色区域就是没有被标记的对象,会被回收机制回收。这时就会出现一个问题,表面上蓝色区域被回收了三个空间,但是这三个空间是不连续的,当我们有一个需要三个空间的对象,那么我们刚刚被回收的空间是不能被分配的,这就是“空间碎片化”。

标记整理(Mark-Compact)

为了解决内存碎片化的问题,提高对内存的利用,引入了标记整理算法。

标记整理可以看做是标记清除的增强。标记阶段的操作和标记清除一致。

清除阶段会先执行整理,移动对象位置,将存活的对象移动到一边,然后再清理端边界外的内存。

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标记整理的缺点是:移动对象位置,不会立即回收对象,回收的效率比较慢。

增量标记(Incremental Marking)

为了减少全停顿的时间,V8对标记进行了优化,将一次停顿进行的标记过程,分成了很多小步。每执行完一小步就让应用逻辑执行一会儿,这样交替多次后完成标记。

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长时间的GC,会导致应用暂停和无响应,将会导致糟糕的用户体验。从2011年起,v8就将「全暂停」标记换成了增量标记。改进后的标记方式,最大停顿时间减少到原来的1/6。

v8引擎垃圾回收策略

  • 采用分代回收的思想;
  • 内存分为新生代、老生代;

针对不同对象采用不同算法:
(1)新生代:对象的存活时间较短。新生对象或只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。

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V8堆的空间等于新生代空间加上老生代空间。且针对不同的操作系统对空间做了内存的限制。

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针对浏览器来说,这样的内存是足够使用的。限制内存的原因:

针对浏览器的GC机制,经过不断的测试,如果内存再设置大一点,GC回收的时间就会达到用户的感知,会造成感知上的卡顿。

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)加标记整理算法。而Scavenge 算法的具体实现,主要采用了Cheney算法

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Cheney算法将内存分为两个等大空间,使用空间为From,空闲空间为To

检查From空间内的存活对象,若对象存活,检查对象是否符合晋升条件,若符合条件则晋升到老生代,否则将对象从 From 空间复制到 To 空间。若对象不存活,则释放不存活对象的空间。完成复制后,将 From 空间与 To 空间进行角色翻转。

对象晋升机制

一轮GC还存活的新生代需要晋升。
当对象从From 空间复制到 To 空间时,若 To 空间使用超过 25%,则对象直接晋升到老生代中。设置为25%的比例的原因是,当完成 Scavenge 回收后,To 空间将翻转成From 空间,继续进行对象内存的分配。若占比过大,将影响后续内存分配。

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增量标记算法,主要使用标记清除算法,只有在内存分配不足时,采用标记整理算法。

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

新生代和老生代回收对比

新生代由于占用空间比较少,采用空间换时间机制。
老生代区域空间比较大,不太适合大量的复制算法和标记整理,所以最常用的是标记清除算法,为了就是让全停顿的时间尽量减少。

内存泄漏识别方法

我们先写一段比较消耗内存的代码:



使用浏览器的Performance来监控内存变化

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点击录制,然后我们操作们感觉消耗性能的操作,操作完成之后,点击stop停止录制。

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然后我们看一看是那些地方引起了内存的泄漏,我们只需要关注内存即可。

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可以看到内存在短时间消耗的比较快,下降的小凹槽,就是浏览器在进行垃圾回收。

性能优化

1.避免使用全局变量

  • 全局变量会挂载在window下;
  • 全局变量至少有一个引用计数;
  • 全局变量存活更久,持续占用内存;
  • 在明确数据作用域的情况下,尽量使用局部变量;

2.减少判断层级

function doSomething(part, chapter) {
    const parts = ['ES2016', '工程化', 'Vue', 'React', 'Node']

    if (part) {
        if (parts.includes(part)) {
            console.log('属于当前课程')
            if (chapter > 5) {
                console.log('您需要提供 VIP 身份')
            }
        }
    } else {
        console.log('请确认模块信息')
    }
}

doSomething('Vue', 6)

// 减少判断层级
function doSomething(part, chapter) {
    const parts = ['ES2016', '工程化', 'Vue', 'React', 'Node']

    if (!part) {
        console.log('请确认模块信息')
        return
    }

    if (!parts.includes(part)) return
    console.log('属于当前课程')

    if (chapter > 5) {
        console.log('您需要提供 VIP 身份')
    }
}

doSomething('Vue', 6)

3.减少数据读取次数
对于频繁使用的数据,我们要对数据进行缓存。



4.减少循环体中的活动

var test = () => {
    var i
    var arr = ['Hello World!', 25, '岂曰无衣,与子同袍']
    for(i = 0; i < arr.length; i++) {
        console.log(arr[i])
    }
}

// 优化后,将arr.length单独提出,防止每次循环都获取一次
var test = () => {
    var i
    var arr = ['Hello World!', 25, '岂曰无衣,与子同袍']
    var len = arr.length
    for(i = 0; i < len; i++) {
        console.log(arr[i])
    }
}

5.事件绑定优化

  • Hello World!
  • 25
  • 岂曰无衣,与子同袍

6.避开闭包陷阱



本文分享自华为云社区《Vue进阶(幺陆玖):JS垃圾回收机制》,原文作者:SHQ5785 。

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