V8的垃圾回收机制与内存限制

V8的内存限制

v8引擎最开始是用在浏览器上，其内存控制策略需要提前申请一块内存空间， 后续不会再扩展内存空间。考虑浏览器的使用场景，v8的团队为v8预设了一个合理的内存空间，原因如下：

1. 需要申请的内存越大，每次执行垃圾回收的时间成本很增大。

看下文的V8垃圾回收机制就能知道了，V8启动时就已经设置好了要用多大的内存，之后的垃圾回收都在这块内存里面做。 因此无论是新生代的内存交换还是老生代的标记、整理策略，使用的内存块越大每次垃圾回收的时间就会变长。

2. v8限制的内存，对浏览器来说绰绰有余

对于网页来说，V8的限制值已经绰绰有余。深层原因是V8的垃圾回收机制的限制。按官方的说法，以1.5 GB的垃圾回收堆内存为例，V8做一次小的垃圾回收需要50毫秒以上，做一次非增量式的垃圾回收甚至要1秒以上。这是垃圾回收中引起JavaScript线程暂停执行的时间，在这样的时间花销下，应用的性能和响应能力都会直线下降。

限制解除，v8还是提供了方案来解除这个限制的：

--max-new-space-size 可以用来调整新生代堆内存的大小

--max-old-space-size 用来调整老生代内存的大小

v8的垃圾回收策略

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分代式垃圾回收机制

根据对象的存活时间来对对象划分“阶级”，针对不同的阶级采用不同的垃圾回收策略。 v8将内存划分为新生代区和老生代区这针对这两块内存区间采用不同的垃圾回收算法，新生代区还有一套晋升机制，将对象晋升为老生代

新生代垃圾回收策略

使用Scavenge算法（Minor GC），将新生代的内存区一分为二，分别叫做form区和to区。代码中新建的对象会优先分配到form区，当form区存满时，触发复制策略，将form区的内存对象复制到to区，此时form区和to区翻转，原来的form变成to，to变成form。

对象的晋升策略：

1. 如果一个对象经过一轮的GC任然存活，那么这个对象就会晋升到老生代内存区
2. 如果复制对象时to区的占用超过了25%，那么这对象直接晋升到老生代区

老生代垃圾回收策略

采用Mark-Sweep（下文简称MS) & Mark-Compact(下文简称MC)两种策略。

1. Mark-Sweep标记清除

   清理死亡的对象。经历两个阶段，第一个阶段遍历堆中所有的对象，标记活着的对象 第二个阶段开始清除没有被标记的对象，也就是“死掉”的对象。 Mark-Sweep的缺点也很明显，它会在堆中创造一堆不连续的内存块，因此需要结合Mark-Compact来处理这些碎块

2. Mark-Compact标记整理 把活着的对象移动到一起，整理出一大块连续的内存空间。

Incremental Marking （增量标记）

为了避免垃圾回收的时候垃圾回收器看到的和实际js线程的情况不一致，上述三种算法的执行都需要暂停主线程来进行垃圾回收。

待执行完垃圾回收后再恢复执行应用逻辑，这种行为被称为“全停顿"

新生代的对象处理较快，一般停顿时间也不会很久。老生代的处理较慢，停顿较久。因此需要对这个流程进行优化，v8采用的是一种步进式的策略，拆成多个小步骤执行，每次执行完了就让js线程运行一下。

将传统“标记”阶段拆成如下过程：

1. 初始标记（Initial Mark）
   暂停 JS 执行，标记根对象（Root Set），例如全局对象、栈上的引用。

停顿时间短，快速完成。

2. 增量标记（Incremental Marking）
   恢复 JS 执行，后台线程在 JS 执行过程中穿插标记任务。

每执行一小段 JS，就跑一点标记逻辑。

这时会记录 JS 程序运行中新创建/修改的对象引用（Write Barrier）。

3. 最终标记（Final Mark / Stop-the-world）
   再次暂停 JS 执行，处理增量阶段未完成的部分。

这部分也尽量精简，提高响应速度。

4. 清除阶段（Sweep）
   回收未被标记的对象，占用的内存归还堆空间。

V8在经过增量标记的改进后，垃圾回收的最大停顿时间可以减少到原本的1/6左右。V8后续还引入了延迟清理（lazy sweeping）与增量式整理（incremental compaction），让清理与整理动作也变成增量式的。同时还计划引入并行标记与并行清理，进一步利用多核性能降低每次停顿的时间。