对于开发者来说，JavaScript 的内存管理是自动的、无形的。我们创建的原始值、对象、函数……这一切都会占用内存。
当我们不再需要某个东西时会发生什么？JavaScript 引擎如何发现它并清理它？

可达性（Reachability）

JavaScript 中主要的内存管理概念是 可达性。
简而言之，“可达”值是那些以某种方式可访问或可用的值。它们一定是存储在内存中的。

  1. 这里列出固有的可达值的基本集合，这些值明显不能被释放。比方说：这些值被称作 根（roots）。
    • 当前函数的局部变量和参数。
    • 嵌套调用时，当前调用链上所有函数的变量与参数。
    • 全局变量。
    • （还有一些内部的）
  2. 如果一个值可以通过引用或引用链从根访问任何其他值，则认为该值是可达的。比方说，如果全局变量中有一个对象，并且该对象有一个属性引用了另一个对象，则 该 对象被认为是可达的。而且它引用的内容也是可达的。下面是详细的例子。

在 JavaScript 引擎中有一个被称作 垃圾回收器) 的东西在后台执行。它监控着所有对象的状态，并删除掉那些已经不可达的。

一个简单的例子

这里是一个最简单的例子：

  1. user = null;

memory-user-john.svg
这里的箭头描述了一个对象引用。
全局变量 “user” 引用了对象 {name：”John”}（为简洁起见，我们称它为 John）。John 的 “name” 属性存储一个原始值，所以它被写在对象内部。
如果 user 的值被重写了，这个引用就没了：

  1. user = null;

memory-user-john-lost.svg
现在 John 变成不可达的了。因为没有引用了，就不能访问到它了。垃圾回收器会认为它是垃圾数据并进行回收，然后释放内存。

两个引用

现在让我们想象下，我们把 user 的引用复制给 admin：

  1. // user 具有对这个对象的引用
  2. let user = {
  3.   name: "John"
  4. };
  6. let admin = user;

memory-user-john-admin.svg
现在如果执行刚刚的那个操作：

  1. user = null;

……然后对象仍然可以被通过 admin 这个全局变量访问到，所以对象还在内存中。如果我们又重写了 admin，对象就会被删除。

相互关联的对象

更复杂的例子：

  1. function marry(man, woman) {
  2.   woman.husband = man;
  3.   man.wife = woman;
  5.   return {
  6.     father: man,
  7.     mother: woman
  8.   }
  9. }
  11. let family = marry({
  12.   name: "John"
  13. }, {
  14.   name: "Ann"
  15. });

marry 函数通过让两个对象相互引用使它们“结婚”了，并返回了一个包含这两个对象的新对象。
family.svg
到目前为止，所有对象都是可达的。
现在让我们移除两个引用：

  1. delete family.father;
  2. delete family.mother.husband;

family-delete-refs.svg
现在没有对 John 的引用了：
family-no-father.svg
John 现在是不可达的，并且将被从内存中删除，同时 John 的所有数据也将变得不可达。
经过垃圾回收：
family-no-father-2.svg

无法到达的岛屿

几个对象相互引用，但外部没有对其任意对象的引用，这些对象也可能是不可达的，并被从内存中删除。
源对象与上面相同。然后：

  1. family = null;

内存内部状态将变成：
family-no-family.svg
John 和 Ann 仍然连着，都有传入的引用。但是，这样还不够。
“family” 对象已经不再与根相连，没有了外部对其的引用，所以它变成了一座“孤岛”，并且将被从内存中删除。

内部算法

垃圾回收的基本算法被称为 “mark-and-sweep”。
定期执行以下“垃圾回收”步骤：

  • 垃圾收集器找到所有的根，并“标记”（记住）它们。
  • 然后它遍历并“标记”来自它们的所有引用。
  • 然后它遍历标记的对象并标记 它们的 引用。所有被遍历到的对象都会被记住，以免将来再次遍历到同一个对象。
  • ……如此操作，直到所有可达的（从根部）引用都被访问到。
  • 没有被标记的对象都会被删除。

例如，使我们的对象有如下的结构：
garbage-collection-1.svg
我们可以清楚地看到右侧有一个“无法到达的岛屿”。现在我们来看看“标记和清除”垃圾收集器如何处理它。
第一步标记所有的根：
garbage-collection-2.svg
然后它们的引用被标记了：
garbage-collection-3.svg
……如果还有引用的话，继续标记：
garbage-collection-4.svg

现在，无法通过这个过程访问到的对象被认为是不可达的，并且会被删除。
garbage-collection-5.svg
我们还可以将这个过程想象成从根溢出一个巨大的油漆桶，它流经所有引用并标记所有可到达的对象。然后移除未标记的。
这是垃圾收集工作的概念。JavaScript 引擎做了许多优化，使垃圾回收运行速度更快，并且不影响正常代码运行。
一些优化建议：

  • 分代收集（Generational collection）—— 对象被分成两组：“新的”和“旧的”。许多对象出现，完成它们的工作并很快死去，它们可以很快被清理。那些长期存活的对象会变得“老旧”，而且被检查的频次也会减少。
  • 增量收集（Incremental collection）—— 如果有许多对象，并且我们试图一次遍历并标记整个对象集，则可能需要一些时间，并在执行过程中带来明显的延迟。所以引擎试图将垃圾收集工作分成几部分来做。然后将这几部分会逐一进行处理。这需要它们之间有额外的标记来追踪变化，但是这样会有许多微小的延迟而不是一个大的延迟。

  • 闲时收集（Idle-time collection）—— 垃圾收集器只会在 CPU 空闲时尝试运行，以减少可能对代码执行的影响。

    总结

    主要需要掌握的内容：

  • 垃圾回收是自动完成的，我们不能强制执行或是阻止执行。

  • 当对象是可达状态时，它一定是存在于内存中的。
  • 被引用与可访问（从一个根）不同：一组相互连接的对象可能整体都不可达。

现代引擎实现了垃圾回收的高级算法。
《The Garbage Collection Handbook: The Art of Automatic Memory Management》（R. Jones 等人著）这本书涵盖了其中一些内容。
如果你熟悉底层（low-level）编程，关于 V8 引擎垃圾回收器的更详细信息请参阅文章 V8 之旅：垃圾回收。
V8 博客 还不时发布关于内存管理变化的文章。当然，为了学习垃圾收集，你最好通过学习 V8 引擎内部知识来进行准备，并阅读一个名为 Vyacheslav Egorov 的 V8 引擎工程师的博客。我之所以说 “V8”，因为网上关于它的文章最丰富的。对于其他引擎，许多方法是相似的，但在垃圾收集上许多方面有所不同。
当你需要底层的优化时，对引擎有深入了解将很有帮助。在熟悉了这门编程语言之后，把熟悉引擎作为下一步计划是明智之选。