垃圾收集器

原文链接：http://javascript.info/garbage-collection，translate with ❤️ by zhangbao.

内存管理在 JavaScript 中是自动执行的，对我们是不可见的。我们创建的原始类型值，对象，函数……所有都是要占据内存的。

但是当这些值都不再需要的话，会怎么处理？JavaScript 引擎怎么发现并且清除它们呢？

可达性

在 JavaScript 的内存管理中中有一个主要概念，称为可达性。

简言之，“可达的”值是那些可以访问或使用的值。它们被保证存储在内存中。

1. 有一些天生可达的值，由于显而易见的原因，不能删除它们。

例如：

• 当前函数里的局部变量和参数。

• 当前嵌套调用链上的其他函数的变量和参数。

• 全局变量。

• （也有一些内部的）

这些值称为根值。

1. 任何其他值都可以被认为是可到达的，如果它是被根值通过引用或引用链到达的。

例如，如果在局部变量中有一个对象，并且该对象的一个属性引用了另一个对象，那么该对象就被认为是可到达的。它所引用的也可以到达，详细的示例见下：

JavaScript 引擎中有一个称为垃圾收集器的后台进程，它监视所有对象，并删除那些已无法访问的对象。

简单的例子

这里举了一个最简单的例子：

// 变量 user 引用了一个对象 
let user = {
  name: "John"
};

这里的箭头用来描述对象的引用。全局变量 “user” 引用了对象 {name: “john”}（为了简洁，我们称之为 John）。John 的 name 属性存储了一个原始类型值，所以它被画在了对象里。

如果 user 的值被重写了，引用就会丢失：

user = null;

现在 John 变为不可访问的了，没有法访问它，因为没有任何引用指向它。垃圾收集器会丢弃数据并且释放内存。

两个引用

现在我们假设使用两个引用 user 和 admin 来指向同一个对象。

// user 是指向对象的饮用
let user = {
  name: "John"
};
// admin 也是
let admin = user;

现在，我们做了同样的事：

user = null;

因为对象依然可以通过全局变量 admin 访问到，所以它还在内存。如果我们也重写了 admin，对象就会被删除了。

相互关联的对象

现在举一个更加复杂的例子，family：

function marry(man, woman) {
  woman.husband = man;
  man.wife = woman;
  return {
    father: man,
    mother: woman
  }
}
let family = marry({
  name: "John"
}, {
  name: "Ann"
});

函数 marry“结合”了0两个对象，让它们相互引用，并返回一个包含它们的新对象。

执行后，内存结果如下：

现在为止，所有对象都是可访问的。

现在我们删除两个引用：

delete family.father;
delete family.mother.husband;

如果我们只删除这两者之中的一个是不够的，所有的对象依旧是可访问的。

但是如果我们删除了这两个引用，就发现已经没有引用指向 John 了：

输出的引用并不重要。只有连入的引用才让对象可访问。因此，现在 John 是不可访问的了，
就会从内存中连带它的数据删除掉，变为不可访问的了。

在垃圾收集器清理之后：

不可访问的孤岛

一个在内部有相互关联的大对象，有可能是不能访问的，也会从内存中删除。

就拿上面的那个源对象来说：

family = null;

现在内存分布图是这样的了：

这个例子说明了掌握可访问性这个概念是多么的重要。

显而易见，John 和 Ann 还是彼此关联的，两者都包含连入的引用，但并不足够。

前者 “family” 对象没有再被根值关联，即没有任何引用指向它，所以整个对象变成了孤岛，变得不可访问，并会从内存中删除。

内部算法

基本的垃圾收集算法称为“标记清除”。

下面的“垃圾收集”步骤经常执行：

• 垃圾收集器找到根值并且“标记”（记住）它们。

• 然后开始访问和“标记”它们指向的引用。

• ……然后访问标记对象，标记这些对象指向的引用。所有的访问对象都会被记忆，因此，在未来不会发生同一件对象访问两次的结果。

• 所有没有被标记的对象都会被删除。

例如，我们的对象结构看起来是这样的：

我们可以很清楚地看见右边“不可访问的孤岛”。现在我们来看“标记清除”的垃圾收集算法是怎么工作的。

第一步标记根值：

然后它们的引用也会被标记：

然后是引用的引用……如果可能的话：

现在在这个过程中，不能被访问的对象被认为是不可访问的，就会被删除：

这就是垃圾收集器的工作原理。

JavaScript 引擎会做很多优化，保证更快运行，不影响代码上的执行。

下面是一些优化方式：

• 分代收集：对象被分成两个集合：“新值”和“旧值”。很多对象出现后，完成工作后就立即销毁了，它们可以被很好地清理。存在的时间稍微久的，就变成“旧值”了，检查的次数也少。

• 增量收集：如果有很多对象，我们尝试一次遍历并标记整个对象，可能需要一些时间，并在执行过程中引入可见的延迟。因此，引擎试图将垃圾收集分解成碎片。然后，这些碎片分别被一个接一个地执行。这就需要在它们之间进行一些额外的簿记工作，以跟踪变化，但是我们有许多微小的延迟，而不是一个大的延迟。

• 空闲时间收集：垃圾收集器试图在 CPU 空闲时运行，以减少对执行的可能影响。

垃圾收集算法还有其他的优化和味道。尽管我想在这里描述它们，但我必须推迟，因为不同的引擎会实现不同的调整和技术。更重要的是，随着引擎的发展，事情会发生变化，因此，在没有真正需要的情况下，“提前”进行更深入的研究可能是不值得的。当然，除非这是一个纯粹的兴趣问题，否则下面会有一些链接。

总结

要知道的主要事情是：

• 垃圾收集是自动执行的，我们不能强迫或阻止它。

• 对象在可访问的时候被保留在内存中。

• 被引用与可访问的（来自根值）是不一样的：一组相互关联的对象可以成为不可访问的整体。

现代引擎实现了垃圾收集的高级算法。

一本名为《The Garbage Collection Handbook: The Art of Automatic Memory Management》（R. Jones 等著）的书涵盖了其中的一些内容。

如果您熟悉底层编程，那么关于 V8 垃圾收集器的更详细的信息在文章《A tour of V8: Garbage Collection》可看到。

V8 博客也会不时地发布关于内存管理变化的文章。很自然地，为了学习垃圾收集，您最好通过了解V8的内部原理，并阅读 Vyacheslav Egorov 的博客，他是 V8 的工程师之一。我说的是：“V8”，因为它最好覆盖在互联网上的文章。对于其他引擎，许多方法是相似的，但是垃圾收集在许多方面有所不同。

当您需要低层次的优化时，对引擎的深入了解是好的。明智的做法是，在你熟悉这门语言之后，把它作为下一步计划。

（完）