前言

在 JavaScript 中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）是一个重要的概念，它确保内存得到有效管理，防止内存泄漏。尽管垃圾回收在现代编程语言中是一个相对复杂的话题，但了解其工作原理和机制对编程效率和性能优化非常有帮助。本文将深入浅出地探讨 JavaScript 垃圾回收的各个方面。

什么是垃圾回收？

垃圾回收是指自动释放不再使用的内存。程序在运行时会动态分配内存，但并不是所有被分配的内存都会一直被使用。垃圾回收器的任务就是识别那些不再被使用的内存，并将其释放回系统，以便其他进程可以使用。

JavaScript 的内存管理

JavaScript 的内存管理包括两个重要步骤：内存分配和内存回收。

1. 内存分配：当创建变量、对象或函数时，JavaScript 引擎会自动为这些数据分配内存。
2. 内存回收：当数据不再需要时，垃圾回收器会自动释放其占用的内存。

垃圾回收算法

JavaScript 使用了多种垃圾回收算法，最常见的包括标记-清除（Mark-and-Sweep）、引用计数（Reference Counting）和分代收集（Generational Collection）。

标记-清除算法

标记-清除是最基础的垃圾回收算法。它的工作原理如下：

1. 标记阶段：垃圾回收器会遍历所有的对象，从根对象（如全局对象）开始，将所有可达对象标记为活动的。
2. 清除阶段：对于那些没有被标记为活动的对象，垃圾回收器会将其内存释放。

优点

1. 可靠性：确保所有不再需要的对象都会被正确回收。
2. 简单性：实现相对简单，易于维护。

缺点

1. 暂停程序执行：在垃圾回收期间需要暂停程序执行（Stop-the-world），可能会影响性能。
2. 遍历整个对象图：需要遍历整个对象图，处理大对象图时效率较低。

引用计数算法

引用计数是一种较早的垃圾回收算法。它的工作原理如下：

1. 计数：每个对象维护一个引用计数器，用于记录有多少其他对象引用它。
2. 增加引用：当有一个新的引用指向该对象时，计数器加1。
3. 减少引用：当一个引用不再指向该对象时，计数器减1。
4. 释放内存：当计数器变为0时，该对象可以被回收，因为没有任何引用指向它。

优点

1. 即时回收：一旦对象的引用计数变为0，可以立即回收，不需要等待垃圾回收的周期。
2. 简单：实现相对简单，不需要复杂的标记和清除过程。

缺点

1. 循环引用问题：如果两个对象互相引用，即使它们没有其他引用指向它们，引用计数器永远不会变为0，从而导致内存泄漏。
2. 性能开销：每次引用增加或减少都需要更新计数器，会带来一定的性能开销。

分代收集

分代收集基于对象的生命周期假设：大多数对象是短命的，少数对象是长命的。它将堆内存划分为两代：新生代和老年代。

1. 新生代：存放生命周期短的对象。垃圾回收器会频繁地检查并清理新生代，因为新对象的创建和销毁非常频繁。
2. 老年代：存放生命周期长的对象。垃圾回收器对老年代的检查和清理频率较低，因为这些对象大多长期存在。

优点

1. 效率高：新生代对象的清理操作较为快速，整体垃圾回收效率高。
2. 减少暂停时间：新生代的清理操作时间较短，减少了程序暂停时间。

缺点

1. 复杂性：实现和维护较为复杂，需要有效区分和管理新生代和老年代对象。
2. 内存占用：需要更多的内存来维护新生代和老年代的分代结构。

垃圾回收的具体实现

在现代 JavaScript 引擎中，如 V8（Chrome 和 Node.js 使用的 JavaScript 引擎），垃圾回收实现了更多优化和复杂的机制。

V8 的垃圾回收机制

V8 使用了分代垃圾回收，结合了标记-清除、标记-压缩和增量标记（Incremental Marking）等技术。

1. 标记-清除：对新生代对象进行快速标记和清除。
2. 标记-压缩：对老年代对象进行标记和压缩，以减少内存碎片。
3. 增量标记：将垃圾回收过程拆分成多个小步骤，穿插在正常的程序执行过程中，减少程序暂停时间。

内存泄漏及其预防

尽管 JavaScript 垃圾回收机制强大，但内存泄漏仍然可能发生。常见的内存泄漏场景包括：

1. 意外的全局变量：未使用 var、let 或 const 声明的变量会被挂载到全局对象上，导致内存无法被回收。
2. 闭包：不正确使用闭包，导致未使用的变量一直被引用。
3. 事件监听器：未正确移除的事件监听器，导致 DOM 元素无法被回收。
4. 定时器：未清理的 setInterval 或 setTimeout 回调函数。

预防措施

1. 避免全局变量：始终使用 var、let 或 const 声明变量。
2. 正确使用闭包：确保闭包内引用的变量不再需要时，解除引用。
3. 移除事件监听器：及时移除不再需要的事件监听器。
4. 清理定时器：在适当的时候清理定时器。

垃圾回收的调优

对于大规模应用程序，理解和调优垃圾回收对性能优化至关重要。以下是一些调优策略：

1. 减少内存分配频率：尽量重用对象，减少新对象的创建频率。
2. 优化数据结构：选择合适的数据结构，避免内存浪费。
3. 监控内存使用：使用开发者工具（如 Chrome DevTools）监控内存使用情况，识别内存泄漏和热点区域。
4. 适当的垃圾回收策略：根据应用特点，选择适合的垃圾回收策略和配置参数。

总结

JavaScript 的垃圾回收机制是确保内存有效管理的关键，它通过多种算法和技术实现高效的内存回收。了解这些机制不仅有助于编写高性能的代码，还能有效预防和解决内存泄漏问题。希望本文能帮助你深入理解 JavaScript 垃圾回收的方方面面，为你的开发工作提供有力支持。

参考资料

• MDN Web Docs: Memory Management
• V8 JavaScript Engine
• Chrome DevTools

通过掌握这些知识，你将能够更好地控制和优化 JavaScript 应用的内存使用，提高程序的性能和稳定性。

原文：https://juejin.cn/post/7376934586213171209