Node.js中的垃圾回收機制是什么

這篇“Node.js中的垃圾回收機制是什么”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內容，內容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Node.js中的垃圾回收機制是什么”文章吧。

GC，Garbage Collection，垃圾回收。在編程中，一般指的是內存自動回收機制，會定時將不需要用到的數據進行清除。

Node.js 底層使用了 V8 引擎。V8 是 Google 開源的一款高性能 JavaScript 引擎，使用了 C++ 進行編寫。

Node.js 的內存主要分成三部分：

• 代碼空間：存放代碼段的地方；

• 棧：函數調用棧產生的臨時變量，為一些基本類型，比如數字、字符串、布爾值，以及對象引用（保存的是地址，不保存對象本身）。

• 堆：存放對象等數據。

堆內存

Node.js 底層使用的是 V8，下面講解一下 V8 的內存回收機制。

首先 JS 中所有的對象都會保存在堆內存中。在創建進程的時候，會分配一個初始大小的堆內存，然后我們的對象就會放到里面。

當對象越來越多，堆內存會不夠用，此時堆內存會動態地擴大。如果到達一個最大限制（現在通常是 4GB），就會堆內存溢出的錯誤，然后終止 Node.js 進程。

新生代與老生代

V8 首先將內存分成兩部分，或者說兩個生代（generation）：

• 新生代（yong generation）：保存一些存活時間較短的對象；

• 老生代（old generation）：保存存活時間長或者長駐的對象。

新生代很小，這里會存放一些存活時間很短的對象，通常它們會被頻繁地回收（比如函數的調用棧的一些臨時對象）。

新生代可通過 node --max-semi-space-size=SIZE index.js 修改新生代的大小，單位為 MB。

另外，老生代則通過 --max-old-space-size=SIZE 來設置

新生代的 Scavenge 算法

新生代使用了 Scavenge 算法，是一種基于 copy（復制）的算法。

新生代會分成兩個空間，這種空間稱為 semispace，它們為：

• From 空間：新聲明的對象會放入這里

• To 空間：用作搬移的空間

新聲明的對象會放入到 From 空間中，From 空間的對象緊密排布，通過指針，上一對象緊貼下一個對象，是內存連續的，不用擔心內存碎片的問題。

所謂內存碎片，指的是空間分配不均勻，產生大量小的連續空間，無法放入一個大對象。

當 From 空間快滿了，我們就會遍歷找出活躍對象，將它們 copy 到 To 空間。此時 From 空間其實就空了，然后我們將 From 和 To 互換身份。

如果一些對象被 copy 了多次，會被認為存活時間較長，將被移動到老生代中。

這種基于 copy 的算法，優點是可以很好地處理內存碎片的問題，缺點是會浪費一些空間作為搬移的空間位置，此外因為拷貝比較耗費時間，所以不適合分配太大的內存空間，更多是做一種輔助 GC。

Mark-Sweep 和 Mark-Compact

老生代的空間就比新生代要大得多了，放的是一些存活時間長的對象，用的是 Mark-Sweep （標記清除）算法。

首先是標記階段。從根集 Root Set（執行棧和全局對象）往上找到所有能訪問到的對象，給它們標記為活躍對象。

標記完后，就是清除階段，將沒有標記的對象清除，其實就是標記一下這個內存地址為空閑。

這種做法會導致 空閑內存空間碎片化，當我們創建了一個大的連續對象，就會找不到地方放下。這時候，就要用 Mark-Compact（標記整理）來將碎片的活躍對象做一個整合。

Mark-Compact 會將所有活躍對象拷貝移動到一端，然后邊界的另一邊就是一整塊的連續可用內存了。

考慮到 Mark-Sweep 和 Mark-Compact 花費的時間很長，且會阻塞 JavaScript 的線程，所以通常我們不會一次性做完，而是用 增量標記 （Incremental Marking）的方式。也就是做斷斷續續地標記，小步走，垃圾回收和應用邏輯交替進行。

另外，V8 還做了并行標記和并行清理，提高執行效率。

查看內存相關信息

我們可以通過 process.memoryUsage 方法拿到內存相關的一些信息。

process.memoryUsage();

輸出內容為：

{
  rss: 35454976,
  heapTotal: 7127040,
  heapUsed: 5287088,
  external: 958852,
  arrayBuffers: 11314
}

說明


• rss：常駐內存大小（resident set size），包括代碼片段、堆內存、棧等部分。

• heapTotal：V8 的堆內存總大小；

• heapUsed：占用的堆內存；

• external：V8 之外的的內存大小，指的是 C++ 對象占用的內存，比如 Buffer 數據。

• arrayBuffers：ArrayBuffer 和 SharedArrayBuffer 相關的內存大小，屬于 external 的一部分。

以上數字的單位都是字節。

測試最大內存限制

寫一個腳本，用一個定時器，讓一個數組不停地變大，并打印堆內存使用情況，直到內存溢出。

const format = function (bytes) {
  return (bytes / 1024 / 1024).toFixed(2) + " MB";
};

const printMemoryUsage = function () {
  const memoryUsage = process.memoryUsage();
  console.log(
    `heapTotal: ${format(memoryUsage.heapTotal)}, heapUsed: ${format(
      memoryUsage.heapUsed
    )}`
  );
};

const bigArray = [];
setInterval(function () {
  bigArray.push(new Array(20 * 1024 * 1024));
  printMemoryUsage();
}, 500);

需要特別注意的是，不要用 Buffer 做測試。

因為 Buffer 是 Node.js 特有的處理二進制的對象，它不是在 V8 中的實現的，是 Node.js 用 C++ 另外實現的，不通過 V8 分配內存，屬于堆外內存。

我使用電腦是 macbook pro M1 Pro，Node.js 版本為 v16.17.0，使用的 V8 版本是 9.4.146.26-node.22（通過 process.versions.v8 得到）。

輸出結果為（省略了一些多余的信息）：

heapTotal: 164.81 MB, heapUsed: 163.93 MB
heapTotal: 325.83 MB, heapUsed: 323.79 MB
heapTotal: 488.59 MB, heapUsed: 483.84 MB
...
heapTotal: 4036.44 MB, heapUsed: 4003.37 MB
heapTotal: 4196.45 MB, heapUsed: 4163.29 MB

<--- Last few GCs --->

[28033:0x140008000]    17968 ms: Mark-sweep 4003.2 (4036.4) -> 4003.1 (4036.4) MB, 2233.8 / 0.0 ms  (average mu = 0.565, current mu = 0.310) allocation failure scavenge might not succeed
[28033:0x140008000]    19815 ms: Mark-sweep 4163.3 (4196.5) -> 4163.1 (4196.5) MB, 1780.3 / 0.0 ms  (average mu = 0.413, current mu = 0.036) allocation failure scavenge might not succeed


<--- JS stacktrace --->

FATAL ERROR: Reached heap limit Allocation failed - JavaScript heap out of memory
...

可以看到，是在 4000 MB 之后超出了內存上限，發生堆溢出，然后退出了進程。說明在我的機器上，默認的最大內存為 4G。


實際最大內存和它運行所在的機器有關，如果你的機器的內存大小為 2G，最大內存將設置為 1.5G。

以上就是關于“Node.js中的垃圾回收機制是什么”這篇文章的內容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內容，請關注億速云行業資訊頻道。