nodejs中的垃圾回收

前言

　　由于 ndoejs 是基于 v8 引擎的，而且对于内存的使用也是 v8 申请和分配的。所以这里的垃圾回收实际就是 v8 下的垃圾回收机制。

V8的内存限制

　　在默认情况下，nodejs 只能使用物理内存的部分内存，具体大小为 1.4G(64位系统) 和 0.7G(32位系统)，无法操作大文件（比如一个2G大小的文件），使用内存超过限制就会进程退出。

• 原因

• v8 最初是为浏览器而设计的，很少会遇到使用大内存的场景，而 nodejs 恰恰就是基于 v8 构建的，所以 nodejs 也受到了此限制；
• 垃圾回收时会引起应用逻辑暂停执行，垃圾越多，暂停的时间越长，而整体应用的等待时间就越长，这样直接影响应用的体验，所以直接限制堆内存的使用。

• 解除限制

　　　　node在启动时可以添加 --max-old-space-size 或 --max-new-space-size 来调整限制的大小，如：

　　　　　　node --max-old-space-size=2000 index.js // 单位为MB

　　　　　　node --max-new-space-size=500 index.js // 单位为MB

　　　　当然，就算显示设定内存的限制，node 一旦启动，内存限制是无法动态改变的。

V8的垃圾回收算法

　　v8的垃圾回收策略主要基于分代式的垃圾回收机制。将对象在内存中的存活时间进行分代，然后再在不同的分代中进行不同的回收算法。

• v8的内存分代

　　　　在v8中，主要将内存分为新生代和老生代两代，所以v8的堆内存大小为 新生代内存占用的大小加上老生代内存占用的大小。

　　　　新生代：主要为存活时间较短的对象；

　　　　老生代：主要为存活时间较长或常驻内存的对象。

　　　　

 　　　　--max-old-space-size 就是设置老生代的内存大小，--max-new-space-size 就是设置新生代的内存大小。

　　　　但是在 node 执行过程中，如果内存的分配超过限制值，就会造成进程错误。

• 新生代回收算法

 　　　　在新生代中，垃圾回收算法采用的是 Scavenge 的具体实现的 Cheney 算法。

　　　　Cheney 算法将堆内存一分为二，分别为 From 和 To；

　　　　

　　　　在进行内存分配时，是在 From 中进行分配的；

　　　　而在垃圾回收时，会检查 From 中的存活对象，并将这些存活对象复制到 To 中；

　　　　然后再将非存活对象进行释放；

　　　　在下一轮回收时，将 To 中的存活对象复制到 From 中，而此时，To 就变成了 From，From 变成了 To。

　　　　每次垃圾回收，From 和 To 会互换。

　　　　这个算法在复制时只复制了存活对象，所以在垃圾回收时较快，但是只利用了堆内存的一半，这是典型的空间换时间算法。由于在新生代中，对象的存活时间较短，所占用的内存空间也较少，所以就非常适合这个算法。

• • 晋升

 　　　　　　在复制的过程中，如果一个对象经过多次复制并依然存活，那么它会被当成生命周期较长的对象，并把它移动到老生代中，这种从新生代移动到老生代中的过程就叫晋升。

　　　　　　晋升一般需要满足两个条件：

　　　　　　　　1：一个对象是否已经经历过回收了，如果经历过了就复制到老生代中，没有就复制到 To 中；

　　　　　　　　2：判断 To 空间的已使用内存的占比，如果在复制过程中，To 空间的已使用内存占比超过了 25%，就将此对象复制到老生代中。

　　　　　　　　　　25% 是因为，当 To 转换为 From 时，内存分配需要在 From 中分配，而如果占比过高，那么就会影响后续的内存分配。

• 老生代回收算法

　　　　老生代中使用的是其他回收算法，如果在老生代中继续使用 Scavenge ，那么复制的效率会很低，因为在老生代中的对象是存活时间较长的，存活的对象也较多，其次就是会浪费一半的内存空间。

　　　　所以在老生代中是使用 Mark-Sweep 和 Mark-Compact 两种算法相结合的方式。

• • Mark-Sweep

　　　　　　Mark-Sweep 是标记清除的意思，回收分两个阶段：标记和清除，在标记的时候遍历内存中的所有存活对象，然后清除没有标记的对象。因为在老生代中，对象存活时间较长，说明存活对象较多，非存活对象较少，所以使用 Mark-Sweep 就非常高效。

　　　　　　

 　　　　　　黑色部分代表非存活对象。

　　　　　　Mark-Sweep 的缺点是清除掉非存活对象后，内存状态不是连续的，而此时如果需要分配一个大对象，所有的内存碎片都无法满足，这样就会提前触发回收。

　　　　　　

• • Mark-Compact　　　

　　　　　　Mark-Compact 就是解决 Mark-Sweep 回收后的问题的，意为标记整理。使用 Mark-Sweep 回收后，再使用 Mark-Compact 将所有存活对象往一端移动，再清理掉边界外的内存。

　　　　　　

　　　　在 v8 中，老生代中主要还是用 Mark-Sweep ，在内存不足以分配时才使用 Mark-Compact。

• • 增量回收

　　　　　　由于垃圾回收时会造成应用逻辑停顿（暂停执行），而在老生代空间中一般存活对象较多，需要标记大量对象，造成停顿较长，影响应用。所以在标记时进行增量标记。

　　　　　　将一次性需要标记的对象分多次进行，标记一些，再让应用执行，然后再暂停标记一些，再让应用执行.....，循环交替，达到改善的目的。

　　　　　　同样在清理与整理时也有增量操作。

常见内存泄露

　　一般造成内存泄露的原因主要是：缓存、作用域未释放、队列消费不及时。

• 缓存

　　　　一般缓存造成的泄露主要就是把内存当缓存使用，一旦把内存当缓存使用，那么这块内存中的对象就会常驻在老生代中，随着缓存增大，超过老生代的空间，进而造成泄露。

　　　　限制缓存大小，使用其他缓存（redis）代替都能有效解决。

• 作用域未释放

　　　　比较经典的案例就是在导入的模块，而模块内的某一方法为其私有变量添加了内存占用。如下：

var leakArray = [];  

exports.leak = function () { 

  leakArray.push("leak" + Math.random()); 

};

　　　　每执行一次 leak ，其 leakArray 就会添加一次内存占用。这是因为导入模块，会将模块缓存起来，而缓存的模块是常驻在内存中的，直到进程退出。　　　　

• 队列消费不及时

　　　　如收集日志，将日志存到数据库中，通常日志非常多，而写入数据库的效率又比较慢，而此时就会有很多的数据库写入操作，而正因为这些操作的堆积，操作的作用域也没被释放，最终造成泄露。