JavaScript 内存管理及垃圾回收

一、内存管理

JavaScript 是一种自动垃圾回收语言，这意味着 JavaScript 引擎会自动监测和清理无用的内存。

JavaScript 中的内存管理主要由 JavaScript 引擎负责，开发人员不需要手动管理内存。JavaScript 引擎使用垃圾回收算法来实现自动垃圾回收。

二、垃圾回收

JavaScript 垃圾回收算法是指在 JavaScript 程序中，用来回收不再使用的内存的算法。常见的垃圾回收算法包括：

• 标记-清除算法：标记出所有不再使用的对象，然后清除它们。
• 引用计数算法：维护每个对象的引用计数，当计数为0时回收对象。
• 标记-整理算法：标记出所有不再使用的对象，然后将所有存活的对象整理到一起，回收其他对象。
• 增量标记-整理算法：将垃圾回收过程分成多个小步骤执行，并且可以处理循环引用问题。

现代 JavaScript 引擎通常采用增量标记-整理算法或其他类似算法来实现垃圾回收。

1、标记-清除算法

标记-清除算法是通过标记未使用的内存块，然后清除这些标记的内存块来实现垃圾回收的。

标记-清除算法的工作流程如下：

1. 从根节点开始，遍历所有可达的对象，将其标记为“可用”。
2. 扫描内存中所有对象，将未被标记的对象标记为“不可用”。
3. 清除所有不可用对象占用的内存。

标记-清除算法的优缺点

• 标记-清除算法简单易实现。
• 标记-清除算法可以回收任意类型的对象。

• 标记-清除算法会产生碎片化的内存，这可能导致空间浪费。
• 标记-清除算法会产生暂停，这可能导致程序卡顿。

现在，由于标记-清除算法会产生碎片化的内存和暂停，所以现代的 JavaScript 引擎主要使用增量标记-整理算法来实现垃圾回收。增量标记-整理算法将垃圾回收过程分成多个小步骤执行，避免了长时间的暂停。

标记-清除算法是一种简单易实现的垃圾回收算法，但是会产生碎片化的内存和暂停，因此现在不再常用。

2、引用计数算法

引用计数算法是通过跟踪每个对象的引用次数来确定对象是否被使用，如果一个对象的引用次数为0，则该对象被视为垃圾并被回收。

引用计数算法的工作流程如下：

1. 每当一个对象被引用时，将其引用计数增加1。
2. 每当一个对象的引用被删除时，将其引用计数减少1。
3. 当一个对象的引用计数为0时，该对象被视为垃圾并被回收。

引用计数算法的优缺点

• 引用计数算法可以实时回收垃圾。
• 引用计数算法可以较快地回收循环引用的对象。

• 引用计数算法无法处理循环引用问题。如果两个对象相互引用，而没有其他变量引用它们，则它们的引用计数都为1，而它们都不能被回收。
• 引用计数算法会增加程序的运行时间和空间开销。

引用计数算法在处理循环引用问题上会有困难。而且引用计数算法会增加程序的运行时间和空间开销。因此现代的 JavaScript 引擎不再使用引用计数算法来实现垃圾回收。

引用计数算法的实现方式可以是各种各样的, 例如：

• 对于每一个对象都维护一个计数器，在有新的引用时将计数器加一，在引用结束时将计数器减一。
• 对于每一个对象维护一个引用链表，在有新的引用时将引用的对象加入链表中，在引用结束时将引用的对象移除链表。

虽然现在的 JavaScript 引擎不再使用引用计数算法来实现垃圾回收，但是对于引用计数算法的理解对于理解其他算法有很大帮助。

3、标记-整理算法

标记-整理算法是一种垃圾回收算法，它首先标记出所有不再使用的对象，然后将所有存活的对象整理到一起，回收其他对象。

标记-整理算法的工作流程如下：

1. 标记：从根节点开始，遍历所有可达的对象，将其标记为“存活”。
2. 整理：将所有存活的对象移动到一起，以便进行回收。
3. 回收：回收所有未被标记的对象占用的内存。

标记-整理算法的优缺点

• 可以有效地处理循环引用问题。
• 可以减少内存碎片化。

• 整理过程会影响性能。
• 需要额外的空间来存储活动对象和空闲对象。

标记-整理算法在处理循环引用问题上会有优势，减少内存碎片化，但是会影响性能,需要额外的空间来存储活动对象和空闲对象。

标记-整理算法是一种较为新的垃圾回收算法，相对于标记-清除算法和引用计数算法而言，它可以更好地解决循环引用问题。

在使用标记-整理算法进行垃圾回收时，系统会标记出所有仍然在使用的对象,然后将这些对象移动到一起,这样就可以避免内存碎片化，并且可以减少循环引用问题的影响。

但是,标记-整理算法也有缺点，整理过程会影响性能，需要额外的空间来存储活动对象和空闲对象。另外,在 JavaScript 引擎中，这种算法也没有得到广泛采用,大多数 JavaScript 引擎使用的是增量标记-整理算法或其他类似算法。

4、增量标记-整理算法

现代的 JavaScript 引擎主要使用增量标记-整理算法来实现垃圾回收，这种算法在运行时将垃圾回收过程分成多个小步骤来执行，避免了长时间的暂停。

增量标记-整理算法的工作流程如下：

1. 标记：从根节点开始，遍历所有可达的对象，将其标记为“存活”。
2. 整理：将所有未被标记的对象移动到一起，以便进行回收。
3. 回收：回收所有未被标记的对象占用的内存。

增量标记-整理算法通过将垃圾回收过程分成多个小步骤执行，来避免了长时间的暂停。这样可以在不影响用户体验的情况下进行垃圾回收。

增量标记-整理算法的优缺点

• 避免了长时间的暂停，提高了程序的响应性。
• 增量标记-整理算法可以有效地处理循环引用问题。

• 由于增量标记-整理算法是一种标记-整理算法，所以会产生碎片化的内存，这可能降低内存利用率。
• 增量标记-整理算法的实现需要额外的空间来存储活动对象和空闲对象。

增量标记-整理算法是基于标记-清除算法和标记-整理算法的结合体。它首先使用标记-清除算法找出所有存活的对象，然后使用标记-整理算法将这些对象移动到一起，以便进行回收。

三、优化措施

JavaScript 中针对垃圾回收的优化措施有很多，主要有如下几种：

1. 避免循环引用：循环引用是 JavaScript 垃圾回收中常见的问题，为了避免这种问题，开发人员应该尽量避免在不同对象之间建立循环引用关系。

2. 尽早释放不再使用的对象：尽早释放不再使用的对象可以减少垃圾回收的工作量，进而提高性能。例如，在不再使用的时候将变量赋值为 null 或 undefined，可以帮助 JavaScript 引擎更快地找到垃圾。

3. 避免使用全局变量：全局变量会一直存在，如果不需要使用，就应该尽早释放。

4. 避免使用长作用域链：长作用域链会导致 JavaScript 引擎花费更多的时间来跟踪对象的存活状态，因此应该尽量避免使用长作用域链。

5. 使用 WeakMap 和 WeakSet：WeakMap 和 WeakSet 可以帮助我们维护对象之间的弱引用关系，可以减少循环引。

6. 使用 requestIdleCallback：requestIdleCallback 允许我们在浏览器空闲时执行一些任务，可以帮助我们在不影响用户体验的情况下进行垃圾回收。

需要注意的是，JavaScript 中的垃圾回收并不能保证程序一定不会出现内存泄漏的情况，例如循环引用，开发人员需要知道这种情况并采取对应的处理措施。

应对循环引用问题的处理措施？

JavaScript 中的循环引用是指两个或多个对象之间相互引用的情况。这种情况下，这些对象就不能被垃圾回收机制正常回收，会导致内存泄漏。

解决循环引用问题主要有以下几种方法：

1. 使用 WeakMap 和 WeakSet：WeakMap 和 WeakSet 可以帮助我们维护对象之间的弱引用关系，可以减少循环引用问题。

2. 使用计数器：对于某些情况，通过维护对象之间的引用计数可以帮助我们解决循环引用问题。

3. 使用双向链表：双向链表可以帮助我们解决循环引用问题，可以支持对象之间相互引用，但是需要手动维护对象之间的关系。

4. 避免循环引用：是最简单而有效的解决办法，开发人员应该尽量避免在不同对象之间建立循环引用关系。

5. 使用第三方库：使用第三方库也可以帮助我们解决循环引用问题，如 cycle.js

6. 使用设置空值的方法：在不再使用某个对象时，将其设置为空值可以消除对该对象的引用。

7. 使用闭包：闭包可以在函数执行结束后销毁其所引用的对象。

8. 使用 IIFE：IIFE（立即执行函数表达式）可以在函数执行结束后立即销毁其所引用的对象。

9. 使用 WeakRef：WeakRef是一种弱引用对象，它不会影响到对象的存活状态，可以使用它来消除循环引用。

需要注意的是， 在使用这些方法解决循环引用问题时， 还需要考虑到代码复杂度和可维护性， 在使用时应该慎重考虑。

JavaScript 中没有强制垃圾回收的方法，也没有手动释放内存的方法， JavaScript 引擎会根据需要自动进行垃圾回收。

在 JavaScript 中，当一个对象不再被任何变量引用时，它就会被视为垃圾并被回收。需要注意的是，JavaScript 中的垃圾回收仅针对不再使用的内存，而不是不再使用的变量。例如，如果一个变量存储的是对象的引用，则该对象可能不再被其他变量引用，但仍然可能被使用。

总之，JavaScript 中的内存管理主要由 JavaScript 引擎负责，开发人员不需要手动管理内存。JavaScript 中的垃圾回收是自动进行的，开发人员只需要了解垃圾回收机制并采取优化措施，就可以帮助程序更好的管理内存。