上一篇文章中，我整理介绍了V8的新生代堆内存的垃圾回收策略，这里再简单概述下：V8将堆内存主要划分为新生代和老生代两块区域，新生代使用Scavenge算法，此算法将新生代内存等分为两个semi-space空间，其中只有一个semi-space空间为使用状态，称为From空间，另一块为闲置状态，称为To区；进行垃圾回收时，检查From空间的存活对象，并将存活对象复制进To空间，然后释放非存活对象所占的内存，最后From区和To区进行角色互换，这样便完成了一次新生代的垃圾回收。
接下来介绍老生代的垃圾回收策略。
老生代垃圾回收策略
新生代的Scavenge算法有个很明显的缺点：空间利用率很低，只有50%的空间处于使用状态。但由于新生代存放的是存活时间较短的对象，存活对象占比较小，所以这种算法时间效率上很高。但是老生代中的对象存活时间较长，存活对象数量占比较大，且老生代空间比较大，这时候如果再用Scavenge算法，浪费的空间将会很大，而且复制这么多对象效率将会很低。所以老生代摒弃了Scavenge，选择了Mark-Sweep和Mark-Compact算法：
Mark-Sweep（标记清除）
mark-sweep算法分为两个步骤：标记和清除。此算法不会将内存分为两块，所以不存在内存空间浪费的问题。
1. 标记阶段
mark-sweep遍历堆内存中所有的对象，并对存活对象进行标记。V8 使用每个对象的两个标记位和一个标记工作表来实现标记。两个标记位编码三种颜色：白色（00），灰色（10）和黑色（11）。最初所有的对象都是白色的，然后从根可达的对象会被染色为灰色，并推入到标记工作表中。当收集器从标记工作表中弹出对象并访问他的所有字段时，灰色就会变成黑色。这种方案被称做三色标记法。当没有灰色对象时，标记结束。所有剩余的白色对象无法达到，可以被完全的回收。下面是维基百科上对三色标记法的一个gif演示（其中白、灰、黑对象分别对应图中的浅灰色、黄色、蓝色）：
2. 清除阶段
清除阶段只清除没有被标记过的对象（即非存活对象）。可以用下图表示两个阶段：
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对存活对象进行标记
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对非存活对象进行清除
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可以看到，Mark-Sweep算法只针对非存活对象进行清除操作，由于老生代中非存活对象数量占比较小，这种算法的效率就很高。
但是Mark-Sweep有一个问题：每次进行对象清除之后，会有空间使用不连续的问题（如上图中浅色部分），这会很大程度上造成内存空间浪费的问题，若之后从新生代晋升上来了一个较大的对象，而此时所有的闲置空间都放不下这个对象，这时候就会提前触发一次垃圾回收，而这次垃圾回收其实是不必要的。
Mark-Compact（标记整理）
为了解决Mark-Sweep的内存碎片问题，Mark-Compact被提了出来，它由Mark-Sweep改进而来，与Mark-Sweep的区别是，在标记阶段之后，由原来的清除阶段变成紧缩阶段：首先遍历堆内存中所有对象并对存活对象进行标记，然后把所有的存活对象往堆内存的一端进行移动，移动完成之后释放掉存活对象边界外的内存区，可以用下列示意图进行说明：
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标记存活对象
14.jpg -
存活对象往内存的一端移动：
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3.清理边界：
Mark-Compack算法涉及到很多对象的移动，所以时间效率比较低下，但是能保证不会出现空间碎片的问题。
Mark-Sweep & Mark-Compact结合
由于Mark-Sweep存在内存空间碎片的问题，而Mark-Compact存在对象的移动带来的效率不高的问题，所以V8并不是只使用其中一种方式进行老生代的垃圾回收的，而是通过两者相结合的方式进行垃圾回收，由于Mark-Sweep速度快，所以V8以Mark-Sweep为主，在老生代空间不足以存放更多从新生代晋升过来的对象时，会采用Mark-Compact进行空间的整理。
下面是对Scavenge、Mark-Sweep和Mark-Compact的简单对比：
垃圾回收带来的性能问题
我们可以看到V8在处理垃圾回收的时候考虑的已经很周到了，对不同的情况使用了不同的回收策略，这样带来了非常可观的效率提升。但是如果仅限如此，还是会有一些让人不舒服的情况出现：无论Scavenge还是Mark-Sweep或Mark-Compact，在进行回收的时候应用进程都必须被迫暂停下来，等待垃圾回收执行完成之后才能继续执行，这种行为被称为“全停顿”（stop-the-world）。由于新生代的配置比较小，所以新生代中进行一次垃圾回收的时间开销并不大，一般开销在50毫秒以上；但是老生代配置比较大，进行一次全堆垃圾回收的标记、清除、整理等操作，时间开销就比较大了，若V8不对堆内存大小进行限制，老生代的垃圾回收处理将更为复杂，时间开销甚至要1秒以上！这种规模的时间花销会导致应用的流畅度、响应能力等直线下降，这是在市场竞争激烈的今天所绝对不能忍受的产品缺陷。这也解释了上一篇文章中所说的，为什么V8要限制内存的使用上限了，这是最快最直接的避免性能低下的方式。
Incremental Marking（增量标记）
全堆垃圾回收带来的性能问题是很严重的，为了尽可能减小这种问题，V8引入了“增量标记”操作，在原来需要一步到位的标记阶段，分成许多的步进，每做完一个步进，就让JS程序执行一会儿，这样标记和应用程序交替执行，直至标记阶段结束。
一次非增量标记的垃圾回收，主线程的执行情况大致是下图所示的：
引入增量标记之后，主线程的执行情况如下所示：
该方式可以明显地减少一次性停顿的时间（最大可以减少为非增量式的1/6左右），极大地提高了应用的响应速度。与普通的标记一样，增量标记也使用黑白灰的三色标记法。
Lazy Sweeping（惰性清理）
当增量标记完成后，惰性清除开始，此时所有对象都已被标记成或生或死，堆已经准确知道可以回收多少内存，然而此时不必去一次全部回收死去的对象，可以采用延迟清理的处理手段，垃圾回收器可以根据需要来选择回收部分内存， 直到全部垃圾对象回收完毕，整个增量标记-惰性清除的周期结束。
其它优化
V8已经加入了并行清除，主线程不会操作死亡对象，由独立的线程来负责回收死对象的内存，整个过程只需要非常少量的同步操作。同时V8正在实验并行标记，并将在今后引入这一技术。
至此，整个新生代和老生代的垃圾回收算法已经全部介绍完了，在老生代的算法中，有很多值得深入学习的地方，比如三色标记法的具体过程、并行标记和并行清除的原理等等。
PS. 若本文有任何错误之处，欢迎指出！
参考资料
- 《深入浅出Node.js》
- V8之旅：垃圾回收器