Node.js V8引擎的内存管理和垃圾回收机制
V8的内存管理机制
一、内存管理模型
Node程序运行中，此进程占用的所有内存称为常驻内存（Resident Set）。
- 常驻内存由以下部分组成：
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代码区（Code Segment）：存放即将执行的代码片段
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栈（Stack）：存放局部变量
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堆（Heap）：存放对象、闭包上下文
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堆外内存：不通过V8分配，也不受V8管理。Buffer对象的数据就存放于此。
上图中的带斜纹的区域代表暂未使用的内存，新生代(new_space)被划分为了两个部分，其中一部分叫做inactive new space，表示暂未激活的内存区域，另一部分为激活状态
除堆外内存，其余部分均由V8管理。
- 栈（Stack）的分配与回收非常直接，当程序离开某作用域后，其栈指针下移（回退），整个作用域的局部变量都会出栈，内存收回。
- 最复杂的部分是堆（Heap）的管理，V8使用垃圾回收机制进行堆的内存管理，也是开发中可能造成内存泄漏的部分，是程序员的关注点。
通过 process.memoryUsage() 可以查看此Node进程的内存使用状况：
// process.memoryUsage()
{
rss: 22573056, // rss是Resident Set Size的缩写,常驻进程内存,所有内存占用
heapTotal: 9682944, // V8为堆分配的总大小,已申请堆内存
heapUsed: 5263128, // 已使用堆内存
external: 16910 // c++对象绑定到js的内存
}
二、堆内存限制
默认情况下，V8为堆分配的内存不超过1.4G：64位系统1.4G，32位则仅分配0.7G。也就是说，如果你想使用Node程序读一个2G的文件到内存，在默认的V8配置下，是无法实现的。不过我们可以通过Node的启动命令修改V8为堆设置的内存上限：
// 修改老年代堆内存
--max-old-space-size=2048 // 单位为MB
// 修改新生代堆内存，默认是16M
--max-semi-space-size=1024 // 单位为MB
堆的内存上限在启动时就已经决定，无法动态更改，想要更改，唯一的方法是关闭进程，使用新的配置重新启动。
三、V8的垃圾回收机制
垃圾回收机制演变至今，已经出现了数种垃圾回收算法，各有千秋，适用于不同场景，没有一种垃圾回收算法能够效率最优于所有场景。因此研发者们按照存活时间长短，将对象分类，为每一类特定的对象，制定其最适合的垃圾回收算法，以提高垃圾回收总效率。
1. V8的内存分代
V8将堆中的对象分为两类：
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新生代：年轻的新对象，未经历垃圾回收或仅经历过一次
在V8引擎的内存结构中，新生代主要用于存放存活时间较短的对象。新生代内存是由两个semispace(半空间)构成的，内存最大值在64位系统和32位系统上分别为32MB和16MB，在新生代的垃圾回收过程中主要采用了Scavenge算法。
Scavenge算法是一种典型的牺牲空间换取时间的算法，对于老生代内存来说，可能会存储大量对象，如果在老生代中使用这种算法，势必会造成内存资源的浪费，但是在新生代内存中，大部分对象的生命周期较短，在时间效率上表现可观，所以还是比较适合这种算法。 -
老年代：存活时间长的老对象，经历过一次或更多次垃圾回收的对象
新对象都会被分配到新生代中，当新生代空间不足以分配新对象时，将触发新生代的垃圾回收。
2. 新生代的垃圾回收
新生代中的对象主要通过Scavenge算法进行垃圾回收，这是一种采用复制的方式实现内存回收的算法。
Scavenge算法将新生代的总空间一分为二，只使用其中一个，另一个处于闲置，等待垃圾回收时使用。使用中的那块空间称为From，闲置的空间称为To。
当新生代触发垃圾回收时，V8将From空间中所有应该存活下来的对象依次复制到To空间。
有两种情况不会将对象复制到To空间，而是晋升至老年代：
- 对象此前已经经历过一次新生代垃圾回收，这次依旧应该存活，则晋升至老年代。
- To空间已经使用了25%，则将此对象直接晋升至老年代。
From空间所有应该存活的对象都复制完成后，原本的From空间将被释放，成为闲置空间，原本To空间则成为使用中空间，两个空间进行角色翻转。
为何To空间使用超过25%时，就需要直接将对象复制到老年代呢？因为To空间完成垃圾回收后将会翻转为From空间，新的对象分配都在此处进行，如果没有足够的空闲空间，将会影响程序的新对象分配。
因为Scavenge只复制活着的对象，而根据统计学指导，新生代中大多数对象寿命都不长，长期存活对象少，则需要复制的对象相对来说很少，因此总体来说，新生代使用Scavenge算法的效率非常高。且由于Scavenge是依次连续复制，所以To空间永远不会存在内存碎片。
不过由于Scavenge会将空间对半划分，所以此算法的空间利用率较低。
3. 老年代的垃圾回收
在老年代中的对象，至少都已经历过一次甚至更多次垃圾回收，相对于新生代中的对象，它们有更大的概率继续存活，只有相对少数的对象面临死亡，且由于老年代的堆内存是新生代的几十倍，其中生活着大量对象，因此如果使用Scavenge算法回收老年代，将会面临大量的存活对象需要复制的情况，将老年代空间对半划分，也会浪费相当大的空间，效率低下。因此老年代垃圾回收主要采用标记清除(Mark-Sweep)和标记整理(Mark-Compact)。
这两种方式并非互相替代关系，而是配合关系，在不同情况下，选择不同方式，交替配合以提高回收效率。
新生代中死亡对象占多数，因此采用Scavenge算法只处理存活对象，提高效率。老年代中存活对象占多数，于是采用标记清除算法只处理死亡对象，提高效率。
当老年代的垃圾回收被触发时，V8会将需要存活对象打上标记，然后将没有标记的对象，也就是需要死亡的对象，全部擦除，一次标记清除式回收就完成了：
灰色为存活对象，白色为清除后的闲置空间
一切看起来都完美了，可是随着程序的继续运行，却会出现一个问题：被清除的对象遍布各个内存地址，空间有大有小，其闲置空间不连续，产生了很多内存碎片。当需要将一个足够大的对象晋升至老年代时，无法找到一个足够大的连续空间安置这个对象。
为了解决这种空间碎片的问题，就出现了标记整理算法。它是在标记清除的基础上演变而来，当清理了死亡对象后，它会将所有存活对象往一端移动，使其内存空间紧挨，另一端就成为了连续内存：
虽然标记整理算法可以避免空间碎片，但是却需要依次移动对象，效率比标记清除算法更低，因此大多数情况下V8会使用标记清理算法，当空间碎片不足以安放新晋升对象时，才会触发标记整理算法。
4. 增量标记（Incremental Marking）
早期V8在垃圾回收阶段，采用全停顿（stop the world），也就是垃圾回收时程序运行会被暂停。这在JavaScript还仅被用于浏览器端开发时，并没有什么明显的缺点，前端开发使用的内存少，大多数时候仅触发新生代垃圾回收，速度快，卡顿几乎感觉不到。但是对于Node程序，使用内存更多，在老年代垃圾回收时，全停顿很容易带来明显的程序迟滞，标记阶段很容易就会超过100ms，因此V8引入了增量标记，将标记阶段分为若干小步骤，每个步骤控制在5ms内，每运行一段时间标记动作，就让JavaScript程序执行一会儿，如此交替，明显地提高了程序流畅性，一定程度上避免了长时间卡顿。