JS `Orinoco` (V8 GC) 垃圾回收器：并发、并行、增量与分代

各位观众老爷，大家好！今天咱们不聊风花雪月，就来扒一扒 V8 引擎里的 Orinoco 垃圾回收器，看看它到底是怎么把 JavaScript 代码里那些没人要的“破烂儿”清理干净的。

咱们的目标是，让大家听完之后，不仅知道 Orinoco 是个什么玩意儿，还能理解它背后的并发、并行、增量和分代这些概念，以后面试的时候也能吹两句。

一、垃圾回收，程序员的“好帮手”

首先，得说说为什么需要垃圾回收。想象一下，你写了一段 JavaScript 代码，创建了一堆对象，用完之后就忘了，它们就静静地躺在内存里，占着茅坑不拉屎。时间长了，内存就被这些“僵尸对象”塞满了，程序就会崩溃。

垃圾回收器就像一个勤劳的清洁工，定期检查内存，把那些不再使用的对象清理掉，释放内存空间，让程序能够继续运行。

如果没有垃圾回收，程序员就得手动管理内存，那简直是噩梦！C/C++ 程序员肯定深有体会，一不小心就会造成内存泄漏，Debug 到天荒地老。

二、 Orinoco：V8 的垃圾清理大师

Orinoco 是 V8 引擎（Chrome 和 Node.js 都用它）使用的垃圾回收器，它不是单枪匹马作战，而是一个团队，包含多种回收算法，针对不同的场景使用不同的策略。

Orinoco 的目标是：

高性能： 尽可能减少垃圾回收对程序运行的影响，让用户感觉不到卡顿。
高效率： 尽可能快地回收垃圾，释放内存。
低延迟： 减少垃圾回收造成的停顿时间，保证用户体验。

为了实现这些目标，Orinoco 采用了多种先进的技术，包括：并发、并行、增量和分代。

三、并发 vs. 并行：双剑合璧，效率翻倍

并发 (Concurrency): 指的是垃圾回收线程和 JavaScript 主线程“同时”运行。注意，这里的“同时”是逻辑上的，在单核 CPU 上，它们实际上是交替执行的。就像你一边 coding，一边听歌，虽然是交替进行，但感觉上就像同时进行一样。

并发的好处是，可以减少垃圾回收造成的停顿时间，提高程序的响应性。

代码示例（伪代码）：
```
// JavaScript 主线程
while (running) {
  processUserInput();
  updateUI();
}

// 垃圾回收线程 (并发执行)
while (running) {
  scanMemory();
  markObjects();
  sweepMemory();
}
```
并行 (Parallelism): 指的是多个垃圾回收线程同时运行，利用多核 CPU 的优势，提高垃圾回收的速度。就像你雇了多个清洁工，一起打扫卫生，肯定比一个人干快得多。

并行可以大大缩短垃圾回收的时间，尤其是在大型应用程序中。

代码示例（伪代码）：
```
// JavaScript 主线程
while (running) {
  processUserInput();
  updateUI();
}

// 多个垃圾回收线程 (并行执行)
thread1: scanMemory(part1);
thread2: scanMemory(part2);
thread3: scanMemory(part3);
// ...
```

并发和并行的区别 可以用下面这个表格来总结：

特性	并发 (Concurrency)	并行 (Parallelism)
运行方式	交替执行	同时执行
CPU 核心数	单核/多核	多核
目标	减少停顿时间	提高回收速度
例子	一边 coding 一边听歌	多个清洁工一起打扫卫生

Orinoco 同时使用了并发和并行技术，就像一把双刃剑，既能减少停顿时间，又能提高回收速度，让垃圾回收效率达到最大化。

四、增量式垃圾回收：化整为零，润物无声

增量式垃圾回收 (Incremental Garbage Collection) 指的是把垃圾回收任务分解成多个小步骤，逐步完成。每次只执行一部分任务，然后让 JavaScript 主线程运行一段时间，再回来继续执行垃圾回收。

这就像你整理房间，不是一口气全部整理完，而是每天整理一点，积少成多。

增量式垃圾回收的好处是，可以避免长时间的停顿，让用户感觉更加流畅。

代码示例（伪代码）：

// JavaScript 主线程
while (running) {
  processUserInput();
  updateUI();

  // 增量式垃圾回收
  incrementalGC.step(); // 执行一小步垃圾回收
}

// 增量式垃圾回收器
class IncrementalGC {
  step() {
    // 执行一小步垃圾回收任务
    this.scanPart();
    this.markPart();
    this.sweepPart();
  }
}

想象一下，如果没有增量式垃圾回收，每次垃圾回收都要停顿几秒钟，用户肯定会抓狂。有了增量式垃圾回收，停顿时间就被分散到多个小步骤中，用户几乎感觉不到。

五、分代垃圾回收：区别对待，各个击破

分代垃圾回收 (Generational Garbage Collection) 是一个非常重要的概念。它的核心思想是：大部分对象都会很快死去，而存活下来的对象会存活很长时间。

基于这个观察，分代垃圾回收把内存分成不同的区域（代），通常分为新生代 (Young Generation) 和老生代 (Old Generation)。

新生代： 用于存放新创建的对象，因为大部分对象都会很快死去，所以新生代的垃圾回收频率很高，通常采用 Scavenge 算法。
老生代： 用于存放存活时间较长的对象，垃圾回收频率较低，通常采用 Mark-Sweep-Compact 算法。

1. 新生代垃圾回收：Scavenge 算法

新生代通常比较小，垃圾回收速度很快。Scavenge 算法的核心思想是：把新生代分成两个相等的区域：From Space 和 To Space。

From Space： 用于存放新创建的对象。
To Space： 始终是空的。

当 From Space 满了之后，就会触发垃圾回收。

扫描 From Space： 找出所有存活的对象。
复制存活对象到 To Space： 把 From Space 中存活的对象复制到 To Space。
清空 From Space： 把 From Space 全部清空。
From Space 和 To Space 角色互换： 下次垃圾回收时，To Space 变成 From Space，From Space 变成 To Space。

Scavenge 算法就像玩“大风吹”的游戏，把存活的对象吹到另一个地方，然后把原来的地方全部清空。

代码示例（伪代码）：

class ScavengeGC {
  constructor() {
    this.fromSpace = new MemorySpace();
    this.toSpace = new MemorySpace();
  }

  collect() {
    // 1. 扫描 From Space，找出存活对象
    const liveObjects = this.scanFromSpace();

    // 2. 复制存活对象到 To Space
    for (const object of liveObjects) {
      this.copyToToSpace(object);
    }

    // 3. 清空 From Space
    this.fromSpace.clear();

    // 4. From Space 和 To Space 角色互换
    [this.fromSpace, this.toSpace] = [this.toSpace, this.fromSpace];
  }
}

Scavenge 算法的优点是：

简单高效，速度很快。
只需要复制存活对象，不需要遍历所有对象。

Scavenge 算法的缺点是：

需要额外的 To Space，浪费一半的内存空间。
不适合回收存活对象较多的区域。

2. 老生代垃圾回收：Mark-Sweep-Compact 算法

老生代用于存放存活时间较长的对象，如果使用 Scavenge 算法，需要复制大量的对象，效率很低。因此，老生代通常采用 Mark-Sweep-Compact 算法。

Mark-Sweep-Compact 算法分为三个阶段：

Mark (标记)： 从根对象 (root object) 开始，递归遍历所有可达对象，并标记它们为“存活”。根对象指的是全局对象、调用栈上的局部变量等。
Sweep (清除)： 遍历整个堆内存，清除所有未被标记为“存活”的对象。
Compact (整理)： 把存活的对象移动到堆内存的一端，消除内存碎片，方便后续的对象分配。

Mark-Sweep-Compact 算法就像打扫战场，先标记出有用的物资，然后把没用的东西全部扔掉，最后把有用的东西集中起来。

代码示例（伪代码）：

class MarkSweepCompactGC {
  collect() {
    // 1. Mark (标记)
    this.mark();

    // 2. Sweep (清除)
    this.sweep();

    // 3. Compact (整理)
    this.compact();
  }

  mark() {
    // 从根对象开始，递归遍历所有可达对象，并标记它们为“存活”
    const rootObjects = this.getRootObjects();
    for (const object of rootObjects) {
      this.markRecursive(object);
    }
  }

  markRecursive(object) {
    if (object.marked) {
      return; // 已经标记过
    }
    object.marked = true;

    // 递归标记子对象
    for (const child of object.children) {
      this.markRecursive(child);
    }
  }

  sweep() {
    // 遍历整个堆内存，清除所有未被标记为“存活”的对象
    for (const object of this.heap) {
      if (!object.marked) {
        this.free(object);
      } else {
        object.marked = false; // 清除标记，为下次垃圾回收做准备
      }
    }
  }

  compact() {
    // 把存活的对象移动到堆内存的一端，消除内存碎片
    let freeIndex = 0;
    for (const object of this.heap) {
      if (object.alive) {
        this.move(object, freeIndex);
        freeIndex++;
      }
    }
  }
}

Mark-Sweep-Compact 算法的优点是：

不需要额外的内存空间。
可以回收存活对象较多的区域。
可以消除内存碎片。

Mark-Sweep-Compact 算法的缺点是：

速度较慢，需要遍历整个堆内存。
Compact 阶段需要移动对象，可能会导致停顿。

分代垃圾回收的流程 大概是这样的：

新创建的对象首先进入新生代 (From Space)。
当 From Space 满了之后，触发新生代垃圾回收 (Scavenge)。
存活下来的对象会被复制到 To Space。
如果对象在多次新生代垃圾回收中仍然存活，就会被晋升 (promote) 到老生代。
当老生代达到一定阈值时，触发老生代垃圾回收 (Mark-Sweep-Compact)。

六、总结：Orinoco 的魔法

Orinoco 垃圾回收器之所以能够高效地清理 JavaScript 代码里的“破烂儿”，是因为它巧妙地结合了多种技术：

并发和并行： 提高了垃圾回收的速度，减少了停顿时间。
增量式垃圾回收： 把垃圾回收任务分解成多个小步骤，避免了长时间的停顿。
分代垃圾回收： 针对不同生命周期的对象，采用不同的回收策略，提高了回收效率。

可以把 Orinoco 看作一个经验丰富的清洁团队，他们分工明确，协同合作，高效地完成垃圾清理任务，保证 JavaScript 程序的流畅运行。

七、一些小贴士

避免创建不必要的对象： 创建过多的对象会增加垃圾回收的负担。
及时释放不再使用的对象： 把不再使用的对象设置为 null，可以帮助垃圾回收器更快地回收它们。
了解垃圾回收的原理： 了解垃圾回收的原理可以帮助你写出更高效的 JavaScript 代码。

好了，今天的 Orinoco 垃圾回收器之旅就到这里了。希望大家有所收获，以后写代码的时候也能更加注意内存管理，写出更加高效的 JavaScript 代码！

下次有机会再跟大家聊聊其他有趣的 JavaScript 话题！

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