JS `Orinoco GC` `Parenthood Bit` 与 `Page-Space Compaction` 细节

各位观众老爷们，晚上好！今天咱们不聊风花雪月，就来聊聊JavaScript引擎里那些默默奉献的幕后英雄——垃圾回收（GC）。尤其是V8引擎里一些比较有意思的策略，保证让你听完之后，以后再写代码的时候，都会带着敬畏之心（或者至少不会再无脑new对象了）。

今天我们的主题是：JS Orinoco GC、Parenthood Bit 与 Page-Space Compaction 细节。

开场白：垃圾回收，程序员的默默守护者

想象一下，你写了一个JavaScript程序，疯狂地创建对象，用完就扔，就像吃自助餐一样。如果没有人收拾残局，你的内存很快就会爆掉，浏览器直接崩溃给你看。这时候，垃圾回收（GC）就闪亮登场了，它像一个勤劳的清洁工，默默地回收那些不再使用的内存，让你的程序可以继续愉快地跑下去。

第一幕：Orinoco GC – V8的新一代回收器

V8引擎一直在进化，垃圾回收也是如此。Orinoco GC是V8引擎中比较新的垃圾回收器架构，它最大的特点就是并发和并行。

并发（Concurrent）： GC线程和主线程可以同时运行，这意味着垃圾回收不会完全阻塞你的程序，用户体验会更加流畅。
并行（Parallel）： GC可以使用多个线程同时进行垃圾回收，提高回收效率。

Orinoco GC将堆内存分成多个空间，每个空间使用不同的垃圾回收策略，针对不同的对象生命周期进行优化。

空间名称	作用	回收策略
新生代（New Space）	存放新创建的对象，生命周期短	Scavenge算法（也叫半空间复制算法），快速回收，但空间利用率较低。
老生代（Old Space）	存放生命周期较长的对象，经历过多次新生代回收	Mark-Sweep & Mark-Compact算法，先标记不再使用的对象，然后清除或者整理内存碎片。
大对象空间（Large Object Space）	存放体积较大的对象	直接标记和清除，因为移动大对象的成本很高。
代码空间（Code Space）	存放编译后的JavaScript代码	专门为代码设计的回收策略。
Map空间（Map Space）	存放Hidden Class（隐藏类）信息	专门为Hidden Class设计的回收策略。

第二幕：Parenthood Bit – 谁是我的父母？

在垃圾回收过程中，确定一个对象是否可以被回收，关键在于判断它是否还有被其他对象引用。传统的做法是遍历整个堆，找到所有引用该对象的指针。但是，这效率太低了！

Parenthood Bit就是一个优化策略，它记录了对象之间的父子关系。每个对象都有一个Parenthood Bit，用于标记该对象是否是“parent”。如果一个对象A引用了另一个对象B，那么对象A就是对象B的parent。

Parenthood Bit的好处在于，当垃圾回收器需要遍历对象B的所有引用者时，只需要遍历B的parent对象，而不需要遍历整个堆。这大大提高了垃圾回收的效率。

让我们用代码来模拟一下：

// 假设这是堆内存中的两个对象
class MyObject {
  constructor(name) {
    this.name = name;
    this.parenthoodBit = false; // 初始状态，不是任何对象的parent
  }
}

const obj1 = new MyObject("Object 1");
const obj2 = new MyObject("Object 2");

// obj1 引用了 obj2
obj1.child = obj2;
obj1.parenthoodBit = true; // obj1 现在是 obj2 的 parent

// 模拟垃圾回收器
function garbageCollect() {
  // 假设我们找到了 obj2，需要确定它是否可以被回收
  if (obj2.parenthoodBit === false) {
    console.log("Object 2 可以被回收");
  } else {
    console.log("Object 2 还有引用，不能被回收");
  }
}

garbageCollect(); // 输出 "Object 2 还有引用，不能被回收"

// 解除 obj1 对 obj2 的引用
obj1.child = null;
obj1.parenthoodBit = false; // obj1 不再是 obj2 的 parent

garbageCollect(); // 输出 "Object 2 可以被回收"

虽然这个例子非常简化，但是它展示了Parenthood Bit的基本思想。在V8引擎中，Parenthood Bit的实现会更加复杂，涉及到写屏障（Write Barrier）等技术，确保parent信息的正确性。

第三幕：Page-Space Compaction – 整理内存碎片

老生代空间使用的Mark-Sweep算法，在回收之后会留下很多内存碎片。想象一下，你的房间被你扔得到处都是垃圾，虽然你把垃圾清理掉了，但是房间里还是乱七八糟的，空着很多小块地方，没法放下一个大件家具。

Page-Space Compaction就是用来解决这个问题的。它会将老生代空间中的存活对象移动到一起，整理内存碎片，腾出更大的连续内存空间，方便后续的对象分配。

Page-Space Compaction的过程大致如下：

标记（Mark）： 标记所有存活的对象。
移动（Move）： 将存活对象移动到内存的一端，留下连续的空闲空间。
更新指针（Update Pointers）： 更新所有指向被移动对象的指针。

这个过程听起来很简单，但是实现起来却非常复杂。因为移动对象意味着需要更新所有指向该对象的指针，这需要遍历整个堆。

为了提高效率，V8引擎使用了一些优化策略，比如增量整理（Incremental Compaction），将整理过程分成多个小步骤，避免长时间阻塞主线程。

让我们用一个更贴近生活的小例子来理解一下:

假设你是一个图书管理员，书架上的书被读者随意摆放，导致很多空隙，新书没地方放。

标记: 你先标记所有需要保留的书。
移动: 然后你把这些书都集中到书架的一边，把空位都整理到另一边。
更新目录: 最后，你更新图书目录，记录每本书的新位置。

虽然这个例子很简化，但是它反映了Page-Space Compaction的核心思想：整理碎片，提高空间利用率。

代码示例（模拟Page-Space Compaction）：

下面的代码模拟了Page-Space Compaction的基本过程。

// 模拟堆内存
class Heap {
  constructor(size) {
    this.size = size;
    this.memory = new Array(size).fill(null);
  }

  allocate(obj) {
    for (let i = 0; i < this.size; i++) {
      if (this.memory[i] === null) {
        this.memory[i] = obj;
        return i; // 返回对象在堆中的索引
      }
    }
    return -1; // 堆已满
  }

  get(index) {
    return this.memory[index];
  }

  set(index, obj) {
    this.memory[index] = obj;
  }

  mark(obj) {
    obj.marked = true;
  }

  sweepAndCompact() {
    // 标记阶段（这里简化为假设已经标记完成）
    console.log("标记阶段完成");

    // 移动阶段和更新指针阶段
    let freeIndex = 0; // 空闲位置的索引
    for (let i = 0; i < this.size; i++) {
      if (this.memory[i] !== null && this.memory[i].marked) {
        // 如果是存活对象，则移动到空闲位置
        if (i !== freeIndex) {
          // 如果对象不在空闲位置，则移动
          this.memory[freeIndex] = this.memory[i];
          this.memory[i] = null; // 原位置置空
          console.log(`对象从 ${i} 移动到 ${freeIndex}`);

          // 更新指针（这里简化为假设所有指针都可以直接访问和更新）
          // 在实际的V8引擎中，更新指针是一个非常复杂的过程，涉及到写屏障等技术。
          // 这里为了简化，我们假设所有指向该对象的指针都可以直接访问和更新。
          // ... 更新指针的代码 ...
        }
        freeIndex++;
      } else {
        // 如果是垃圾，则直接清除
        this.memory[i] = null;
        console.log(`清除对象 ${i}`);
      }
    }

    console.log("整理阶段完成");
  }

  printHeap() {
    console.log("堆内存状态:");
    for (let i = 0; i < this.size; i++) {
      console.log(`[${i}]: ${this.memory[i] ? this.memory[i].name : null}`);
    }
  }
}

// 创建一个堆
const heap = new Heap(10);

// 创建一些对象并分配到堆中
const obj1 = { name: "Object 1", marked: false };
const obj2 = { name: "Object 2", marked: false };
const obj3 = { name: "Object 3", marked: false };
const obj4 = { name: "Object 4", marked: false };

const index1 = heap.allocate(obj1);
const index2 = heap.allocate(obj2);
const index3 = heap.allocate(obj3);
const index4 = heap.allocate(obj4);

heap.printHeap();

// 标记 obj1 和 obj3 为存活对象
heap.mark(obj1);
heap.mark(obj3);

// 进行垃圾回收和整理
heap.sweepAndCompact();

heap.printHeap();

这个例子模拟了一个简单的堆内存，以及对象的分配、标记和整理过程。实际的V8引擎的Page-Space Compaction要复杂得多，涉及到增量整理、并发整理等技术，以及复杂的指针更新策略。

总结：GC，不止于回收

垃圾回收不仅仅是回收内存，它还关系到程序的性能和用户体验。V8引擎的Orinoco GC、Parenthood Bit和Page-Space Compaction等策略，都是为了提高垃圾回收的效率，减少垃圾回收对主线程的阻塞，从而让JavaScript程序运行得更加流畅。

给程序员的建议：

避免频繁创建对象： 对象创建和回收都会增加GC的负担。尽量复用对象，减少不必要的对象创建。
及时释放不再使用的对象： 将不再使用的对象设置为null，帮助GC更快地回收内存。
了解GC的原理： 了解GC的原理，可以帮助你写出更高效的JavaScript代码。
使用工具进行性能分析： 使用Chrome DevTools等工具，可以分析程序的内存使用情况，找到潜在的内存泄漏问题。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家以后写代码的时候，能够更加关注内存管理，写出更高效、更健壮的JavaScript程序。谢谢大家！

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