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JavaScript 垃圾回收机制

一、垃圾回收机制的核心概念

1.1 内存的生命周期

  • 内存分配：当声明变量、函数、对象时，系统会自动分配内存给它们
  • 内存使用：即读写内存，也就是使用变量、函数
  • 内存回收：使用完毕，由垃圾回收器自动回收不再使用的内存

1.2 什么是垃圾回收（Garbage Collection，GC）

  • 定义：JS中的函数，变量，对象等都需要占用一定的内存，当这些东西不再被使用的时候，就变成了垃圾，如果不进行回收，内存就会被一直占用，随着程序的运行，垃圾也会越来越多，总有一刻，内存会被占满，程序也就无法运行了
  • 为什么需要 GC：JavaScript 作为高级语言，不允许开发者直接操作内存（如 C/C++ 的 手动内存管理原语malloc/free）
  • 垃圾回收机制可以自动处理内存的分配和释放，避免了手动内存管理导致的内存泄露、野指针等问题，减轻了开发人员的负担，并且降低了内存泄漏的风险，它的主要目的是自动地检测和释放不再使用的内存，以便程序能够更高效地利用系统资源，降低开发成本

1.3 垃圾的判定标准

  • 核心原则：该内存空间是否还能被程序 “访问到”
  • 可访问场景（非垃圾）：
    1. 全局作用域中声明的变量（如 window/global 上的属性）
    2. 函数执行栈中正在执行的函数内的局部变量、参数
    3. 通过「可达链」能关联到上述两类变量的对象（如 A 是全局变量，A 的属性 B 引用对象 C，则 C 是可达的）
  • 不可访问场景（垃圾）：
    • 函数执行结束后，局部变量未被外部引用，且无法通过任何可达链关联到全局 / 执行栈
    • 手动将变量赋值为 null/undefined 后，若没有其他引用，原指向的对象会成为垃圾

二、JavaScript 中常见的垃圾回收算法

2.1 引用计数法（Reference Counting）

2.1.1 核心原理

引用计数法的核心逻辑是：为每个内存对象维护一个 “引用计数器”，记录当前有多少个活跃引用指向该对象。

  • 当对象被引用时（如被变量赋值 let obj = new Object()、作为参数传递等），计数器 +1；
  • 当引用失效时（如变量被重新赋值 obj = null、离开作用域等），计数器 -1；
  • 当计数器变为 0 时，引擎判定该对象垃圾，会被立即回收并释放内存。

2.1.2 优点

  1. 实时性，即时回收：

    对象引用计数为 0 时会被立即回收，避免内存堆积，适合对内存敏感的场景。

  2. 实现简单：

    逻辑直观，只需维护计数器和增减操作，对引擎复杂度要求低。

  3. 减少卡顿：

    回收过程分散在程序运行中（随引用变化触发），不会像 “标记 - 清除” 算法那样偶尔出现长时间的 GC 停顿，对程序运行的中断影响小。

2.1.3 缺点（核心局限性）

  1. 无法解决循环引用（核心原因）： 当两个或多个对象相互引用时，即使它们已无外部引用，计数器也始终大于 0，导致内存泄漏。例如：

    function createCycle() {
  // objA 引用 objB，objB 引用 objA，形成循环
  let objA = {};
  let objB = {};
  objA.b = objB;
  objB.a = objA;
}
// 函数执行结束后，objA、objB 局部变量销毁，但两者的属性互相引用，计数器均为 1
// 引用计数法无法识别，这部分内存永远无法释放，造成泄露
createCycle();

  2. 额外性能开销： 每次引用变化（赋值、删除等）都需要更新计数器，频繁操作会消耗额外资源，尤其在复杂对象引用场景中。

  3. 空间占用： 每个对象都需额外存储计数器，增加了内存 overhead（尤其对大量小对象场景）。

2.1.4总结

​ 引用计数法是一种简单直观的垃圾回收算法，通过跟踪对象引用数量实现内存管理，优点是即时回收、实现简单，但核心缺陷是无法处理循环引用，且存在性能和空间开销。随着 JS 引擎发展，它已不再是主流算法，但理解其原理有助于深入掌握垃圾回收机制的设计思路。

2.2 标记清除法

2.2.1 算法原理

  • 核心逻辑：基于「可达性」判定垃圾，分「标记」和「清除」两个阶段，定期执行（非实时）
  • 执行流程：
    1. 标记阶段：从「根对象」（全局对象 window/global、执行栈中的变量）出发，遍历所有可达的对象，标记为「活跃对象」
    2. 清除阶段：遍历整个内存空间，将未被标记的对象（不可达）判定为垃圾，释放其内存
    3. 可选：整理阶段：将活跃对象内存地址连续排列，减少内存碎片（部分引擎优化，如「标记 - 整理法」

2.2.2 优点

1. 解决循环引用问题
2. 性能开销低，无需去维护一个引用计数器

2.2.3 缺点

1. 非实时性：GC 执行时会中断程序（“GC 暂停”），若内存量大，可能影响用户体验
1. 内存碎片：释放的内存地址不连续，后续大对象可能无法分配

三、更多

3.1 现代引擎优化

  • 分代收集（Generational Collection）：这是最值得补充的一点。V8将堆内存分为新生代（Young Generation）和老生代（Old Generation）。绝大多数新创建的对象都被分配在新生代。因为观察表明大多数对象的生命周期都非常短。新生代区域小但GC非常频繁（使用Scavenge算法，一种复制算法）；存活过一定次数的对象会被晋升到老生代，老生代区域大但GC频率低（使用标记-清除/标记-整理/标记-增量整理算法）。
  • 并行、增量、并发回收：为了减少GC带来的程序暂停（Stop-The-World），现代GC器使用了多种技术：
    • 并行（Parallel）：主线程和辅助线程同时执行同样的GC工作。
    • 增量（Incremental）：将完整的GC工作拆分成多个小任务，穿插在JavaScript任务之间执行，避免长时间停顿。
    • 并发（Concurrent）：辅助线程在后台执行GC工作，完全不需要主线程停顿。

3.2 作为开发者，如何辅助GC（避免内存泄漏）

这是面试中非常喜欢问的“如何做”部分。

常见内存泄漏场景及避免方法：

  1. 意外的全局变量：未声明的变量或this指向改变导致的全局变量。
    • 避免：总是使用 'use strict'。
  2. 被遗忘的定时器或回调函数：setInterval、setTimeout 以及事件监听器不再需要时未被清除。
    • 避免：使用 clearInterval/clearTimeout 清除；对于事件监听器，在不需要时使用 removeEventListener。
  3. 脱离DOM的引用：在JavaScript中缓存了DOM元素的引用，即使该元素已从DOM树中移除，因为JS还引用着，它也不会被GC。
    • 避免：在移除DOM元素后，手动将其引用置为 null。
  4. 闭包：闭包可以维持函数内部变量的引用，如果使用不当（例如在闭包中持有大量数据的引用），可能导致这些数据无法被释放。
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