前言

垃圾回收（Garbage Collection）是一种内存管理机制，用于检测和清理不再被程序使用的内存。垃圾回收器会在 JS 引擎（浏览器或者 nodejs）内部周期性地运行，开发者无需手动操作。

但是，了解垃圾回收机制的工作原理有助于我们写出更加高效的 JS 代码，使 JS 引擎更好的帮助我们完成垃圾回收，避免我们开发的应用出现内存泄漏问题。

垃圾是怎样产生的？

JS 中的数据类型有原始类型和引用类型，原始类型占用的内存极小，一般是字符串、数字、布尔值这些，他们被存放在栈（stack）中。引用类型可以是数组、普通对象或者函数，他们一般会包含较多的数据，所以引用类型的实际数据存放在内存的堆（heap）中，然后在栈中会存放一个指向该实际数据的地址。

const str = "abc" // 原始类型
const obj = { foo: "bar" } // 引用类型

在 JS 中每声明一个变量，该应用所占的内存就会相应的增加，但机器的内存是有限的，内存占用不能无限制的增加。那些不再被程序使用的数据，就被称为垃圾，他们所占用的内存就会被 JS 引擎的垃圾回收机制回收。

垃圾回收机制会回收哪些垃圾？

当一个对象不在任何地方被引用时（如何判断是否被引用由算法决定，后面会介绍算法），垃圾回收器就需要将这些对象进行标记，并在适当的时机回收它们的内存。

以下面这段代码为例：

function myFunction() {
  const obj = { foo: "bar" }
  // do something
}

myFunction()

这段代码中的 obj 对象在 myFunction 函数执行之后，就已经没有被引用了，就需要被回收。

但当某个对象从开发角度上来说不再被使用了，却意外的仍然在某个地方被引用，垃圾回收器就无法回收它的内存，就会造成内存泄漏（内存逐渐累积，程序占用的内存越来越多，当超过系统的可用内存时，就会造成程序崩溃）。

比如下面这段代码中 obj 对象就有可能不会被回收（取决于算法）：

function myFunction() {
  const obj = { foo: "bar" }

  setTimeout(() => {
    console.log(obj.foo)
  }, 1000)
}

myFunction()

因为 obj 作为闭包中的引用传递给了定时器的回调函数，即使 myFunction 执行完毕，由于定时器没有被清除，obj 仍然被定时器回调函数持有引用，就可能导致 obj 不会被垃圾回收。

垃圾回收的算法

目前 JavaScript 中的垃圾回收机制主要基于以下两种算法：

引用计数（Reference-Counting）算法

该算法的原理是，记录每个对象的引用次数，引用增加时计数器加一，引用减少时减一，当引用计数变为零时，就表示没有任何引用指向该对象了，该对象就可以被回收。

这种规则导致该算法有一个缺点：无法回收循环引用的对象，因为互相引用的对象在程序结束时都至少有一次引用。比如下面这段代码：

function myFunction() {
  const a = {}
  const b = {}
  a.b = b // a 引用了 b
  b.a = a // b 引用了 a
}

myFunction()

在该算法下，即使在 myFunction 执行之后，对象 a 和 b 也不会被回收。

IE 6 和 IE 7 使用的就是这种算法。

标记-清除（Mark-and-Sweep）算法

这是一种更常见的垃圾回收算法。核心概念是对象是否可达，当一个对象不在任何地方被引用时，它就是不可达，相反就是可达。该算法会从根对象（全局对象、函数执行上下文）开始，通过遍历对象之间的引用关系，记录所有可达和不可达的对象。然后，回收器清除不可达的对象，释放其内存。

该算法解决了引用计数算法的循环引用问题，在刚刚那段代码中，函数 myFunction 执行之后，对象 a 和 b 从全局对象出发就无法获取了。因此，他们将会被回收。

从 2012 年起，所有现代浏览器都使用了这种算法。

Chrome 和 nodejs 的垃圾回收算法

Chrome 和 nodejs 都采用了谷-歌开源的 V8 引擎。V8 引擎的垃圾回收机制采用了标记-清除算法，但在此基础做了一些优化。

V8 引擎将内存分为新生代（Young Generation）和老生代（Old Generation）。大多数对象在新生代中创建，经过一定时间后，如果它们仍然存活，就会被晋升到老生代。

Scavenger 垃圾回收（新生代）

新生代使用了 Scavenger 垃圾回收算法，它将内存划分为一个存活区域和一个空闲区域。对象首先被分配到存活区域，当存活区域满时，会执行垃圾回收操作，将存活的对象复制到空闲区域，并清空存活区域。

Mark-Sweep-Compact 垃圾回收（老生代）

老生代中使用了 Mark-Sweep-Compact（标记-清除-整理）垃圾回收算法。它首先标记所有的存活对象，然后清除掉未被标记的对象，最后进行内存整理，使存活对象连续排列，减少内存碎片。

增量垃圾回收

V8 引擎还支持增量垃圾回收。他会将垃圾回收操作分成多个小步骤执行，每个步骤之间会插入一些 JavaScript 代码的执行，从而避免长时间的垃圾回收造成的界面卡顿。

空闲时间垃圾回收

V8 引擎还在空闲时间执行部分垃圾回收操作，以充分利用闲置的计算资源。这些时间段可能是在程序等待用户输入、网络请求返回、或者其他暂时没有任务需要处理的情况下出现的。

需要手动清除的内存

垃圾回收机制会根据算法智能的回收大部分的内存，但由于业务逻辑的关系，它无法明确知道在我们的写的（垃圾）代码中，哪些对象其实是不再使用的，所以我们在开发过程中需要及时的清除不需要的事件监听、定时器、计时器，避免循环引用，以及避免使用闭包。

清除事件监听

const myButton = document.getElementById("myButton")

function handleClick() {
  console.log("Button clicked!")
}

// 添加事件监听器
myButton.addEventListener("click", handleClick)

// 在页面卸载或元素移除时解除事件监听器
window.addEventListener("beforeunload", () => {
  myButton.removeEventListener("click", handleClick)
})

执清除定时器、计时器

const timer = setTimeout(() => {}, 500)

// 在页面卸载或元素移除时解除事件监听器
window.addEventListener("beforeunload", () => {
  clearTimeout(timer)
})

手动调用垃圾回收

一般情况下我们无需手动调用垃圾回收，但有些浏览器支持主动触发垃圾回收。

IE 浏览器

if (typeof window.CollectGarbage === "function") {
  window.CollectGarbage()
}

Opera 浏览器

if (window.opera && typeof window.opera.collect === "function") {
  window.opera.collect()
}

总结

总而言之，垃圾回收是一项必不可少的内存管理机制，希望大家都能理解其原理，并运用在实际开发中，避免造成内存泄漏的问题，提高应用程序的性能和用户体验。

参考文档

• Documentation · V8

• 内存管理 - JavaScript | MDN