垃圾回收机制

垃圾回收机制的基本概念

Node.js 使用 V8 引擎的垃圾回收机制来管理内存。垃圾回收（Garbage Collection，GC）是一种自动内存管理机制，负责回收不再使用的对象占用的内存空间。V8 的垃圾回收器采用分代式垃圾回收策略，将堆内存分为新生代（Young Generation）和老生代（Old Generation），针对不同代采用不同的回收算法。

// 示例：创建一个对象，随后解除引用
let obj = { name: "example" };
obj = null; // 解除引用，对象变为可回收状态

新生代垃圾回收

新生代存放生命周期较短的对象，使用 Scavenge 算法进行垃圾回收。Scavenge 算法将新生代分为两个相等大小的空间：From 空间和 To 空间。新创建的对象首先分配到 From 空间，当 From 空间快满时，触发垃圾回收：

1. 标记活跃对象
2. 将活跃对象复制到 To 空间
3. 清空 From 空间
4. 交换 From 和 To 空间角色

function createObjects() {
  let temp1 = { id: 1 }; // 分配到新生代
  let temp2 = { id: 2 }; // 分配到新生代
  return temp1; // temp2 将成为垃圾
}

let keptObject = createObjects();
// 函数执行后，temp2 将被回收

老生代垃圾回收

存活时间较长的对象会晋升到老生代。老生代采用标记-清除（Mark-Sweep）和标记-压缩（Mark-Compact）算法：

1. 标记阶段：遍历对象图，标记活跃对象
2. 清除阶段：回收未被标记的内存
3. 压缩阶段（可选）：整理内存碎片

// 长期存活的对象会晋升到老生代
let persistentObject = { data: "长期保存" };

function createLongLivedObjects() {
  let obj = { value: "初始值" };
  // 通过闭包保持引用
  return function() {
    console.log(obj.value);
    obj.value = "修改后的值";
  };
}

let keeper = createLongLivedObjects();
// obj 将晋升到老生代

增量标记与惰性清理

为了减少垃圾回收造成的停顿，V8 引入了增量标记（Incremental Marking）和惰性清理（Lazy Sweeping）：

• 增量标记：将标记阶段分解为多个小步骤，与 JavaScript 执行交替进行
• 惰性清理：延迟清理过程，分批进行

// 大量对象创建可能触发增量标记
let largeArray = [];
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
  largeArray.push({ index: i });
  // 在此期间可能执行增量标记
}

内存泄漏与排查

虽然垃圾回收自动管理内存，但不当的代码仍可能导致内存泄漏：

1. 全局变量引用
2. 未清理的定时器
3. 闭包意外保留引用
4. 未释放的事件监听器

// 内存泄漏示例
const leaks = [];

setInterval(() => {
  leaks.push(new Array(1000).fill("leak"));
  console.log(`已泄漏 ${leaks.length} MB 内存`);
}, 100);

// 使用 --inspect 参数启动Node.js，通过Chrome DevTools分析内存

手动触发垃圾回收

虽然不推荐，但在某些情况下可以手动触发垃圾回收（仅限调试）：

if (global.gc) {
  global.gc(); // 需要启动Node.js时添加 --expose-gc 参数
} else {
  console.log('Garbage collection is not exposed');
}

优化内存使用的实践

1. 避免大型对象长期存在
2. 及时解除不再需要的引用
3. 合理使用对象池
4. 注意闭包中的变量捕获

// 使用对象池优化频繁创建销毁的对象
class ObjectPool {
  constructor(createFn) {
    this.createFn = createFn;
    this.pool = [];
  }

  acquire() {
    return this.pool.pop() || this.createFn();
  }

  release(obj) {
    this.pool.push(obj);
  }
}

// 使用示例
const pool = new ObjectPool(() => ({ x: 0, y: 0 }));
const obj1 = pool.acquire();
pool.release(obj1);

V8引擎的垃圾回收参数调优

Node.js 允许通过启动参数调整垃圾回收行为：

• --max-old-space-size: 设置老生代内存上限
• --max-semi-space-size: 设置新生代半空间大小
• --trace-gc: 打印垃圾回收日志

# 启动Node.js时设置内存参数
node --max-old-space-size=4096 app.js

实际应用中的监控

监控内存使用情况对性能优化至关重要：

// 监控内存使用
setInterval(() => {
  const memoryUsage = process.memoryUsage();
  console.log(`
    RSS: ${(memoryUsage.rss / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB
    HeapTotal: ${(memoryUsage.heapTotal / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB
    HeapUsed: ${(memoryUsage.heapUsed / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB
    External: ${(memoryUsage.external / 1024 / 1024).toFixed(2)} MB
  `);
}, 5000);

不同Node.js版本中的改进

V8 引擎在不同 Node.js 版本中持续优化垃圾回收：

• Node.js 12+: 并行垃圾回收
• Node.js 14+: 并发标记
• Node.js 16+: 改进的堆栈扫描

// 检查当前V8版本的垃圾回收特性
const v8 = require('v8');
console.log(v8.getHeapStatistics());