JavaScript中的垃圾回收：标记-压缩算法

标记-压缩算法是一种高效的垃圾回收算法，它结合了标记-清除和复制算法的优点，能够有效解决内存碎片问题。这个算法主要分为标记、压缩两个核心阶段。

算法原理详解

1. 标记阶段（Marking Phase）

   • 垃圾回收器从根对象（全局变量、当前函数调用栈中的变量等）开始遍历
   • 对所有可达对象进行标记，通常是在对象头部的特定位上进行标记
   • 这个过程与标记-清除算法的标记阶段完全相同

   // 示例：标记过程示意图
   function mark(root) {
     if (root === null || root.marked) return;
   
     root.marked = true; // 标记为可达
   
     // 递归标记所有引用的子对象
     for (let child of root.references) {
       mark(child);
     }
   }
   

2. 压缩阶段（Compacting Phase）

   • 这是标记-压缩算法的核心特色阶段
   • 所有被标记为存活的对象会被移动到堆内存的一端
   • 移动过程中保持对象之间的相对顺序不变
   • 移动完成后，所有存活对象在内存中连续排列

压缩过程的具体步骤

1. 计算新地址

   • 遍历整个堆内存，计算每个存活对象应该移动到的目标地址
   • 目标地址从堆的起始位置开始连续分配

   // 伪代码示例：计算新地址
   let newAddress = heapStart;
   for (let object of allObjects) {
     if (object.marked) {
       object.newAddress = newAddress;
       newAddress += object.size;
     }
   }
   

2. 更新引用指针

   • 遍历所有存活对象，更新它们内部指向其他对象的引用
   • 将旧地址的引用更新为新计算出的地址

   // 伪代码示例：更新引用
   for (let object of allObjects) {
     if (object.marked) {
       for (let ref of object.references) {
         ref = ref.newAddress; // 更新为新的内存地址
       }
     }
   }
   

3. 移动对象

   • 实际将对象从原位置复制到新计算出的位置
   • 复制完成后，原位置的内存可以被回收利用

算法优势分析

1. 解决内存碎片

   • 通过压缩操作，所有存活对象被紧凑排列
   • 消除了标记-清除算法产生的内存碎片问题
   • 新对象可以连续分配，提高内存利用率

2. 内存局部性优化

   • 连续存储的对象具有更好的缓存局部性
   • 相邻对象很可能被同时访问，提高CPU缓存命中率

3. 分配效率提升

   • 只需要维护一个简单的指针来跟踪下一个可用内存位置
   • 对象分配变得非常快速，类似于栈分配

算法局限性

1. 执行开销较大

   • 需要多次遍历堆内存（标记、计算地址、更新引用、移动对象）
   • 移动对象需要复制内存，对于大对象开销显著

2. 暂停时间较长

   • 在压缩阶段需要暂停应用程序执行
   • 不适合对实时性要求很高的场景

实际应用场景

现代JavaScript引擎（如V8）通常采用分代式垃圾回收策略：

• 新生代：使用复制算法（类似标记-压缩的简化版）
• 老生代：结合标记-清除和标记-压缩算法
• 只有在内存碎片严重时才会触发完整的标记-压缩

性能优化技巧

1. 避免频繁创建大对象
2. 及时解除不再需要的引用
3. 使用对象池复用对象
4. 注意闭包引起的内存泄漏

标记-压缩算法通过牺牲一定的执行时间来换取更好的内存布局和分配效率，是现代垃圾回收系统中重要的组成部分。