了解JavaScript及以后的垃圾收集

最近，我在一次技术面试中被问到不同编程语言如何处理垃圾回收。这是一个令人惊讶却又耳目一新的问题，它确实激起了我的兴趣——我以前从未在面试中遇到过对内存管理如此深入的探讨。我喜欢这个问题，并想在博客文章中进一步探讨这个主题。

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高效的内存管理对于高性能应用程序至关重要。垃圾回收 (GC) 确保自动回收未使用的内存，防止内存泄漏和崩溃。在这篇文章中，我们将重点介绍垃圾回收在JavaScript中的工作方式，探讨编程语言中使用的其他方法，并提供示例来说明这些概念。

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什么是垃圾回收？

垃圾回收是回收不再使用的对象所占用的内存的过程。具有自动垃圾回收功能的语言会对这个过程进行抽象，从而使开发人员无需手动管理内存。例如，JavaScript 使用追踪式垃圾回收器，而其他语言则使用不同的技术。

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JavaScript 中的垃圾回收

JavaScript 依赖于追踪式垃圾回收方法，特别是标记-清除算法。让我们来分解一下：

1. 标记-清除算法

此算法确定内存中哪些对象是“可达的”，并释放那些不可达的对象：

1. 标记阶段：
   • 从“根”对象（例如，浏览器中的 window 或 Node.js 中的全局对象）开始。
   • 遍历从这些根对象可以访问的所有对象，并将它们标记为“存活”。
2. 清除阶段：
   • 扫描堆并释放未标记为可达的对象。

示例：

<code class="language-javascript">function example() {
  let obj = { key: "value" }; // obj 可达
  let anotherObj = obj; // anotherObj 引用 obj

  anotherObj = null; // 引用计数减少
  obj = null; // 引用计数减少到 0
  // obj 现在不可达，将被垃圾回收
}</code>

2. 分代垃圾回收

现代 JavaScript 引擎（例如 Chrome/Node.js 中的 V8）使用分代式 GC 来优化垃圾回收。内存被划分为：

• 新生代：短暂的对象（例如函数作用域变量）存储在此处，并频繁收集。
• 老年代：长生命周期的对象（例如全局变量）存储在此处，收集频率较低。

为什么分代式 GC 更高效？

• JavaScript 中的大多数对象都是短暂的，可以快速收集。
• 长生命周期的对象被移动到老年代，减少了频繁扫描的需要。

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其他垃圾回收策略

让我们探讨其他语言如何处理垃圾回收：

1. 引用计数

引用计数跟踪有多少引用指向一个对象。当引用计数降为 0 时，该对象将被释放。

优点：

• 简单且立即回收内存。
• 行为可预测。

缺点：

• 循环引用：如果两个对象相互引用，它们的计数将永远不会达到 0。

示例：（Python 引用计数）

<code class="language-javascript">function example() {
  let obj = { key: "value" }; // obj 可达
  let anotherObj = obj; // anotherObj 引用 obj

  anotherObj = null; // 引用计数减少
  obj = null; // 引用计数减少到 0
  // obj 现在不可达，将被垃圾回收
}</code>

2. 手动内存管理

像C和C 这样的语言要求开发人员显式地分配和释放内存。

示例：（C 内存管理）

<code class="language-python">a = []
b = []
a.append(b)
b.append(a)
# 这些对象相互引用，但不可达；现代 Python 的循环收集器可以处理这种情况。</code>

优点：

• 完全控制内存使用。

缺点：

• 容易出现内存泄漏（忘记释放内存）和悬空指针（过早释放内存）。

3. 带循环收集器的追踪式垃圾回收

一些语言（例如 Python）将引用计数与循环检测结合起来以处理循环引用。

• 循环收集器定期扫描对象以检测循环（从根对象无法访问的相互引用的对象组）。一旦找到循环，收集器就会将其破坏并回收内存。
• 循环收集器解决了纯引用计数的最大缺点（循环引用）。它们增加了额外的开销，但确保不会因为循环而导致内存泄漏。

4. Rust 的借用检查器（无 GC）

Rust 采用了一种不同的方法，完全避免了垃圾回收。相反，Rust 通过借用检查器强制执行严格的所有权规则：

• 所有权：每个值一次只有一个所有者。
• 借用：您可以借用引用（不可变或可变），但一次只允许一个可变引用，以防止出现数据竞争。
• 生命周期：编译器推断值何时超出作用域，自动释放内存。

此系统确保内存安全，无需传统的 GC，从而使 Rust 具有手动内存管理的性能优势，同时有助于避免悬空指针等常见错误。

补充说明。#数据竞争发生在并发或并行编程中，当两个或多个线程（或进程）同时访问同一内存位置，并且至少一个线程写入该位置时。由于没有机制（例如锁或原子操作）来协调这些并发访问，因此共享数据的最终状态可能不可预测且不一致——从而导致难以发现的错误。

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垃圾回收策略比较

方法	语言	优点	缺点
引用计数	早期的 Python，Objective-C	立即回收，易于实现	循环引用失效
追踪式（标记-清除）	JavaScript，Java	处理循环引用，对于大型堆效率高	停止世界暂停
分代式 GC	JavaScript，Java	针对短暂的对象进行了优化	实现更复杂
手动管理	C，C	完全控制	容易出错，需要仔细处理
混合式（引用计数 循环收集器）	现代 Python	两全其美	仍然需要定期的循环检测
借用检查器	Rust	无需 GC，防止数据竞争	学习曲线较陡峭，所有权规则

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JavaScript 如何处理常见场景

循环引用

JavaScript 的追踪式垃圾回收器可以很好地处理循环引用：

<code class="language-javascript">function example() {
  let obj = { key: "value" }; // obj 可达
  let anotherObj = obj; // anotherObj 引用 obj

  anotherObj = null; // 引用计数减少
  obj = null; // 引用计数减少到 0
  // obj 现在不可达，将被垃圾回收
}</code>

事件监听器和闭包

如果事件监听器没有正确清理，可能会无意中导致内存泄漏：

<code class="language-python">a = []
b = []
a.append(b)
b.append(a)
# 这些对象相互引用，但不可达；现代 Python 的循环收集器可以处理这种情况。</code>

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要点总结

1. JavaScript 使用带有标记-清除算法的追踪式垃圾回收器来自动管理内存。
2. 分代式 GC 通过关注短暂的对象来优化性能。
3. 其他语言使用不同的策略：
   • 引用计数：简单但容易出现循环引用。
   • 手动管理：完全控制但容易出错。
   • 混合方法：结合策略以获得更好的性能。
   • Rust 的借用检查器：无 GC，但有严格的所有权规则。
4. 注意 JavaScript 中潜在的内存泄漏，尤其是在闭包和事件监听器中。

这是一个深入了解语言用于垃圾回收策略的绝佳机会。我认为，了解垃圾回收的工作原理不仅可以帮助您编写高效的代码，还可以让您有效地调试与内存相关的错误。

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参考文献

• JavaScript 和内存管理：MDN 文档
• V8 垃圾回收：V8 博客关于垃圾回收
• Rust 的所有权：Rust 编程语言书籍
• Java 垃圾回收：Oracle 文档
• Python 的 GC：Python gc 模块

以上是了解JavaScript及以后的垃圾收集的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！