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垃圾回收机制（Garbage Collection, GC） 是一种自动化的内存管理技术，用于回收程序中不再使用的内存空间，避免内存泄漏。JavaScript（尤其是 V8 引擎）使用了一些经典的垃圾回收算法，如 标记-清除 和 分代回收。

以下是垃圾回收的原理和具体机制的详细解析：

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1. 垃圾回收的核心目标

垃圾回收的主要任务是：

1. 找出不再被引用的对象（不可达的对象）。
2. 释放这些对象所占用的内存空间。
3. 确保程序有充足的内存可以继续运行。

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2. 常见垃圾回收算法

(1) 标记-清除算法（Mark-and-Sweep）

这是最基础、最常用的垃圾回收算法。

工作原理：

1. 标记阶段（Marking Phase）：

   • 从根对象（如全局对象、栈中的局部变量）出发，递归检查每个对象是否可以到达。
   • 所有可达的对象都会被标记为“活跃”状态。

2. 清除阶段（Sweeping Phase）：

   • 遍历整个内存区域，回收没有被标记的“不可达”对象，并释放它们占用的内存。

示意图：

初始内存状态:
[根对象] --> [对象A] --> [对象B][对象C]（无引用）标记阶段:
根对象、对象A、对象B 被标记为“活跃”。
对象C 被标记为“不可达”。清除阶段:
回收对象C。

优点：

• 简单高效，适合大多数情况。

缺点：

• 垃圾回收期间可能暂停程序执行（称为“停顿”），影响性能。

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(2) 分代回收算法（Generational GC）

现代 JavaScript 引擎（如 V8）引入了分代垃圾回收机制，将内存划分为两代：

• 新生代：存放短期存活的对象（如局部变量、临时对象）。
• 老生代：存放长期存活的对象（如全局对象、大型缓存）。

工作原理：

1. 新生代和老生代分别使用不同的垃圾回收策略：

   • 新生代垃圾回收：采用Scavenge算法，因为新生代中的大多数对象存活时间短，清理时只关注少量存活对象。
   • 老生代垃圾回收：采用标记-清除和标记-整理算法，因为老生代中对象存活时间较长，内存碎片化问题更严重。

2. 当新生代的对象存活时间足够长时，会被移动到老生代（称为晋升）。

Scavenge算法（用于新生代）：

• 将新生代内存分为两个区域：From 空间和To 空间。
• 活跃对象从 From 空间复制到 To 空间。
• 清空 From 空间，交换 From 和 To 空间角色。

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(3) 引用计数算法（Reference Counting）

这是另一种垃圾回收方法，通过跟踪对象的引用次数来判断对象是否可以被回收。

工作原理：

• 每个对象维护一个“引用计数”。
• 当有新的引用指向对象时，计数 +1。
• 当引用被移除时，计数 -1。
• 如果计数为 0，回收该对象。

缺点：

• 无法处理循环引用：

  let a = {};
  let b = {};
  a.ref = b;
  b.ref = a;
  // 两者引用计数都不为 0，但实际上已无法访问。
  

由于这个问题，JavaScript 已很少使用引用计数，而采用更强大的标记-清除算法。

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3. 垃圾回收的优化机制

(1) 增量回收（Incremental GC）

为了减少标记-清除算法中的全局暂停，增量回收将垃圾回收的过程拆分为多个小步骤，逐步完成垃圾回收。

(2) 并发回收（Concurrent GC）

垃圾回收操作与主线程的代码执行并发进行，进一步减少停顿时间。

(3) 增量标记（Incremental Marking）

在标记阶段分多次完成扫描，避免一次性暂停程序执行。

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4. JavaScript 垃圾回收中的 V8 引擎实现

V8 引擎采用了分代垃圾回收机制，结合了标记-清除和增量回收策略：

1. 新生代垃圾回收（Scavenge）：

   • 小对象存活时间短，快速回收。
   • 复制存活对象，清空其余内存。

2. 老生代垃圾回收（Mark-and-Sweep / Mark-and-Compact）：

   • 使用标记-清除算法，定期整理内存以减少碎片。

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5. 代码实践中的影响

避免内存泄漏的常见情况：

• 未清理的全局变量：

  window.globalVar = "I'm here forever";
  

• 闭包引用：

  function outer() {let obj = { key: "value" };return function inner() {console.log(obj);};
  }
  let closure = outer();
  // obj 将一直被引用，不会被回收。
  

• 事件监听未移除：

  const element = document.getElementById("button");
  element.addEventListener("click", () => {console.log("Clicked");
  });
  // 如果 element 被移除但事件监听器未清理，内存无法释放。
  

优化内存使用的建议：

1. 尽量避免创建不必要的全局变量。
2. 使用 WeakMap 或 WeakSet 存储可能被销毁的对象引用。
3. 确保手动移除事件监听器和 DOM 节点引用。

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总结来说，垃圾回收机制极大简化了 JavaScript 的内存管理，但了解其原理和局限性有助于编写更高效和稳定的代码。