JavaScript垃圾回收機(jī)制實(shí)現(xiàn)方法

更新時(shí)間：2025年08月22日 10:59:55 作者：超級(jí)無敵大蟑王

垃圾回收的基本思路是確定哪些變量不會(huì)再次被使用,然后回收這些變量占用的內(nèi)存,本文給大家介紹JavaScript垃圾回收機(jī)制實(shí)現(xiàn)方法,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

1.垃圾回收的概念

JavaScript使用垃圾自動(dòng)回收機(jī)制進(jìn)行內(nèi)存管理，無需程序員手動(dòng)分配和釋放內(nèi)存。垃圾回收的基本思路是確定哪些變量不會(huì)再次被使用，然后回收這些變量占用的內(nèi)存。垃圾回收過程是周期性的，垃圾回收程序每隔一段時(shí)間會(huì)運(yùn)行一次，垃圾回收也會(huì)影響到應(yīng)用程序的性能。常用的垃圾回收機(jī)制主要包括標(biāo)記清除和引用計(jì)數(shù)。

1.1 什么是垃圾回收機(jī)制：

GC 即 Garbage Collection ，程序工作過程中會(huì)產(chǎn)生很多"垃圾"，這些垃圾是程序不用的內(nèi)存或者是之前用過了，以后不會(huì)再用的內(nèi)存空間，而 GC 就是負(fù)責(zé)回收垃圾的，因?yàn)樗ぷ髟谝鎯?nèi)部，所以對(duì)于我們前端來說，GC 過程是相對(duì)比較無感的，這一套引擎執(zhí)行而對(duì)我們又相對(duì)無感的操作也就是常說的 垃圾回收機(jī)制
不是所有語言都有 GC，一般的高級(jí)語言里面會(huì)自帶 GC，比如 Java、Python、JavaScript 等，也有無 GC 的語言，比如 C、C++ 等，那這種就需要我們程序員手動(dòng)管理內(nèi)存了，相對(duì)比較麻煩
在像 C/C++ 這樣的語言中，開發(fā)者需要手動(dòng)分配（malloc）和釋放（free）內(nèi)存。這種方式非常靈活，性能也高，但有兩個(gè)致命缺點(diǎn)：

忘記釋放：會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，程序占用的內(nèi)存會(huì)隨著時(shí)間推移越來越多，最終可能導(dǎo)致程序崩潰或系統(tǒng)變慢。
提前釋放：或釋放了多次，會(huì)導(dǎo)致懸掛指針，當(dāng)程序嘗試訪問一個(gè)已經(jīng)被釋放的內(nèi)存地址時(shí)，會(huì)引發(fā)不可預(yù)知的錯(cuò)誤（通常是程序崩潰）。

JavaScript中存在兩種變量：局部變量和全局變量。全局變量的生命周期會(huì)持續(xù)到頁面卸載；而局部變量聲明在函數(shù)中，它的生命周期從函數(shù)執(zhí)行開始，直到函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，在這個(gè)過程中，局部變量會(huì)在堆或棧中存儲(chǔ)它們的值，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，這些局部變量不再被使用，它們所占有的空間就會(huì)被釋放。（不過，當(dāng)局部變量被外部函數(shù)使用時(shí)，其中一種情況就是閉包，在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，函數(shù)外部的變量依然指向函數(shù)內(nèi)部的局部變量，此時(shí)局部變量依然在被使用，所以不會(huì)回收。）

2.垃圾回收機(jī)制是如何實(shí)現(xiàn)的

2.1核心理念：

GC 機(jī)制的核心思想是可達(dá)性。簡單來說，就是判斷一個(gè)對(duì)象是否“可達(dá)”，如果不可達(dá)，它就是“垃圾”。

可達(dá)的對(duì)象：以某種方式被訪問或使用的對(duì)象。
不可達(dá)的對(duì)象：無法被訪問到的對(duì)象，可以被安全地回收。

GC 會(huì)有一系列的根對(duì)象，它們是可達(dá)性的起點(diǎn)。在 JavaScript 中，主要的根包括：

全局對(duì)象：比如瀏覽器環(huán)境下的 window 對(duì)象，Node.js 環(huán)境下的 global 對(duì)象。
因?yàn)槿謱?duì)象在應(yīng)用程序的整個(gè)生命周期內(nèi)都存在。只要你的網(wǎng)頁開著，window 對(duì)象就永遠(yuǎn)不會(huì)消失。它是所有全局變量和內(nèi)置API（如 setTimeout, localStorage）的宿主。如果它被回收了，整個(gè)JavaScript環(huán)境就都將崩塌。因此，全局對(duì)象是GC最重要、最基礎(chǔ)的一個(gè)“根”。

函數(shù)調(diào)用棧：當(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)中的局部變量和參數(shù)。
因?yàn)楫?dāng)前正在執(zhí)行的代碼和它所依賴的數(shù)據(jù)，理所當(dāng)然是“存活”的。調(diào)用棧代表了程序執(zhí)行的“此時(shí)此刻”。如果這些正在使用的變量被回收了，程序?qū)⒘⒓闯鲥e(cuò)。因此，調(diào)用棧中所有棧幀里的變量和參數(shù)，都被視為臨時(shí)的“根”。

活躍的 DOM 樹：頁面上存在的 DOM 元素。
因?yàn)镈OM節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成用戶界面的實(shí)體。用戶能看到、能與之交互的元素，必須始終存在于內(nèi)存中，瀏覽器需要依據(jù)它來進(jìn)行繪制和響應(yīng)事件。因此，所有在DOM樹上的節(jié)點(diǎn)都被認(rèn)為是“可達(dá)的”。

垃圾回收器會(huì)從這些“根”出發(fā)，沿著引用鏈進(jìn)行遍歷。所有能從“根”訪問到的對(duì)象，都會(huì)被認(rèn)為是“活”的（可達(dá)的）；反之，所有無法從“根”訪問到的對(duì)象，就會(huì)被認(rèn)為是“死”的（不可達(dá)的），并成為垃圾回收的目標(biāo)。

// 創(chuàng)建一個(gè)根對(duì)象，并被變量 user 引用
let user = {
  name: "Alice"
};
// 原來的 { name: "Alice" } 對(duì)象失去了引用，因此它變成了不可達(dá)對(duì)象，等待被回收。
user = null;

2.2主流垃圾回收算法

瀏覽器通常使用的垃圾回收方法有兩種：標(biāo)記清除，引用計(jì)數(shù)。

2.2.1標(biāo)記清除

這是現(xiàn)代瀏覽器中最常用的垃圾回收算法。它完美地解決了循環(huán)引用的問題。

原理：分為兩個(gè)階段：
1. 標(biāo)記階段：垃圾回收器從“根”對(duì)象開始，遍歷所有可達(dá)的對(duì)象，并在這些對(duì)象上打上一個(gè)“標(biāo)記”，表示它們是存活的。
2. 清除階段：垃圾回收器遍歷整個(gè)堆內(nèi)存，所有沒有被標(biāo)記的對(duì)象都被視為垃圾，并被回收，其占用的內(nèi)存被釋放。
優(yōu)點(diǎn)：可以解決循環(huán)引用的問題。因?yàn)榧词?objA 和 objB 互相引用，但如果它們都無法從“根”訪問到，那么它們就都不會(huì)被標(biāo)記，最終會(huì)被一起清除。

function createCircularReference() {
  let objA = {};
  let objB = {};
  objA.b = objB; 
  objB.a = objA; 
}
createCircularReference();

缺點(diǎn)：
- 執(zhí)行效率問題：GC 執(zhí)行時(shí)，需要暫停整個(gè)程序的運(yùn)行，如果堆內(nèi)存很大，標(biāo)記和清除會(huì)很耗時(shí)。
- 內(nèi)存碎片化：清除后，會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片。如果之后需要分配一個(gè)大對(duì)象，可能會(huì)因?yàn)闆]有足夠大的連續(xù)空間而失敗。

2.2.2引用計(jì)數(shù)

這是早期的一種 GC 算法，思想非常簡單。

原理：為每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)“引用計(jì)數(shù)器”。當(dāng)有一個(gè)引用指向該對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)器加1；當(dāng)引用被移除時(shí)，計(jì)數(shù)器減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器變?yōu)?時(shí)，表示該對(duì)象不再被需要，可以被回收。
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，垃圾可以被立即回收，不會(huì)有“暫停”的感覺。
致命缺點(diǎn)：無法處理循環(huán)引用。
看下面的例子：

這種情況下，就要手動(dòng)釋放變量占用的內(nèi)存：

obj1.a =  null
obj2.a =  null

2.3 V8 引擎的優(yōu)化：分代回收

為了解決標(biāo)記-清除算法的效率問題，Google 的 V8 引擎（用于 Chrome 和 Node.js）采用了一種更先進(jìn)的策略：分代回收。
這個(gè)策略基于一個(gè)重要的觀察：“大部分對(duì)象都是朝生夕死的”。也就是說，很多對(duì)象在創(chuàng)建后很快就不再被使用，而少數(shù)對(duì)象會(huì)存活很長時(shí)間。

V8 將堆內(nèi)存分為兩個(gè)主要區(qū)域：
新生代：Scavenge 算法

特點(diǎn)：存放生命周期短的對(duì)象，空間較小（通常為 1-8MB），垃圾回收頻繁且速度快。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)：新生代內(nèi)存被平分為兩個(gè)相等的空間：From 空間（使用中） 和 To 空間（空閑）。
**回收過程：
1. 新對(duì)象首先被分配在 From 空間。
2. 當(dāng) From 空間快要被占滿時(shí)，觸發(fā)一次新生代的 GC。
3. GC 會(huì)檢查 From 空間中的存活對(duì)象，并將它們復(fù)制到 To 空間。
4. 復(fù)制完成后，F(xiàn)rom 空間剩下的所有對(duì)象都是垃圾。整個(gè) From 空間被一次性清空。
5. From 空間和 To 空間的角色互換，等待下一次 GC。
晉升：如果一個(gè)對(duì)象在新生代中經(jīng)過了多次 Scavenge 依然存活，那么它被認(rèn)為是生命周期較長的對(duì)象，會(huì)被“晉升”到老生代中。此外，如果復(fù)制一個(gè)對(duì)象到 To 空間時(shí)，To 空間的使用率超過了25%，該對(duì)象也會(huì)被直接晉升到老生代。
老生代：標(biāo)記-清除與標(biāo)記-整理
特點(diǎn)：存放生命周期長或體積大的對(duì)象，空間較大，GC 頻率較低。
回收過程：
1. 主要使用標(biāo)記-清除算法，流程如前所述。
2. 為了解決內(nèi)存碎片化問題，V8 引入了標(biāo)記-整理算法。它在標(biāo)記階段之后，不是直接清除垃圾，而是將所有存活的對(duì)象向內(nèi)存的一端移動(dòng)，然后直接清理掉邊界之外的所有內(nèi)存。這樣就得到了連續(xù)的空閑空間。

3.減少垃圾回收

3.1 手動(dòng)處理：
雖然瀏覽器可以進(jìn)行垃圾自動(dòng)回收，但是當(dāng)代碼比較復(fù)雜時(shí)，垃圾回收所帶來的代價(jià)比較大，所以應(yīng)該盡量減少垃圾回收。

對(duì)數(shù)組進(jìn)行優(yōu)化：在清空一個(gè)數(shù)組時(shí)，最簡單的方法就是給其賦值為[ ]，但是與此同時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的空對(duì)象，可以將數(shù)組的長度設(shè)置為0，以此來達(dá)到清空數(shù)組的目的。
對(duì)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化：對(duì)象盡量復(fù)用，對(duì)于不再使用的對(duì)象，就將其設(shè)置為null，盡快被回收。

避免意外的全局變量：
始終使用 const 或 let 聲明變量，開啟嚴(yán)格模式（'use strict';）。

function leakyFunction() {
  // 如果沒有 'let' 或 'const', a 會(huì)被創(chuàng)建為全局變量
  // 它將永遠(yuǎn)不會(huì)被回收，除非手動(dòng)設(shè)為 null
  a = new BigObject();
}

警惕閉包：
閉包是 JavaScript 的強(qiáng)大特性，但也很容易造成內(nèi)存泄漏。閉包可以使其父函數(shù)中的變量在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后仍然存活。

function createClosure() {
  let largeData = new Array(1e6).fill('*'); 
  // 這個(gè)返回的函數(shù)持有了對(duì) largeData 的引用
  return function() {
  	...
    return largeData.length;
  };
}
let myClosure = createClosure();
// 即使 createClosure 執(zhí)行完畢，largeData 也不會(huì)被回收，因?yàn)樗?myClosure 引用。
// 如果不再需要它，應(yīng)手動(dòng)解除引用。
myClosure = null;

定時(shí)器和事件監(jiān)聽器：
setInterval, setTimeout 和 addEventListener 如果不被正確清理，它們的回調(diào)函數(shù)和其引用的外部變量都不會(huì)被回收。

let element = document.getElementById('my-button');
let largeData = new BigObject();
function onClick() {
  // do something with largeData
}
element.addEventListener('click', onClick);
// 正確做法：
// element.removeEventListener('click', onClick);
// element = null;

在組件銷毀或元素移除時(shí)，務(wù)必使用 clearInterval, clearTimeout 和 removeEventListener 清理掉相關(guān)的定時(shí)器和監(jiān)聽器。

面試標(biāo)準(zhǔn)答案（背下來?。?br />Q：請(qǐng)簡述 JavaScript 的垃圾回收機(jī)制。

A：
JavaScript 的垃圾回收（GC）是自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，核心是??標(biāo)記清除??和??引用計(jì)數(shù)??。

??標(biāo)記清除??：從根對(duì)象（如全局變量）出發(fā)，標(biāo)記所有可達(dá)對(duì)象，清除未標(biāo)記的內(nèi)存。??優(yōu)點(diǎn)??是解決循環(huán)引用問題，??缺點(diǎn)??是執(zhí)行時(shí)可能短暫卡頓。
引用計(jì)數(shù)??：記錄每個(gè)對(duì)象的引用次數(shù)，歸零時(shí)立即回收。??缺點(diǎn)??是無法處理循環(huán)引用，可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

V8 引擎的優(yōu)化：

分代回收：新生代（存活時(shí)間短）用Scavenge算法，老生代用標(biāo)記清除/整理。
增量回收：將GC任務(wù)拆分成小任務(wù)，減少卡頓。。

避免內(nèi)存泄漏：

避免意外全局變量。
及時(shí)清除定時(shí)器、事件監(jiān)聽。
謹(jǐn)慎使用閉包引用大對(duì)象。
清理無用的 DOM 引用。