V8内存回收机制

V8 采用的垃圾回收算法（2019年）

内存回收机制的基本组成部分

识别存活/已死亡对象
回收死亡对象的内存
整合分片化内存（可选）

v8垃圾回收机制分为Major GC和Minor GC两种内存回收器

Major GC：Mark Compact（针对整个堆空间）
Minor GC：Scavenge & Minor Mark Sweep（针对新生代）

Major GC (Full Mark-Compact)

major gc负责从整个堆内存中回收垃圾内存。

上图为最简单的版本，将Major GC 分为三个阶段: marking, sweeping和compacting，存在很大的延迟，影响性能。

Marking

通过可达性判断对象是否存活（可达：当前运行状态可引用的对象；不可达：其他所有不被引用对象）
首先从已知对象指针根集合（执行栈、全局对象）开始查找指针对应对象并将其标记为可达，然后递归遍历。
V8使用三色标记法来标记对象，每个对象通过两个标记位和一个标记列表来实现标记，两个标记为标识三种颜色：白色（00）、灰色（10）和黑色（11）。最初所有对象都是白色，当垃圾回收器发现白色物体并将其推送到标记列表时，它会变成灰色。当收集器从标记工作列表弹出对象并访问其所有字段时，灰色对象变为黑色。当不再有灰色对象时，标记完成，所有剩余白色物体都无法到达，可以安全地回收。

三色标记法

黑色表示正在使用的对象，不能回收
灰色表示通过黑色对象可以被访问的对象，需要加入worklist；在worklist的对象会在下一次迭代中标记为黑色
白色表示在当前状态下，不能被访问到的对象
GC算法标记结束后，白色对象将被释放。当前漏洞成因是一个能够被访问到的对象在GC算法结束时，被错误地标记为白色，导致被释放，出现UAF。

Sweeping

将死亡对象（不可达对象）添加到free-lists。每一段内存区域对应一个free-list，方便后续查找死亡对象进行释放以及重新申请内存。

Compaction

major gc在此阶段根据该内存页的分片情况选择是否进行Compact。
Compact策略是将分片比较严重的内存页中的存活对象复制到其他内存页，从而保证该内存页仅剩死亡对象，方便后续的内存回收。
弊端：需要复制大量的存活对象，因此仅当内存页分片比较严重时才会这样做。其他情况则仅做sweeping操作。

Major GC源码分析

Minor GC (Scavenger)

Generational layout

V8中的堆内存被分为不同的区域，称为“generations”。分为新生代（young generation，分为nursery和intermediate）和老生代（old generation）。
初始申请对象的堆内存时，将其申请在nursery空间。如果在下一次GC后，该对象仍然标记为存活，则将其移动到intermediate区域。如果再一次GC后，该对象仍然存活，则将其移动到老生代区域。（基于大部分申请对象的存活周期都比较短的现象）。

Cheney’s Semispace Copy

分为三步（Marking，Evacuating，Pointer-updating）
每次gc后存活对象会被迁移到新的内存页。使用”semi-space”设计，一半为全空（To-Space，intermediate），另一半为Nursery区域（From-Space）。
在scavenge过程中，需要额外维护一个根集合（Old-to-young generation references：老生代的指针引用新生代的对象）。使用remebered set、write-barriers来维护该集合。

When combined with the stack and globals, we know every reference into the young generation, without the need to trace through the entire old generation.

Marking：以调用栈以及old-to-young generation reference作为根集合开始递归搜索并移动。
Evacuation：将所有存活对象移动到一段连续内存，可以解决内存分片的问题。然后将两个空间翻转重新开始下一轮gc。

两轮都存活则移动到old-space。
Pointer-Updating： 最后更新指向移动过的对象的指针。每一个拷贝的对象都会遗留一个forwarding-address来更新原指针指向新地址。

Minor GC源码分析

Write-barriers

具体见[[2025-07-25-Write Barrier.md|Write-barriers]]

parallel Mark-Evacuate（Since V6.2）

基于Major GC的Mark-Sweep-Compact垃圾回收器实现。分为三步（Marking， Copying，Updating pointers）
没有使用sweep机制，仍然使用semispace机制来保证compact特性。
分为多个线程，分别负责一段内存区域；每一个阶段完成进入下一阶段前需要进行线程间同步。

parallel Scavenge

将parallel Mark-Evacuate的三个阶段合并起来，每个内存页维护remembered set。对象并行处理，新发现的对象被添加到global work list用于gc线程处理。write barrier确保了当前处理对象不适合gc处理时，不会过早终止
parallel Mark Evacuate与parallel Scavenge的区别见：[[2025-07-25-parallel Mark-Evaculate vs parallel Scavenge|Parallel Mark-Evaculate vs Parallel Scavenge]]

Orinoco(Google GC项目名称)

介绍了一些gc里面的名词

Parallel

主线程与其他工作线程一起完成gc工作：

Incremental

分为多个小阶段

Concurrent

交由工作线程处理，等结果返回后交付给主线程处理

垃圾回收机制的创新，哪些时候引入的

Jank Busters Part One（2015）

原始版本：Chrome 41 -> 46
优化前：

优化后：

Jank Busters Part Two（2016）

优化1：实现 generational garbage collectorparallel处理。
优化前：

优化后：

优化2：更新了跟踪指针方式（rememberd set），改变指针方向，避免指针重复以及race。

优化3：black allocation（Since V8 5.1），对垃圾回收的标记阶段的提升，所有位于old generations的对象都被标记为黑色，表示该对象为存活对象，对应三色标记法。

可以直接申请到black page上；
无需sweep；
加速了incremental marking，因为通过black allocation的不会增加其工作量；

State of GC in V8

Scavenging

parallel scavenging

Major GC

concurrent Marking，concurrent Sweeping / parallel compaction + pointer updating

Idle-time GC

空闲时间gc

源码分析

源码位置在//v8/src/heap/目录下。
需要关注分析的文件：

# some basic utils
heap.cc -> heap definition
# minor gc
scavenger.cc -> minor gc scavenger
minor-mark-sweep.cc -> minor gc mark sweep
# major gc
mark-compact.cc -> major gc mark compact
# some techniques
evacuation-allocator.cc -> minor gc evacuation
incremental-marking.cc -> incremental-marking

GarbageCollector类定义//v8/src/heap/heap.cc

选择GarbageCollector函数Heap::SelectGarbageCollector，//v8/src/heap/heap.cc

Mark-Compact

CollectGarbage函数（//v8/src/heap/mark-compact.cc），包含基本流程：
![[2025-07-14-V8内存回收机制/file-20250725163835844.png]]

Mark相关函数，详见：Mark Compact: Mark
Sweep相关函数，详见：Mark Compact: Sweep
Evacuate相关函数，详见：Mark Compact: Evacuate
Finish函数：收尾工作，将延迟释放的释放掉，以及释放申请的资源等。

Scavenger

CollectGarbage函数（//v8/src/heap/scavenger.cc），包含基本流程（swap semispace, iterate marking, promote, update）：
该函数详见：Scavenger CollectGarbage

Mark-Sweep

CollectGarbage函数（//v8/src/heap/minor-mark-sweep.cc），包含基本流程：
![[2025-07-14-V8内存回收机制/file-20250726143701519.png]]

MarkLiveObjects函数：与Mark Compact的MarkLiveObject函数类似，但更关注于Young Generation对象。
Sweep函数：sweep+update

历史漏洞分析

Chrome V8漏洞（CVE-2021-37975）分析

详细分析见：CVE-2021-37075复现

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