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垃圾回收：Scavenge 算法

Scavenge 算法是一种特定于垃圾回收（Garbage Collection, GC）技术的算法，主要在一些现代编程语言的运行时环境中被实现，例如在 V8 JavaScript 引擎中。它是一种采用分代回收（Generational Collection）策略的垃圾回收机制的一部分，着重于快速高效地回收年轻代（Young Generation）中的对象。

垃圾回收与分代假说

  • 垃圾回收：垃圾回收是自动管理内存的过程，它追踪哪些对象不再被程序需要，并释放这些对象占用的内存。
  • 分代假说：大多数编程语言的垃圾回收器基于分代假说，这个假说认为大多数对象在内存中存活时间很短，而只有少数对象需要长时间存活。

Scavenge 算法主要特点

  • 简单高效：Scavenge 算法通过将堆内存分为两部分（通常称为半空间，semispaces），在对象很少从年轻代晋升到老年代的情况下，可以非常快速地进行垃圾回收。

  • 复制算法：在一个半空间（活动空间）中分配对象，当这个空间满了的时候，Scavenge 算法会检查存活的对象，并将它们复制到另一个半空间（空闲空间），同时回收原空间的所有内存。这一过程中，活着的对象也可能根据其存活时间被晋升到老年代空间。

  • 暂停时间短：Scavenge 算法在执行垃圾回收期间需要暂停程序的执行（Stop-The-World），但由于只作用于年轻代（这部分空间相对较小），导致回收过程中的暂停时间很短，这对于需要高响应性的应用程序非常重要。

  • 空间换时间：由于 Scavenge 算法使用了两个半空间，并且一次只能使用一个半空间进行对象分配，实际上它牺牲了一半的堆内存空间以换取垃圾回收的速度和效率。这种方法对于内存不是非常紧张的现代应用通常是可接受的。

应用

Scavenge 算法（尤其是其改进版本，如 V8 引擎中的 Orinoco 垃圾回收器）在提供快速回收和减少暂停时间方面表现出色，特别适用于需要处理大量短命对象且对暂停时间敏感的场景，如 Web 服务器和交云性高的前端应用等。

js 模拟算法实现

实现一个完整的 Scavenge 算法或任何一种垃圾回收算法在 JavaScript 中是不切实际的，因为 JavaScript 语言本身并不允许直接控制内存分配或回收细节。垃圾回收是由 JavaScript 引擎（比如 V8、SpiderMonkey 或 JavaScriptCore）在底层实现的，开发者通常无法（也不需要）直接操作这个过程。

但是，我们可以试着模拟一个简化版的 Scavenge 垃圾回收算法的行为来帮助理解其工作原理。Scavenge 算法使用两块大小相等的内存区域（称为 semispaces）—— 一块是活动空间，另一块是空闲空间。对象最初分配在活动空间中，当活动空间填满时，算法会遍历活动空间，将存活的对象复制到空闲空间中，并清理整个活动空间。

请注意，下面的代码示例是一个极度简化的模型，用于教育目的，不能用于生产环境中的垃圾回收。

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class ScavengeGC {
  constructor(size) {
    this.size = size; // 内存空间的大小
    this.activeSpace = new Map(); // 活动空间
    this.inactiveSpace = new Map(); // 空闲空间
  }

  allocate(object) {
    if (this.activeSpace.size >= this.size) {
      this.scavenge(); // 如果活动空间已满，运行垃圾回收
    }
    if (this.activeSpace.size < this.size) {
      // 分配对象到活动空间
      const objectId = Symbol(); // 生成一个唯一标识符作为对象的ID
      this.activeSpace.set(objectId, object);
      return objectId;
    }
    throw new Error('Out of memory'); // 内存不足
  }

  scavenge() {
    // 将存活的对象从活动空间复制到空闲空间
    for (const [id, obj] of this.activeSpace) {
      if (this.isAlive(obj)) { // 假设有一个方法来判断对象是否存活
        this.inactiveSpace.set(id, obj);
      }
    }
    // 清理活动空间并交换活动空间和空闲空间
    this.activeSpace.clear();
    [this.activeSpace, this.inactiveSpace] = [this.inactiveSpace, this.activeSpace];
  }

  isAlive(obj) {
    // 为简化模型，假设所有对象都是存活的
    return true;
  }
}

// 创建一个简单的测试实例
const gc = new ScavengeGC(10); // 假设空间大小为10个对象

// 模拟分配和回收过程
for (let i = 0; i < 20; i++) {
  gc.allocate({ data: i }); // 分配20个对象来观察垃圾回收行为
}

这个示例中的 ScavengeGC 类实例化时创建了两块 “内存空间”（实际上是使用 Map 对象模拟的），并通过 allocate 方法来模拟对象分配。当活动空间满了，scavenge 方法模拟了垃圾回收过程：存活对象被复制到空闲空间中，然后清理和交换两个空间。

请记住，这只是一个非常基础和简化的模型，真实的 Scavenge 算法要复杂得多，且具体实现细节因 JavaScript 引擎的不同而异。

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