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深入内存原理谈JS中变量存储在堆中还是栈中

2024-04-02 19:04:59 471人浏览八月长安

摘要

目录一、装不进冰箱的大象二、影分身的字符串三、如朕亲临的 ‘奇球'四、扑朔迷离的数字五、小结：基本类型到底存在哪里？javascript中基本类型存储在堆中还是栈中？ ---- 不基

一、装不进冰箱的大象

让我们看一下这段代码：

在这里，我们声明了一个67MiB大小的字符串，如果字符串真的存在栈中，这就不好解释了。毕竟，v8默认的栈区大小为984KiB。肯定是存不下的。

注：在不同时期，不同操作系统中V8对于字符串大小的限制并不相同。大概有个范围是256MiB ～ 1GiB


node --v8-options | grep -B0 -A1 stack-size

说到这里，各位是不是心里已经开始疑惑了呢。难道百度的答案不对，得用谷歌搜？

让我们看看这到底是怎么回事。

二、影分身的字符串


const BasicVarGen = function () {
    this.s1 = 'IAmString'
    this.s2 = 'IAmString'
}


let a = new BasicVarGen()
let b = new BasicVarGen()

在这里，我们声明了两个一样的对象，每个对象包括两个相同的字符串。

通过开发者工具，我们看到虽然我们声明了四个字符串，但是其内存指向了同一个地址。

备注：chrome无法查看实际地址，此处为抽象后的地址

这说明了啥？说明了四个字符串中存的是引用地址。

所以上文中那个无法装进冰箱的大象，也就好解释了。字符串并没有存到栈中，而是存到了一个别的地方，再把这个地方的地址存到了栈中。

那，让我们修改一下其中一个字符串的内容


const BasicVarGen = function () {
    this.s0 = 'IAmString'
    this.s1 = 'IAmString'
}


let a = new BasicVarGen()
let b = new BasicVarGen()
debugger
a.s0 = 'different string'
a.s2 = 'IAmString'

debugger之前的内存快照

debugger之后的内存快照

我们可以看到，a.s0 一开始内容为 ‘IAmString' ，在我们修改其内容后，地址发生了变化。

而我们新增的a.s2 其内容为 ‘IAmString' ，其地址与其他值为 ‘IAmString' 的变量保持一致。

当我们声明一个字符串时：

v8内部有一个名为stringTable的HashMap缓存了所有字符串，在V8阅读我们的代码，转换抽象语法树时，每遇到一个字符串，会根据其特征换算为一个hash值，插入到hashmap中。在之后如果遇到了hash值一致的字符串，会优先从里面取出来进行比对，一致的话就不会生成新字符串类。
缓存字符串时，根据字符串不同采取不同hash方式。

所以让我们梳理一下，在我们创建字符串的时候，V8会先从内存中（哈希表）查找是否有已经创建的完全一致的字符串，如果存在，直接复用。如果不存在，则开辟一块新的内存空间存进这个字符串，然后把地址赋到变量中。这也是为什么我们不能直接用下标的方式修改字符串: V8中的字符串都是不可变的。

拿出一个js的基本类型拷贝举例讲一下v8的实现逻辑和常规的大家理解的逻辑(雅文)

例:


var a = "刘潇洒";   // V8读取字符串后，去stringTable查找是否存在 不存在 hashTable 插入 '刘潇洒' 并把'刘潇洒'的引用存入 a
var b = a; // 直接拷贝 '刘潇洒' 的引用 
b = "谭雅文"; // 查找 无 存入stringTable

疑问点：


const BasicVarGen = function () {
    this.s0 = 'IAmString'
    this.s1 = 'IAmString'
}


let a = new BasicVarGen()
let b = new BasicVarGen()
debugger
a.s0 = 'different string'
a.s2 = 'IAmString'


a.s3 = a.s2+a.s0;   // 疑问点： 字符串拼接做了哪些操作？
a.s4 = a.s2+a.s

同时申请两个拼接的字符串，内容相同。

可以看到，虽然其内容相同。但是地址并不相同。而且，地址前方的Map描述也发生了变化。

字符串拼接时如果以传统方式（如 SeqString）存储，拼接操作的时间复杂度为 O(n) ，采用绳索结构[Rope Structure] （也就是 ConsString 所采用的数据结构）可以减少拼接所花费的时间。

如果字符串是这样，那别的基本类型也是如此么？

三、如朕亲临的 ‘奇球'

说完字符串，让我们看看V8中另外一类典型的‘基本类型'：oddBall。

拓展自oddBall的type

让我们再做一个小实验：

我们可以看到上图中列举的基本类型，地址也是相同的。在赋值时，也是就地复用。（而且这些拓展自oddBall的基本类型，其地址是固定的，也就是说，在V8跑起来的第一时间，不管我们有没有声明这些基本类型，他们都已经被创建完毕了。而我们声明对象时，赋的是他们的引用。这也可以解释为什么我们说基本类型是赋到栈中：在V8中，存放在 @73 的值，永远是空字符串，那么v8就可以等效把这些地址视为值本身。）

让我们看看源码，验证一下：

生成各种oddBall类型的方法，可以看出返回的是一个地址

undefined赋值给一个变量，其实赋的是地址

getRoot方法

偏移量定义的地方

四、扑朔迷离的数字

之所以叫扑朔迷离的数字，是因为还没有搞明白其分配与改变时内存分配的机制。（其内存是动态的）

数字在V8中分为 smi 和 heapNumber。

smi 直接存进内存范围为：-2³¹ 到 2³¹-1（2³¹≈2*10⁹）的整数

heapNumber 类似字符串不可变范围为：所有非smi的数字

最低位用来表示是否为指针最低位为1 则是一个指针


const o = {
  x: 42,  // Smi
  y: 4.2, // HeapNumber
};

o.x 中的 42 会被当成 Smi 直接存储在对象本身，而 o.y 中的 4.2 需要额外开辟一个内存实体存放，并将 o.y 的对象指针指向该内存实体。

如果是 32 位操作系统，用32位表示smi 可以理解，可是64位操作系统中，为什么 smi 范围也是 -2³¹ 到 2³¹-1（2³¹≈2*10⁹）？

ECMAScript 标准约定 number 数字需要被当成 64 位双精度浮点数处理，但事实上，一直使用 64 位去存储任何数字实际是非常低效的（空间低效，计算时间低效 smi大量使用位运算），所以 JavaScript 引擎并不总会使用 64 位去存储数字，引擎在内部可以采用其他内存表示方式（如 32 位），只要保证数字外部所有能被监测到的特性对齐 64 位的表现就行。


const cycleLimit = 50000
console.time('heapNumber')
const foo = { x: 1.1 };
for (let i = 0; i < cycleLimit; ++i) {
// 创建了多出来的heapNumber实例
  foo.x += 1; 
}
console.timeEnd('heapNumber') // slow   


console.time('smi')
const bar = { x: 1.0 };
for (let i = 0; i < cycleLimit; ++i) {
  bar.x += 1;
}
console.timeEnd('smi')  // fast

疑问点：


const BasicVarGen = function () {


    this.smi1 = 1
    this.smi2 = 2
    this.heapNumber1 = 1.1
    this.heapNumber2 = 2.1
}
    let foo = new BasicVarGen()
    let bar = new BasicVarGen()
    
    debugger
    
    baz.obj1.heapNumber1 ++