Куча V8 и раскладка объекта

Куча — не один пул, это несколько пространств

V8 не относится к куче как к одному нерасчленённому блобу. Он разбивает её на пространства (spaces), у каждого своя стратегия аллокации и своё отношение к сборщику мусора. Разбиение продиктовано поколенческой гипотезой: большинство объектов умирает молодыми, поэтому выгодно аллоцировать их где-то дёшево и одноразово и «продвигать» лишь редких выживших.

• New space (молодое поколение) — маленькое (от пары МБ до десятков МБ), где рождается каждый нормальный объект. Оно разбито на два semi-space (from-space и to-space). Аллокация тут — это дешёвый путь, описанный ниже. New space собирается очень часто минорным GC под названием Scavenger.
• Old space (tenured) — большое, куда объекты, пережившие пару Scavenge, продвигаются. Собирается редко мажорным GC (mark-compact). Долгоживущие данные живут здесь.
• Large object space (LOS) — объекты выше порога (около 600 KB, примерно полнабора страниц) аллоцируются здесь напрямую и никогда не двигаются, потому что копировать огромный объект на каждый GC расточительно. Большой типизированный массив или гигантская строка попадают сюда.
• Code space — держит JIT-скомпилированный машинный код от Sparkplug/Maglev/TurboFan. Часто в паре с выделенным code-range, чтобы сгенерированный код лежал в известной области.
• Read-only space — неизменяемые корни (общий Oddball undefined, частые Map, интернализированные корни строк). Будучи неизменяемым, оно может быть общим на изоляты, экономя память, когда вы порождаете много воркеров.

Вместе эти пространства реализуют одну дисциплину: аллоцируй дёшево и временно, плати позже только если данные выживают. Без разбиения каждая аллокация требовала бы управления free-list с рождения, а каждый GC обрабатывал бы страницы с кодом, неизменяемые корни и гигантские массивы так же, как обычные короткоживущие объекты — делая и аллокацию, и сборку несравнимо дороже.

(Исторически было и отдельное Map space под hidden classes; позже V8 свернул его в old space.)

Bump-pointer аллокация: почему new почти бесплатен

Внутри semi-space аллокация — это bump-pointer (продвижение указателя). V8 держит два значения: указатель на следующий свободный байт (top) и конец пространства (limit). Чтобы аллоцировать N байт:

// Концептуальный быстрый путь аллокации в new space:
function allocate(bytes) {
  if (top + bytes > limit) return slowPath(bytes); // semi-space полон -> запуск GC
  const addr = top;
  top += bytes;          // <-- вся аллокация: один инкремент указателя
  return addr;
}

Вот и всё на быстром пути: сравнить, затем инкрементировать указатель. Никакого поиска по free-list, никакого слияния, никаких классов размера — работы, которую делает malloc. Это возможно только потому, что new space собирается копированием: когда оно заполняется, живые объекты целиком вывозятся, а всё semi-space сбрасывается в пустоту, так что фрагментацией управлять не приходится.

Когда top прошёл бы limit, semi-space полон и V8 запускает Scavenge (минорный GC): он копирует живые объекты из from-space в to-space (и продвигает объекты, уже пережившие один раз, в old space), затем меняет роли двух semi-space местами. Мёртвые объекты вообще не трогаются — их просто оставляют в покинутом from-space, что делает сбор короткоживущего мусора по сути бесплатным. Это глубинная причина, почему «аллоцировать много короткоживущих объектов дёшево; держать много объектов живыми дорого».

Раскладка памяти объекта

Теперь приблизим один обычный объект в куче. Его раскладка, по порядку:

Объект JS в памяти:
  [ Map pointer            ]  смещение 0  — hidden class: вид + раскладка свойств
  [ properties backing-store ptr ]        — внеобъектные именованные свойства (overflow)
  [ elements backing-store ptr   ]        — индексные элементы (массивная часть)
  [ in-object property slot 0    ]        — первое быстрое свойство, внутри объекта
  [ in-object property slot 1    ]
  ...

• Map pointer (смещение 0) — hidden class, как мы установили два урока назад: какого вида этот объект и где живёт каждое именованное свойство.
• Properties backing store — указатель на внеобъектный массив (или словарь), хранящий свойства, не уместившиеся в in-object слоты.
• Elements backing store — указатель на индексные элементы (obj[0], obj[1], …); массивы держат свои данные с числовыми ключами здесь, отдельно от именованных свойств.
• In-object property slots — первые несколько именованных свойств хранятся внутри собственного блока памяти объекта (одна загрузка на чтение), остальные переливаются в properties backing store (лишнее разыменование).

Число in-object слотов фиксируется при создании Map, поэтому объявление горячих свойств заранее в конструкторе держит их in-object и быстрыми. Hidden classes и in-object против out-of-object свойств мы разбираем глубоко в юните про hidden classes; здесь зафиксируйте скелет: указатель на Map, два указателя на backing-store, затем inline-слоты.