从内存原理的角度深入解析 JS 中变量存储在堆中还是栈中
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2022-01-02 05:28
JavaScript中基本类型存储在堆中还是栈中？
---- 不基本类型的基本类型
看到这个问题，相信大家都觉得这个题目实在基础的不能再基础了。随手百度一下，就能看到很多人说：基本类型存在栈中，引用类型存在堆中。
真的这么简单么？
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）
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 ++
在数字中，一个数字的值都没有修改，其他的数字地址也都变了。
五、小结：基本类型到底存在哪里？
字符串： 存在堆里，栈中为引用地址，如果存在相同字符串，则引用地址相同。
数字： 小整数存在栈中，其他类型存在堆中。
其他类型：引擎初始化时分配唯一地址，栈中的变量存的是唯一的引用。
这里只能算是大概讲明白了基本类型存在哪里，
在学习探索的过程中，虽然一些疑问得到了解答，但是问题却变得更多了。
本文V8代码 commitId：
dc81345f7e29b4fb6fbb83aa6374ec835e95b2c9
参考文章：
The story of a V8 performance cliff in React · V8
用JavaScript带你体验V8引擎解析字符串 - 书生小龙 - 博客园 (cnblogs.com)
https://v8.dev/blog/react-cliff
https://www.cnblogs.com/QH-Jimmy/p/11160712.html
作者：滴滴 - 六耳 https://www.zhihu.com/question/482433315/answer/2083349992