[V8]배열은 메모리 관리를 어떻게 할까?

KwonSungMin·2024년 7월 19일

v8 배열

JavaScript

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자바스크립트의 배열은 일반적인 배열과는 다르다

일반적인 배열
- 크기가 정해져 있다
자바스크립트의 배열
- 객체이다
- 배열의 크기를 늘리거나 줄일수 있다.

처음은 지인의 물음으로 시작했다

💡 자바스크립트 배열은 push를 하게되면 LinkedList처럼 이어지는거야?

“그냥 그렇구나” 하고 사용하고 있었는데

개발자로서 배열이 메모리에 어떻게 존재하는지 모르는것에 대한 안타까움을 스스로 느끼고 정리를 하게 되었다. ~~이게 3일이나 걸릴줄 몰랐지..~~

그렇게 V8엔진을 분석하게 되었다.

Node가 깔려있는 상태에서 node --allow-natives-syntax를 입력하면 아래 결과를 볼 수 있다.

> let arr=[1,2,3]
> %DebugPrint(array);

DebugPrint: 000001B177C47491: [JSArray]
 - map: 0x00c280ec94b1 <Map[32](PACKED_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x00c280ec8bd1 <JSArray[0]>
 - elements: 0x00c280ec4151 <FixedArray[3]> [PACKED_SMI_ELEMENTS (COW)]
 - length: 3
 - properties: 0x007265b40259 <FixedArray[0]>
 - All own properties (excluding elements): {
    0000007265B44791: [String] in ReadOnlySpace: #length: 0x011d27eefd39 <AccessorInfo name= 0x007265b44791 <String[6]: #length>, data= 0x007265b404e9 <undefined>> (const accessor descriptor), location: descriptor

여기서 주목할 점은 elements이다

FixedArray[3]라는 것은 요소를 저장하기 위해 고정된 크기의 배열을 사용한다는 의미다.

https://github.com/nodejs/node/blob/49342fe6f2ca6cedd5219d835a0a810e6f03cdd7/deps/v8/src/objects/fixed-array.h#L99

// FixedArray describes fixed-sized arrays with element type Object.

v8공식 깃허브에서는 FixedArray 는 크기가 고정된 배열인데 타입은 객체라고 정의하고 있다.

크기를 고정한다 → 우리가 생각하는 일반적인 배열의 메모리를 가진다

우리가 배열을 사용하면 고정된 크기로 할당 하는걸 알 수 있다.

그러면 어떻게 크기를 할당하지?

아래에 값을 더 추가해 보겠다.

arr.push(4.3)

DebugPrint: 0000004907982C59: [JSArray]
 - map: 0x00c280ec9421 <Map[32](PACKED_DOUBLE_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x00c280ec8bd1 <JSArray[0]>
 - elements: 0x03856f88f381 <FixedDoubleArray[22]> [PACKED_DOUBLE_ELEMENTS]
 - length: 4
 - properties: 0x007265b40259 <FixedArray[0]>
 - All own properties (excluding elements): {
    0000007265B44791: [String] in ReadOnlySpace: #length: 0x011d27eefd39 <AccessorInfo name= 0x007265b44791 <String[6]: #length>, data= 0x007265b404e9 <undefined>> (const accessor descriptor), location: descriptor

배열의 크기가 3→4가 되어야하는데 22가 된걸 볼 수 있다.

new capacity=old_capacity + (old_capacity >> 1) + 16

새로운공간 = 4 + 2 + 16 = 22 가 된 것이다.

V8에서는 위 공식을 통해 고정크기를 재할당한다

이때, elements 타입이 PACKED_DOUBLE_ELEMENTS 으로 바뀐걸 볼 수 있다

arr.push('x')

> %DebugPrint(array);
DebugPrint: 0xad33ffc67a9: [JSArray] in OldSpace
 - map: 0x0ad37a9c4ef9 <Map(PACKED_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x0ad33b7210b9 <JSArray[0]>
 - elements: 0x0ad3576a3839 <FixedArray[22]> [PACKED_ELEMENTS]

또한 문자열을 넣으면 [PACKED_ELEMENTS] 으로 바뀌었다.

형식은 SMI → DOUBLE → 기본 ELEMENTS 순이다.

여기서 주의할점은 한번 특정화하는 방법이 바뀌면 다시 돌아갈수 없다.

Packed vs Holey

elements: 0x0200ded82891 <FixedArray[22]> {
           0: 0x0200ded82981 <HeapNumber 1.0>
           1: 0x0200ded82971 <HeapNumber 2.0>
           2: 0x0200ded82961 <HeapNumber 3.0>
           3: 0x0200ded82951 <HeapNumber 4.3>
           4: 0x007265b438c1 <String[1]: #x>
        5-21: 0x007265b405b9 <the_hole>
 }

<the_hole>이라는 부분이 있는데 채워지지 않은 부분을 나타낸다.

V8에서 'Hole'은 할당되지 않은 요소나 삭제된 배열 요소를 마크하기 위해 사용된다.

보통 element kind가 더 구체적일 수록 더 세밀한 최적화를 받을 수 있다. 반대로 element kind가 더 일반화 될 수록 배열에 대한 연산이 더 느려질 수 있다. 최적의 성능을 위해서는 아무 이유 없이 element kind를 변경하지 않고 가장 구체적인 element kind를 사용해야 한다.

> let holearr=[];
> holearr[10]=10;
> %DebugPrint(holearr);

...
map: 0x00c280ec9469 <Map[32](HOLEY_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x00c280ec8bd1 <JSArray[0]>
 - elements: 0x004907982249 <FixedArray[32]> [HOLEY_SMI_ELEMENTS]
 - length: 11
...
elements: 0x004907982249 <FixedArray[32]> {
         0-9: 0x007265b405b9 <the_hole>
          10: 2
       11-31: 0x007265b405b9 <the_hole>
 }

packed는 holey가 될 수 있다.

Untitled

Large/Sparse Array

배열의 hole이 엄청나게 커지면 특이한 일이 벌어진다

 array[32 << 20] = 0;
0
> %DebugPrint(array)
DebugPrint: 0xad33ffc67a9: [JSArray] in OldSpace
 - map: 0x0ad365ac1119 <Map(DICTIONARY_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x0ad33b7210b9 <JSArray[0]>
 - elements: 0x0ad3c17422f9 <NumberDictionary[52]> [DICTIONARY_ELEMENTS]
 - length: 33554433

배열의 hole이 엄청 커지면 V8은 요소를 저장할 때 FixedArray가 아닌 NumberDictionary를 사용한다. NumberDictionary는 해시 테이블 기반 콜렉션으로 숫자 키에 특화돼있다.

Element kind 역시 DICTIONARY_ELEMENTS로 변경된 것을 알 수 있다.

V8은 hole이 많은 배열은 메모리를 아끼기 위해 해쉬 테이블로 저장한다. 해쉬 테이블에 대한 연산은 해시 코드 계산, 엔트리 룩업, 리해싱 때문에 배열에 대한 연산보다 느리다.

배열의 크기가 엄청 커졌을 때도 NumberDictionary를 사용한다.

같은 크기로 크기를 지정했을때는 FixedArray 형태로 나온다

> let test = new Array(33554433).fill(0)
> %DebugPrint(test);

> %DebugPrint(test);
DebugPrint: 00000366764C1189: [JSArray] in OldSpace
 - map: 0x0105ef739189 <Map[32](HOLEY_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x00c280ec8bd1 <JSArray[0]>
 - elements: 0x02171a0c1149 <FixedArray[33554433]> [HOLEY_SMI_ELEMENTS]
 - length: 33554433

그러면 크기가 작은 희소배열은 어떻게 저장될까?

> let sparse =[,,,,,,,,,,,7]
DebugPrint: 0000009690C83821: [JSArray]
 - map: 0x00c280ec9469 <Map[32](HOLEY_SMI_ELEMENTS)> [FastProperties]
 - prototype: 0x00c280ec8bd1 <JSArray[0]>
 - elements: 0x0105ef7332e1 <FixedArray[12]> [HOLEY_SMI_ELEMENTS (COW)]
 - length: 12