中高級(jí)前端必須了解的JS中的內(nèi)存管理
前言
像C語(yǔ)言這樣的底層語(yǔ)言一般都有底層的內(nèi)存管理接口，比如 malloc()和free()用于分配內(nèi)存和釋放內(nèi)存。
而對(duì)于JavaScript來(lái)說(shuō)，會(huì)在創(chuàng)建變量(對(duì)象，字符串等)時(shí)分配內(nèi)存，并且在不再使用它們時(shí)“自動(dòng)”釋放內(nèi)存，這個(gè)自動(dòng)釋放內(nèi)存的過(guò)程稱為垃圾回收。
因?yàn)樽詣?dòng)垃圾回收機(jī)制的存在，讓大多Javascript開(kāi)發(fā)者感覺(jué)他們可以不關(guān)心內(nèi)存管理，所以會(huì)在一些情況下導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
內(nèi)存生命周期
JS 環(huán)境中分配的內(nèi)存有如下聲明周期：
- 內(nèi)存分配：當(dāng)我們申明變量、函數(shù)、對(duì)象的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為他們分配內(nèi)存
- 內(nèi)存使用：即讀寫(xiě)內(nèi)存，也就是使用變量、函數(shù)等
- 內(nèi)存回收：使用完畢，由垃圾回收機(jī)制自動(dòng)回收不再使用的內(nèi)存
JS 的內(nèi)存分配
為了不讓程序員費(fèi)心分配內(nèi)存，JavaScript 在定義變量時(shí)就完成了內(nèi)存分配。
- var n = 123; // 給數(shù)值變量分配內(nèi)存
- var s = "azerty"; // 給字符串分配內(nèi)存
- var o = {
- a: 1,
- b: null
- }; // 給對(duì)象及其包含的值分配內(nèi)存
- // 給數(shù)組及其包含的值分配內(nèi)存（就像對(duì)象一樣）
- var a = [1, null, "abra"];
- function f(a){
- return a + 2;
- } // 給函數(shù)（可調(diào)用的對(duì)象）分配內(nèi)存
- // 函數(shù)表達(dá)式也能分配一個(gè)對(duì)象
- someElement.addEventListener('click', function(){
- someElement.style.backgroundColor = 'blue';
- }, false);
有些函數(shù)調(diào)用結(jié)果是分配對(duì)象內(nèi)存：
- var d = new Date(); // 分配一個(gè) Date 對(duì)象
- var e = document.createElement('div'); // 分配一個(gè) DOM 元素
有些方法分配新變量或者新對(duì)象：
- var s = "azerty";
- var s2 = s.substr(0, 3); // s2 是一個(gè)新的字符串
- // 因?yàn)樽址遣蛔兞浚?nbsp;
- // JavaScript 可能決定不分配內(nèi)存，
- // 只是存儲(chǔ)了 [0-3] 的范圍。
- var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
- var a2 = ["generation", "nan nan"];
- var a3 = a.concat(a2);
- // 新數(shù)組有四個(gè)元素，是 a 連接 a2 的結(jié)果
JS 的內(nèi)存使用
使用值的過(guò)程實(shí)際上是對(duì)分配內(nèi)存進(jìn)行讀取與寫(xiě)入的操作。
讀取與寫(xiě)入可能是寫(xiě)入一個(gè)變量或者一個(gè)對(duì)象的屬性值，甚至傳遞函數(shù)的參數(shù)。
- var a = 10; // 分配內(nèi)存
- console.log(a); // 對(duì)內(nèi)存的使用
JS 的內(nèi)存回收
JS 有自動(dòng)垃圾回收機(jī)制，那么這個(gè)自動(dòng)垃圾回收機(jī)制的原理是什么呢?
其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是找出那些不再繼續(xù)使用的值，然后釋放其占用的內(nèi)存。
大多數(shù)內(nèi)存管理的問(wèn)題都在這個(gè)階段。
在這里最艱難的任務(wù)是找到不再需要使用的變量。
不再需要使用的變量也就是生命周期結(jié)束的變量，是局部變量，局部變量只在函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程中存在，
當(dāng)函數(shù)運(yùn)行結(jié)束，沒(méi)有其他引用(閉包)，那么該變量會(huì)被標(biāo)記回收。
全局變量的生命周期直至瀏覽器卸載頁(yè)面才會(huì)結(jié)束，也就是說(shuō)全局變量不會(huì)被當(dāng)成垃圾回收。
因?yàn)樽詣?dòng)垃圾回收機(jī)制的存在，開(kāi)發(fā)人員可以不關(guān)心也不注意內(nèi)存釋放的有關(guān)問(wèn)題，但對(duì)無(wú)用內(nèi)存的釋放這件事是客觀存在的。
不幸的是，即使不考慮垃圾回收對(duì)性能的影響，目前***的垃圾回收算法，也無(wú)法智能回收所有的極端情況。
接下來(lái)我們來(lái)探究一下 JS 垃圾回收的機(jī)制。
垃圾回收
引用
垃圾回收算法主要依賴于引用的概念。
在內(nèi)存管理的環(huán)境中，一個(gè)對(duì)象如果有訪問(wèn)另一個(gè)對(duì)象的權(quán)限(隱式或者顯式)，叫做一個(gè)對(duì)象引用另一個(gè)對(duì)象。
例如，一個(gè)Javascript對(duì)象具有對(duì)它原型的引用(隱式引用)和對(duì)它屬性的引用(顯式引用)。
在這里，“對(duì)象”的概念不僅特指 JavaScript 對(duì)象，還包括函數(shù)作用域(或者全局詞法作用域)。
引用計(jì)數(shù)垃圾收集
這是最初級(jí)的垃圾回收算法。
引用計(jì)數(shù)算法定義“內(nèi)存不再使用”的標(biāo)準(zhǔn)很簡(jiǎn)單，就是看一個(gè)對(duì)象是否有指向它的引用。
如果沒(méi)有其他對(duì)象指向它了，說(shuō)明該對(duì)象已經(jīng)不再需要了。
- var o = {
- a: {
- b:2
- }
- };
- // 兩個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建，一個(gè)作為另一個(gè)的屬性被引用，另一個(gè)被分配給變量o
- // 很顯然，沒(méi)有一個(gè)可以被垃圾收集
- var o2 = o; // o2變量是第二個(gè)對(duì)“這個(gè)對(duì)象”的引用
- o = 1; // 現(xiàn)在，“這個(gè)對(duì)象”的原始引用o被o2替換了
- var oa = o2.a; // 引用“這個(gè)對(duì)象”的a屬性
- // 現(xiàn)在，“這個(gè)對(duì)象”有兩個(gè)引用了，一個(gè)是o2，一個(gè)是oa
- o2 = "yo"; // 最初的對(duì)象現(xiàn)在已經(jīng)是零引用了
- // 他可以被垃圾回收了
- // 然而它的屬性a的對(duì)象還在被oa引用，所以還不能回收
- oa = null; // a屬性的那個(gè)對(duì)象現(xiàn)在也是零引用了
- // 它可以被垃圾回收了
由上面可以看出，引用計(jì)數(shù)算法是個(gè)簡(jiǎn)單有效的算法。但它卻存在一個(gè)致命的問(wèn)題：循環(huán)引用。
如果兩個(gè)對(duì)象相互引用，盡管他們已不再使用，垃圾回收不會(huì)進(jìn)行回收，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。
來(lái)看一個(gè)循環(huán)引用的例子：
- function f(){
- var o = {};
- var o2 = {};
- o.a = o2; // o 引用 o2
- o2.a = o; // o2 引用 o 這里
- return "azerty";
- }
- f();
上面我們申明了一個(gè)函數(shù) f ，其中包含兩個(gè)相互引用的對(duì)象。
在調(diào)用函數(shù)結(jié)束后，對(duì)象 o1 和 o2 實(shí)際上已離開(kāi)函數(shù)范圍，因此不再需要了。
但根據(jù)引用計(jì)數(shù)的原則，他們之間的相互引用依然存在，因此這部分內(nèi)存不會(huì)被回收，內(nèi)存泄露不可避免了。
再來(lái)看一個(gè)實(shí)際的例子：
- var div = document.createElement("div");
- div.onclick = function() {
- console.log("click");
- };
上面這種JS寫(xiě)法再普通不過(guò)了，創(chuàng)建一個(gè)DOM元素并綁定一個(gè)點(diǎn)擊事件。
此時(shí)變量 div 有事件處理函數(shù)的引用，同時(shí)事件處理函數(shù)也有div的引用!(div變量可在函數(shù)內(nèi)被訪問(wèn))。
一個(gè)循序引用出現(xiàn)了，按上面所講的算法，該部分內(nèi)存無(wú)可避免的泄露了。
為了解決循環(huán)引用造成的問(wèn)題，現(xiàn)代瀏覽器通過(guò)使用標(biāo)記清除算法來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾回收。
標(biāo)記清除算法
標(biāo)記清除算法將“不再使用的對(duì)象”定義為“無(wú)法達(dá)到的對(duì)象”。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是從根部(在JS中就是全局對(duì)象)出發(fā)定時(shí)掃描內(nèi)存中的對(duì)象。
凡是能從根部到達(dá)的對(duì)象，都是還需要使用的。
那些無(wú)法由根部出發(fā)觸及到的對(duì)象被標(biāo)記為不再使用，稍后進(jìn)行回收。
從這個(gè)概念可以看出，無(wú)法觸及的對(duì)象包含了沒(méi)有引用的對(duì)象這個(gè)概念(沒(méi)有任何引用的對(duì)象也是無(wú)法觸及的對(duì)象)。
但反之未必成立。
工作流程：
- 垃圾收集器會(huì)在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)給存儲(chǔ)在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記。
- 從根部出發(fā)將能觸及到的對(duì)象的標(biāo)記清除。
- 那些還存在標(biāo)記的變量被視為準(zhǔn)備刪除的變量。
- ***垃圾收集器會(huì)執(zhí)行***一步內(nèi)存清除的工作，銷毀那些帶標(biāo)記的值并回收它們所占用的內(nèi)存空間。
循環(huán)引用不再是問(wèn)題了
再看之前循環(huán)引用的例子：
- function f(){
- var o = {};
- var o2 = {};
- o.a = o2; // o 引用 o2
- o2.a = o; // o2 引用 o
- return "azerty";
- }
- f();
函數(shù)調(diào)用返回之后，兩個(gè)循環(huán)引用的對(duì)象在垃圾收集時(shí)從全局對(duì)象出發(fā)無(wú)法再獲取他們的引用。
因此，他們將會(huì)被垃圾回收器回收。
內(nèi)存泄漏
什么是內(nèi)存泄漏
程序的運(yùn)行需要內(nèi)存。只要程序提出要求，操作系統(tǒng)或者運(yùn)行時(shí)(runtime)就必須供給內(nèi)存。
對(duì)于持續(xù)運(yùn)行的服務(wù)進(jìn)程(daemon)，必須及時(shí)釋放不再用到的內(nèi)存。
否則，內(nèi)存占用越來(lái)越高，輕則影響系統(tǒng)性能，重則導(dǎo)致進(jìn)程崩潰。
本質(zhì)上講,內(nèi)存泄漏就是由于疏忽或錯(cuò)誤造成程序未能釋放那些已經(jīng)不再使用的內(nèi)存，造成內(nèi)存的浪費(fèi)。
內(nèi)存泄漏的識(shí)別方法
經(jīng)驗(yàn)法則是，如果連續(xù)五次垃圾回收之后，內(nèi)存占用一次比一次大，就有內(nèi)存泄漏。
這就要求實(shí)時(shí)查看內(nèi)存的占用情況。
在 Chrome 瀏覽器中，我們可以這樣查看內(nèi)存占用情況
- 打開(kāi)開(kāi)發(fā)者工具，選擇 Performance 面板
- 在頂部勾選 Memory
- 點(diǎn)擊左上角的 record 按鈕
- 在頁(yè)面上進(jìn)行各種操作，模擬用戶的使用情況
- 一段時(shí)間后，點(diǎn)擊對(duì)話框的 stop 按鈕，面板上就會(huì)顯示這段時(shí)間的內(nèi)存占用情況
來(lái)看一張效果圖：
我們有兩種方式來(lái)判定當(dāng)前是否有內(nèi)存泄漏：
- 多次快照后，比較每次快照中內(nèi)存的占用情況，如果呈上升趨勢(shì)，那么可以認(rèn)為存在內(nèi)存泄漏
- 某次快照后，看當(dāng)前內(nèi)存占用的趨勢(shì)圖，如果走勢(shì)不平穩(wěn)，呈上升趨勢(shì)，那么可以認(rèn)為存在內(nèi)存泄漏
在服務(wù)器環(huán)境中使用 Node 提供的 process.memoryUsage 方法查看內(nèi)存情況
- console.log(process.memoryUsage());
- // {
- // rss: 27709440,
- // heapTotal: 5685248,
- // heapUsed: 3449392,
- // external: 8772
- // }
process.memoryUsage返回一個(gè)對(duì)象，包含了 Node 進(jìn)程的內(nèi)存占用信息。
該對(duì)象包含四個(gè)字段，單位是字節(jié)，含義如下:
- rss(resident set size)：所有內(nèi)存占用，包括指令區(qū)和堆棧。
- heapTotal："堆"占用的內(nèi)存，包括用到的和沒(méi)用到的。
- heapUsed：用到的堆的部分。
- external： V8 引擎內(nèi)部的 C++ 對(duì)象占用的內(nèi)存。
判斷內(nèi)存泄漏，以heapUsed字段為準(zhǔn)。
常見(jiàn)的內(nèi)存泄露案例
意外的全局變量
- function foo() {
- bar1 = 'some text'; // 沒(méi)有聲明變量 實(shí)際上是全局變量 => window.bar1
- this.bar2 = 'some text' // 全局變量 => window.bar2
- }
- foo();
在這個(gè)例子中，意外的創(chuàng)建了兩個(gè)全局變量 bar1 和 bar2
被遺忘的定時(shí)器和回調(diào)函數(shù)
在很多庫(kù)中, 如果使用了觀察者模式, 都會(huì)提供回調(diào)方法, 來(lái)調(diào)用一些回調(diào)函數(shù)。
要記得回收這些回調(diào)函數(shù)。舉一個(gè) setInterval的例子：
- var serverData = loadData();
- setInterval(function() {
- var renderer = document.getElementById('renderer');
- if(renderer) {
- renderer.innerHTML = JSON.stringify(serverData);
- }
- }, 5000); // 每 5 秒調(diào)用一次
如果后續(xù) renderer 元素被移除，整個(gè)定時(shí)器實(shí)際上沒(méi)有任何作用。
但如果你沒(méi)有回收定時(shí)器，整個(gè)定時(shí)器依然有效, 不但定時(shí)器無(wú)法被內(nèi)存回收，
定時(shí)器函數(shù)中的依賴也無(wú)法回收。在這個(gè)案例中的 serverData 也無(wú)法被回收。
閉包
在 JS 開(kāi)發(fā)中，我們會(huì)經(jīng)常用到閉包，一個(gè)內(nèi)部函數(shù)，有權(quán)訪問(wèn)包含其的外部函數(shù)中的變量。
下面這種情況下，閉包也會(huì)造成內(nèi)存泄露:
- var theThing = null;
- var replaceThing = function () {
- var originalThing = theThing;
- var unused = function () {
- if (originalThing) // 對(duì)于 'originalThing'的引用
- console.log("hi");
- };
- theThing = {
- longStr: new Array(1000000).join('*'),
- someMethod: function () {
- console.log("message");
- }
- };
- };
- setInterval(replaceThing, 1000);
這段代碼，每次調(diào)用 replaceThing 時(shí)，theThing 獲得了包含一個(gè)巨大的數(shù)組和一個(gè)對(duì)于新閉包 someMethod 的對(duì)象。
同時(shí) unused 是一個(gè)引用了 originalThing 的閉包。
這個(gè)范例的關(guān)鍵在于，閉包之間是共享作用域的，盡管 unused 可能一直沒(méi)有被調(diào)用，但是 someMethod 可能會(huì)被調(diào)用，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)法對(duì)其內(nèi)存進(jìn)行回收。
當(dāng)這段代碼被反復(fù)執(zhí)行時(shí)，內(nèi)存會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。
DOM 引用
很多時(shí)候, 我們對(duì) Dom 的操作, 會(huì)把 Dom 的引用保存在一個(gè)數(shù)組或者 Map 中。
- var elements = {
- image: document.getElementById('image')
- };
- function doStuff() {
- elements.image.src = 'http://example.com/image_name.png';
- }
- function removeImage() {
- document.body.removeChild(document.getElementById('image'));
- // 這個(gè)時(shí)候我們對(duì)于 #image 仍然有一個(gè)引用, Image 元素, 仍然無(wú)法被內(nèi)存回收.
- }
上述案例中，即使我們對(duì)于 image 元素進(jìn)行了移除，但是仍然有對(duì) image 元素的引用，依然無(wú)法對(duì)齊進(jìn)行內(nèi)存回收。
另外需要注意的一個(gè)點(diǎn)是，對(duì)于一個(gè) Dom 樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)的引用。
舉個(gè)例子: 如果我們引用了一個(gè)表格中的td元素，一旦在 Dom 中刪除了整個(gè)表格，我們直觀的覺(jué)得內(nèi)存回收應(yīng)該回收除了被引用的 td 外的其他元素。
但是事實(shí)上，這個(gè) td 元素是整個(gè)表格的一個(gè)子元素，并保留對(duì)于其父元素的引用。
這就會(huì)導(dǎo)致對(duì)于整個(gè)表格，都無(wú)法進(jìn)行內(nèi)存回收。所以我們要小心處理對(duì)于 Dom 元素的引用。
如何避免內(nèi)存泄漏
記住一個(gè)原則：不用的東西，及時(shí)歸還。
- 減少不必要的全局變量，使用嚴(yán)格模式避免意外創(chuàng)建全局變量。
- 在你使用完數(shù)據(jù)后，及時(shí)解除引用(閉包中的變量，dom引用，定時(shí)器清除)。
- 組織好你的邏輯，避免死循環(huán)等造成瀏覽器卡頓，崩潰的問(wèn)題。
