《JavaScript 闖關記》之垃圾回收和內存管理

時間 2019-11-05

標籤 JavaScript 闖關記垃圾回收內存管理欄目 JavaScript 简体版

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JavaScript 具備自動垃圾收集機制（GC：Garbage Collecation），也就是說，執行環境會負責管理代碼執行過程當中使用的內存。而在 C 和 C++ 之類的語言中，開發人員的一項基本任務就是手工跟蹤內存的使用狀況，這是形成許多問題的一個根源。javascript

在編寫 JavaScript 程序時，開發人員不用再關心內存使用問題，所需內存的分配以及無用內存的回收徹底實現了自動管理。這種垃圾收集機制的原理其實很簡單：找出那些再也不繼續使用的變量，而後釋放其佔用的內存。爲此，垃圾收集器會按照固定的時間間隔（或代碼執行中預約的收集時間），週期性地執行這一操做。java

正由於垃圾回收器的存在，許多人認爲 JavaScript 不用太關心內存管理的問題，但若是不瞭解 JavaScript 的內存管理機制，咱們一樣很是容易成內存泄漏（內存沒法被回收）的狀況。git

垃圾回收機制

內存的分配場景

// 1.對象
new Object(); 
new MyConstructor(); 
{ a: 4, b: 5 } 
Object.create();

// 2.數組 
new Array(); 
[ 1, 2, 3, 4 ];

// 3.字符串，JavaScript 的字符串和 .NET 同樣，使用資源池和 copy on write 方式管理字符串。
new String("hello hyddd"); 
"<p>" + e.innerHTML + "</p>"

// 4.函數
var x = function () { ... } 
new Function(code);

// 5.閉包 
function outer(name) {
     var x = name; 
     return function inner() { 
        return "Hi, " + name; 
     } 
 }

內存的生命週期

下面咱們來分析一下函數中局部變量的正常生命週期。github

內存分配：局部變量只在函數執行的過程當中存在。而在這個過程當中，會爲局部變量在棧（或堆）內存上分配相應的空間，以便存儲它們的值。算法
內存使用：而後在函數中使用這些變量，直至函數執行結束。小程序
內存回收：此時，局部變量就沒有存在的必要了，所以能夠釋放它們的內存以供未來使用。數組

一般，很容易判斷變量是否還有存在的必要，但並不是全部狀況下都這麼容易就能得出結論（例如：使用閉包的時）。垃圾收集器必須跟蹤哪一個變量有用哪一個變量沒用，對於再也不有用的變量打上標記，以備未來收回其佔用的內存。用於標識無用變量的策略可能會因實現而異，但具體到瀏覽器中的實現，則一般有兩個策略：標記清除 和 引用計數。瀏覽器

標記清除

JavaScript 中最經常使用的垃圾收集方式是 標記清除（mark-and-sweep）。當變量進入環境（例如，在函數中聲明一個變量）時，就將這個變量標記爲「進入環境」。從邏輯上講，永遠不能釋放進入環境的變量所佔用的內存，由於只要執行流進入相應的環境，就可能會用到它們。而當變量離開環境時，則將其標記爲「離開環境」。安全

function test(){ 
    var a = 10 ; // 被標記 ，進入環境 
    var b = 20 ; // 被標記 ，進入環境 
} 
test(); // 執行完畢 以後 a、b又被標離開環境，被回收。

垃圾回收器在運行的時候會給存儲在內存中的全部變量都加上標記（固然，可使用任何標記方式）。而後，它會去掉環境中的變量以及被環境中的變量引用的變量的標記（例如，閉包）。而在此以後再被加上標記的變量將被視爲準備刪除的變量，緣由是環境中的變量已經沒法訪問到這些變量了。最後，垃圾回收器完成內存清除工做，銷燬那些帶標記的值並回收它們所佔用的內存空間。微信

這種方式的主要缺點就是若是某些對象被清理後，內存是不連續的，那麼就算內存佔用率不高，例如只有50%，可是因爲內存空隙太多，後來的大對象甚至沒法存儲到內存之中。通常的處理方式都是在垃圾回收後進行整理操做，這種方法也叫 標記整理，整理的過程就是將不連續的內存向一端複製，使不連續的內存連續起來。

目前，IE9+、Firefox、Opera、Chrome 和 Safari 的 JavaScript 實現使用的都是 標記清除 式的垃圾收集策略（或相似的策略），只不過垃圾收集的時間間隔互有不一樣。

引用計數

另外一種不太常見的垃圾收集策略叫作 引用計數（reference counting）。引用計數的含義是跟蹤記錄每一個值被引用的次數。當聲明瞭一個變量並將一個引用類型值賦給該變量時，則這個值的引用次數就是1。若是同一個值又被賦給另外一個變量，則該值的引用次數加1。相反，若是包含對這個值引用的變量又取得了另一個值，則這個值的引用次數減1。當這個值的引用次數變成0時，則說明沒有辦法再訪問這個值了，於是就能夠將其佔用的內存空間回收回來。這樣，當垃圾收集器下次再運行時，它就會釋放那些引用次數爲零的值所佔用的內存。

function test(){ 
    var a = {} ; // a的引用次數爲0 
    var b = a ; // a的引用次數加1，爲1 
    var c = a; // a的引用次數再加1，爲2 
    var b = {}; // a的引用次數減1，爲1 
}

早期不少瀏覽器使用引用計數策略，但很快它就遇到了一個嚴重的問題：循環引用。循環引用指的是對象 A 中包含一個指向對象 B 的指針，而對象 B 中也包含一個指向對象 A 的引用。請看下面這個例子：

function problem(){
    var objectA = new Object();
    var objectB = new Object();

    objectA.someOtherObject = objectB;
    objectB.anotherObject = objectA;
}

在這個例子中，objectA 和 objectB 經過各自的屬性相互引用；也就是說，這兩個對象的引用次數都是2。在採用 標記清除 策略的實現中，因爲函數執行以後，這兩個對象都離開了做用域，所以這種相互引用不是個問題。但在採用 引用計數 策略的實現中，當函數執行完畢後，objectA 和 objectB 還將繼續存在，由於它們的引用次數永遠不會是0。假如這個函數被重複屢次調用，就會致使大量內存得不到回收。爲此，新一代瀏覽器都放棄了引用計數方式，轉而採用標記清除來實現其垃圾收集機制。但是，引用計數致使的麻煩並未就此終結。

咱們知道，IE 中有一部分對象並非原生 JavaScript 對象。例如，其 BOM 和 DOM 中的對象就是使用 C++ 以 COM（Component Object Model，組件對象模型）對象的形式實現的，而 COM 對象的垃圾收集機制採用的就是引用計數策略。所以，即便 IE 的 JavaScript 引擎是使用標記清除策略來實現的，但 JavaScript 訪問的 COM 對象依然是基於引用計數策略的。換句話說，只要在 IE 中涉及 COM 對象，就會存在循環引用的問題。下面這個簡單的例子，展現了使用 COM 對象致使的循環引用問題：

var element = document.getElementById("some_element");
var myObject = new Object();
myObject.element = element;
element.someObject = myObject;

這個例子在一個 DOM 元素（element）與一個原生 JavaScript 對象（myObject）之間建立了循環引用。其中，變量 myObject 有一個名爲 element 的屬性指向 element 對象；而變量 element 也有一個屬性名叫 someObject 回指 myObject。因爲存在這個循環引用，即便將例子中的 DOM 從頁面中移除，它也永遠不會被回收。

爲了不相似這樣的循環引用問題，最好是在不使用它們的時候手工斷開原生 JavaScript 對象與 DOM 元素之間的鏈接。例如，可使用下面的代碼消除前面例子建立的循環引用：

myObject.element = null;
element.someObject = null;

將變量設置爲 null 意味着切斷變量與它此前引用的值之間的鏈接。當垃圾收集器下次運行時，就會刪除這些值並回收它們佔用的內存。

爲了解決上述問題，IE9 把 BOM 和 DOM 對象都轉換成了真正的 JavaScript 對象。這樣，就避免了兩種垃圾收集算法並存致使的問題，也消除了常見的內存泄漏現象。

IE6 的性能問題

IE6 的垃圾回收是根據內存分配量運行的，當環境中存在256個變量、4096個對象、64k的字符串任意一種狀況的時候就會觸發垃圾回收器工做，看起來很科學，不用按一段時間就調用一次，有時候會不必，這樣按需調用不是很好嗎？可是若是環境中就是有這麼多變量等一直存在，如今腳本如此複雜，那麼垃圾回收器會一直工做，這樣瀏覽器就無法兒玩兒了。

微軟在 IE7 中作了調整，觸發條件再也不是固定的，而是動態修改的，初始值和 IE6 相同，若是垃圾回收器回收的內存分配量低於程序佔用內存的15%，說明大部份內存不可被回收，設的垃圾回收觸發條件過於敏感，這時候把臨界條件翻倍，若是回收的內存高於85%，說明大部份內存早就該清理了，這時候則將各類臨界值重置回默認值。這一看似簡單的調整，極大地提高了 IE7 在運行包含大量 JavaScript 的頁面時的性能。

編碼注意 - 解除引用

使用具有垃圾收集機制的語言編寫程序，開發人員通常沒必要操心內存管理的問題。可是，JavaScript 在進行內存管理及垃圾收集時面臨的問題仍是有點不同凡響。其中最主要的一個問題，就是分配給 Web 瀏覽器的可用內存數量一般要比分配給桌面應用程序的少。這樣作的目的主要是出於安全方面的考慮，目的是防止運行 JavaScript 的網頁耗盡所有系統內存而致使系統崩潰。內存限制問題不只會影響給變量分配內存，同時還會影響調用棧以及在一個線程中可以同時執行的語句數量。

所以，確保佔用最少的內存可讓頁面得到更好的性能。而優化內存佔用的最佳方式，就是爲執行中的代碼只保存必要的數據。一旦數據再也不有用，最好經過將其值設置爲 null 來釋放其引用——這個作法叫作 解除引用（dereferencing）。這一作法適用於大多數全局變量和全局對象的屬性。局部變量會在它們離開執行環境時自動被解除引用，以下面這個例子所示：

function createPerson(name){
    var localPerson = new Object();
    localPerson.name = name;
    return localPerson;
}

var globalPerson = createPerson("Nicholas");

// 手工解除globalPerson的引用
globalPerson = null;

因爲局部變量 localPerson 在 createPerson() 函數執行完畢後就離開了其執行環境，所以無需咱們顯式地去爲它解除引用。可是對於全局變量 globalPerson 而言，則須要咱們在不使用它的時候手工爲它解除引用，這也正是上面例子中最後一行代碼的目的。

不過，解除一個值的引用並不意味着自動回收該值所佔用的內存。解除引用的真正做用是讓值脫離執行環境，以便垃圾收集器下次運行時將其回收。

垃圾回收的優化策略

和其餘語言同樣，JavaScript 的垃圾回收策略也沒法避免一個問題：垃圾回收時，會中止響應其餘操做，這是爲了安全考慮。而 JavaScript 的垃圾回收在 100ms 甚至以上，對通常的應用還好，但對於 JavaScript 遊戲和動畫，這種對連貫性要求比較高的應用，就麻煩了。這就是新引擎須要優化的點：避免垃圾回收形成的長時間中止響應。

David 大叔主要介紹了2個優化方案，而這也是最主要的2個優化方案了：

分代回收（Generation GC）

這個和 Java 回收策略思想是一致的。目的是經過區分「臨時」與「持久」對象；多回收「臨時對象區」（young generation），少回收「持久對象區」（tenured generation），減小每次需遍歷的對象，從而減小每次GC的耗時。Chrome 瀏覽器所使用的 V8 引擎就是採用的分代回收策略。如圖：