瀏覽器垃圾回收機制與 Vue 項目內存泄漏分析

時間 2019-11-05

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1. 介紹

瀏覽器的 Javascript 具備自動垃圾回收機制(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。其原理是：垃圾收集器會按期（週期性）找出那些不在繼續使用的變量，而後釋放其內存。可是這個過程不是實時的，由於其開銷比較大而且GC時中止響應其餘操做，因此垃圾回收器會按照固定的時間間隔週期性的執行。javascript

再也不使用的變量也就是生命週期結束的變量，固然只多是局部變量，全局變量的生命週期直至瀏覽器卸載頁面纔會結束。局部變量只在函數的執行過程當中存在，而在這個過程當中會爲局部變量在棧或堆上分配相應的空間，以存儲它們的值，而後在函數中使用這些變量，直至函數結束，而閉包中因爲內部函數的緣由，外部函數並不能算是結束。html

仍是上代碼說明吧：前端

function fn1() {
    var obj = {name: 'hanzichi', age: 10};
}
function fn2() {
    var obj = {name:'hanzichi', age: 10};
    return obj;
}

var a = fn1();
var b = fn2();
複製代碼

咱們來看代碼是如何執行的。首先聲明瞭兩個函數，分別叫作 fn1 和 fn2，當 fn1 被調用時，進入 fn1 的環境，會開闢一塊內存存放對象 {name: 'hanzichi', age: 10}，而當調用結束後，出了fn1的環境，那麼該塊內存會被 JS 引擎中的垃圾回收器自動釋放；在 fn2 被調用的過程當中，返回的對象被全局變量 b 所指向，因此該塊內存並不會被釋放。vue

這裏問題就出現了：到底哪一個變量是沒有用的？因此垃圾收集器必須跟蹤到底哪一個變量沒用，對於再也不有用的變量打上標記，以備未來收回其內存。用於標記的無用變量的策略可能因實現而有所區別，一般狀況下有兩種實現方式：標記清除和引用計數。引用計數不太經常使用，標記清除較爲經常使用。java

2. 標記清除

js中最經常使用的垃圾回收方式就是標記清除。當變量進入環境時，例如，在函數中聲明一個變量，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」。web

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。
複製代碼

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（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。到目前爲止，IE9+、Firefox、Opera、Chrome、Safari 的 JS 實現使用的都是標記清除的垃圾回收策略或相似的策略，只不過垃圾收集的時間間隔互不相同。chrome

3. 引用計數

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，當垃圾回收器下次再運行時，它就會釋放那些引用次數爲 0 的值所佔用的內存。segmentfault

function test() {
    var a = {};    // a指向對象的引用次數爲1
    var b = a;     // a指向對象的引用次數加1，爲2
    var c = a;     // a指向對象的引用次數再加1，爲3
    var b = {};    // a指向對象的引用次數減1，爲2
}
複製代碼

Netscape Navigator3 是最先使用引用計數策略的瀏覽器，但很快它就遇到一個嚴重的問題：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。數組

function fn() {
    var a = {};
    var b = {};
    a.pro = b;
    b.pro = a;
}
fn();
複製代碼

以上代碼 a 和 b 的引用次數都是 2，fn 執行完畢後，兩個對象都已經離開環境，在標記清除方式下是沒有問題的，可是在引用計數策略下，由於 a 和 b 的引用次數不爲 0，因此不會被垃圾回收器回收內存，若是 fn 函數被大量調用，就會形成內存泄露。在 IE7 與 IE8 上，內存直線上升。瀏覽器

咱們知道，IE 中有一部分對象並非原生 JS 對象。例如，其內存泄露 DOM 和 BOM 中的對象就是使用 C++ 以 COM 對象的形式實現的，而 COM 對象的垃圾回收機制採用的就是引用計數策略。所以，即便IE的js引擎採用標記清除策略來實現，但 JS 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。

var element = document.getElementById("some_element");
var myObject = new Object();
myObject.e = element;
element.o = myObject;
複製代碼

這個例子在一個 DOM 元素 element 與一個原生js對象 myObject 之間建立了循環引用。其中，變量 myObject 有一個屬性 e 指向 element 對象；而變量 element 也有一個屬性 o 回指 myObject。因爲存在這個循環引用，即便例子中的 DOM 從頁面中移除，它也永遠不會被回收。

舉個栗子：

黃色是指直接被 js變量所引用，在內存裏
紅色是指間接被 js變量所引用，如上圖，refB 被 refA 間接引用，致使即便 refB 變量被清空，也是不會被回收的
子元素 refB 因爲 parentNode 的間接引用，只要它不被刪除，它全部的父元素（圖中紅色部分）都不會被刪除

另外一個例子：

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
};
複製代碼

這段代碼看起來沒什麼問題，可是 obj 引用了 document.getElementById('element')，而 document.getElementById('element') 的 onclick 方法會引用外部環境中的變量，天然也包括 obj，是否是很隱蔽啊。(在比較新的瀏覽器中在移除Node的時候已經會移除其上的event了，可是在老的瀏覽器，特別是 IE 上會有這個 bug)

解決辦法：

最簡單的方式就是本身手工解除循環引用，好比剛纔的函數能夠這樣

myObject.element = null;
element.o = null;

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
    obj=null;
};
複製代碼

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。當垃圾回收器下次運行時，就會刪除這些值並回收它們佔用的內存。

要注意的是，IE9+ 並不存在循環引用致使 DOM 內存泄露問題，多是微軟作了優化，或者 DOM 的回收方式已經改變。

4. 內存管理

4.1 何時觸發垃圾回收？

垃圾回收器週期性運行，若是分配的內存很是多，那麼回收工做也會很艱鉅，肯定垃圾回收時間間隔就變成了一個值得思考的問題。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，很正常，那麼結果就是垃圾回收器一直在工做，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，這時候把臨街條件翻倍，若是回收的內存高於85%，說明大部份內存早就該清理了，這時候把觸發條件置回。這樣就使垃圾回收工做職能了不少

4.2 合理的GC方案

1. 基礎方案

Javascript引擎基礎GC方案是（simple GC）：mark and sweep（標記清除），即：

遍歷全部可訪問的對象。
回收已不可訪問的對象。

2. GC的缺陷

和其餘語言同樣，JS 的 GC 策略也沒法避免一個問題：GC 時，中止響應其餘操做，這是爲了安全考慮。而 Javascript 的 GC 在 100ms 甚至以上，對通常的應用還好，但對於 JS 遊戲，動畫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GC形成的長時間中止響應。

3. GC優化策略

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，也是V8所主要採用的。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。如圖：

這裏須要補充的是：對於 tenured generation 對象，有額外的開銷：把它從 young generation 遷移到 tenured generation，另外，若是被引用了，那引用的指向也須要修改。這裏主要內容能夠參考深刻淺出Node中關於內存的介紹，很詳細~
增量GC 這個方案的思想很簡單，就是「每次處理一點，下次再處理一點，如此類推」。如圖：

這種方案，雖然耗時短，但中斷較多，帶來了上下文切換頻繁的問題。由於每種方案都其適用場景和缺點，所以在實際應用中，會根據實際狀況選擇方案。

好比：低 (對象/s) 比率時，中斷執行GC的頻率，simple GC更低些；若是大量對象都是長期「存活」，則分代處理優點也不大。

5. Vue 中的內存泄漏問題

JS 程序的內存溢出後，會使某一段函數體永遠失效（取決於當時的 JS 代碼運行到哪個函數），一般表現爲程序忽然卡死或程序出現異常。

這時咱們就要對該 JS 程序進行內存泄漏的排查，找出哪些對象所佔用的內存沒有釋放。這些對象一般都是開發者覺得釋放掉了，但事實上仍被某個閉包引用着，或者放在某個數組裏面。

5.1 泄漏點

DOM/BOM 對象泄漏；
script 中存在對 DOM/BOM 對象的引用致使；
JS 對象泄漏；
一般由閉包致使，好比事件處理回調，致使 DOM 對象和腳本中對象雙向引用，這個是常見的泄漏緣由；

5.2 代碼關注點

主要關注的就是各類事件綁定場景，好比：

DOM 中的 addEventLisner 函數及派生的事件監聽，好比 Jquery 中的 on 函數，Vue 組件實例的 $on 函數;
其它 BOM 對象的事件監聽，好比 websocket 實例的 on 函數;
避免沒必要要的函數引用；
若是使用 render 函數，避免在 HTML 標籤中綁定 DOM/BOM 事件;

5.3 如何處理

若是在 mounted/created 鉤子中使用 JS 綁定了 DOM/BOM 對象中的事件，須要在 beforeDestroy 中作對應解綁處理；
若是在 mounted/created 鉤子中使用了第三方庫初始化，須要在 beforeDestroy 中作對應銷燬處理（通常用不到，由於不少時候都是直接全局 Vue.use）；
若是組件中使用了 setInterval，須要在 beforeDestroy 中作對應銷燬處理；

5.4 在 vue 組件中處理 addEventListener

調用 addEventListener 添加事件監聽後在 beforeDestroy 中調用 removeEventListener 移除對應的事件監聽。爲了準確移除監聽，儘可能不要使用匿名函數或者已有的函數的綁定來直接做爲事件監聽函數。

mounted() {
    const box = document.getElementById('time-line')
    this.width = box.offsetWidth
    this.resizefun = () => {
      this.width = box.offsetWidth
    }
    window.addEventListener('resize', this.resizefun)
  },
  beforeDestroy() {
    window.removeEventListener('resize', this.resizefun)
    this.resizefun = null
  }
複製代碼

5.5 觀察者模式引發的內存泄漏

在 spa 應用中使用觀察者模式的時候若是給觀察者註冊了被觀察的方法，而沒有在離開組件的時候及時移除，可能形成重複註冊而內存泄漏；

舉個栗子：進入組件的時候 ob.addListener("enter", _func)，若是離開組件 beforeDestroy 的時候沒有 ob.removeListener("enter", _func)，就會致使內存泄漏

更詳細的栗子參考：德州撲克栗子

5.6 上下文綁定引發的內存泄漏

有時候使用 bind/apply/call 上下文綁定方法的時候，會有內存泄漏的隱患。

var ClassA = function(name) {
  this.name = name
  this.func = null
}

var a = new ClassA("a")
var b = new ClassA("b")

b.func = bind(function() {
  console.log("I am " + this.name)
}, a)

b.func()    // 輸出: I am a

a = null           // 釋放a
//b = null; // 釋放b
//b.func = null; // 釋放b.func

function bind(func, self) {    // 模擬上下文綁定
  return function() {
    return func.apply(self)
  }
}
複製代碼

使用 chrome dev tool > memory > profiles 查看內存中 ClassA 的實例數，發現有兩個實例，a 和 b。雖然 a 設置成 null 了，可是 b 的方法中 bind 的閉包上下文 self 綁定了 a，所以雖然 a 釋放，可是 b/b.func 沒有釋放，閉包的 self 一直存在並保持對 a 的引用。

網上的帖子大多深淺不一，甚至有些先後矛盾，在下的文章都是學習過程當中的總結，若是發現錯誤，歡迎留言指出~