javascript中的內存管理和垃圾回收

前面的話

　　無論什麼程序語言，內存生命週期基本是一致的：首先，分配須要的內存；而後，使用分配到的內存；最後，釋放其內存。而對於第三個步驟，什麼時候釋放內存及釋放哪些變量的內存，則須要使用垃圾回收機制。本文將詳細介紹javascript中的內存管理和垃圾回收

 

分配內存

　　爲了避免讓程序員費心分配內存，JavaScript 在定義變量時就完成了內存分配

var n = 123; // 給數值變量分配內存
var s = "azerty"; // 給字符串分配內存

var o = {a: 1,b: null}; // 給對象及其包含的值分配內存

　　有些函數調用結果是分配對象內存

var d = new Date(); // 分配一個 Date 對象
var e = document.createElement('div'); // 分配一個 DOM 元素

　　有些方法分配新變量或者新對象

var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
var a2 = ["generation", "nan nan"];
var a3 = a.concat(a2); 
// 新數組有四個元素，是 a 鏈接 a2 的結果

【存儲方式】

　　由於原始值佔據空間固定，是簡單的數據段，爲了便於提高變量查詢速度，將其存儲在棧(stack)中

　　因爲複雜值的大小會改變，因此不能將其存放在棧中，不然會下降變量查詢速度，所以其存儲在堆(heap)中，存儲在變量處的值是一個指針，指向存儲對象的內存處

 

使用內存

　　使用值的過程其實是對分配內存進行讀取與寫入的操做。讀取與寫入多是寫入一個變量或者一個對象的屬性值，甚至傳遞函數的參數

var a = 1;
console.log(a);// 讀取內存中的值
a = 2; // 寫入內存

 

釋放內存

　　大多數內存管理的問題都在這個階段。在這裏最艱難的任務是找到「所分配的內存確實已經再也不須要了」

　　Javascript內嵌了垃圾收集器，用來跟蹤內存的分配和使用，以便當分配的內存再也不使用時，自動釋放它。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

　　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。而後在函數中使用這些變量，直到函數執行結束。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。在這種狀況下，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

　　垃圾收集器必須跟蹤哪一個變量有用哪一個變量無用，對於再也不有用的變量打上標記，以備未來收回其所佔用的內存。用於標識無用變量的策略一般有標記清除和引用計數兩種

 

引用計數

　　引用計數是最簡單的垃圾收集算法。此算法把「對象是否再也不須要」簡化定義爲「對象有沒有其餘對象引用到它」。若是沒有引用指向該對象（零引用），對象將被垃圾回收機制回收

　　下面代碼中，兩個對象a、b被建立，一個做爲另外一個的屬性被引用，另外一個被分配給變量o

var o ={ a: {b:2}}

　　o2引用了o

var o2 = o;

　　「這個對象」的原始引用o被o2替換了

o = 1;

　　如今，「這個對象」有兩個引用了，一個是o2，一個是oa

var oa = o2.a;

　　最初的對象如今已是零引用了，然而它的屬性a的對象還在被oa引用，因此還不能回收

o2 = "yo";

　　a屬性的那個對象如今也是零引用了，它能夠被垃圾回收了

oa = null;

【循環引用】

　　Netscape Navigator3.0是最先使用引用計數策略的瀏覽器，但很快它就遇到了一個嚴重的問題——循環引用

　　引用計數算法有個限制：沒法處理循環引用。在下面的例子中，兩個對象被建立，並互相引用，造成了一個循環。它們被調用以後不會離開函數做用域，因此它們已經沒有用了，能夠被回收了。然而，引用計數算法考慮到它們互相都有至少一次引用，因此它們不會被回收

function f(){
  var o = {};
  var o2 = {};
  o.a = o2; // o 引用 o2
  o2.a = o; // o2 引用 o
  return "azerty";
}
f();

【IE低版本】

　　IE8-瀏覽器中，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，而COM對象的垃圾回收機制採用的就是引用計數策略。該方式經常形成對象被循環引用時內存發生泄漏

function f(){
    var element = document.getElementById('some_element');
    var myObject = new Object();
    myObject.element = element;
    element.someObject = myObject;
}
fn()

　　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也有一個屬性名爲someObject的屬性指向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，最好是在不使用它們的時候手工斷開原生javascript和DOM元素之間的鏈接

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

　　爲了解決此問題，IE9把BOM和DOM對象都轉換成了真正的javascript對象

 

標記清除

　　javascript中最經常使用的垃圾收集算法是標記清除(mark-and-sweep)，這個算法把「對象是否再也不須要」簡化定義爲「對象是否能夠到達」。若是對象不可到達，對象將被垃圾回收機制回收

　　大多數瀏覽器實現使用的都是標記清除式的垃圾收集策略，只不過垃圾收集的時間互有不一樣

　　這個算法假定設置一個叫作根（root）的對象（在Javascript裏，根是全局對象）。按期的，垃圾回收器將從根開始，找全部從根開始引用的對象，而後找這些對象引用的對象……從根開始，垃圾回收器將找到全部能夠到達的對象和全部不能到達的對象

　　該算法稱爲標記清除，是由於分爲標記(mark)和清除(sweep)兩個階段

　　在標記階段，垃圾回收器會從根對象開始遍歷，每個能夠從根對象訪問到的對象都會被添加一個標識，因而這個對象就被標識爲可到達對象

　　在清除階段，垃圾回收器會對內存從頭至尾進行線性遍歷，若是發現有對象沒有被標識爲可到達對象，那麼就將此對象佔用的內存回收，而且將原來標記爲可到達對象的標識清除，以便進行下一次垃圾回收操做

　　在標記階段，從根對象1能夠訪問到B，從B又能夠訪問到E，那麼B和E都是可到達對象，一樣的道理，F、G、J和K都是可到達對象。在回收階段，全部未標記爲可到達的對象都會被垃圾回收器回收

【循環引用】

　　使用標記清除算法，循環引用再也不是問題，上面的示例中，函數調用返回以後，兩個對象從全局對象出發沒法獲取。所以，他們將會被垃圾回收器回收

　　

性能問題

　　垃圾收集器是週期性運行的，並且若是爲變量分配的內存數量很可觀，那麼回收工做量也是至關大的。在這種狀況下，肯定垃圾收集時間間隔是一個很是重要的問題

　　IE的垃圾收集器是根據內存分配量運行的。具體一點說，就是256個變量，4096個對象(或數組)字面量和數組元素(slot)或者64kb的字符串。達到上述任何一個臨界值，垃圾收集器就會運行

　　這種實現方式的問題在於，若是一個腳本中包含那麼多變量，那麼該腳本極可能會在其生命週期中一直保有那麼多的變量。而這樣一來，垃圾收集器就不得不頻繁地運行。結果，由此引起的嚴重性能問題促使IE7重寫了其垃圾收集例程

　　IE7的javascript引擎的垃圾收集例程改變了工做方式：觸發垃圾收集的變量分配、字面量和數組元素的臨界值被調整爲動態修正。IE7中的各項臨界值在初始時與IE6相等。若是垃圾收集例程回收的內存分配量低於15%，則變量、字面量和數組元素的臨界值就會加倍。若是例程回收了85%的內存分配量，則將各類臨界值重置回默認值。這樣，極大地提高了IE在運行包含大量javascript的頁面時的性能

　　事實上，在有的瀏覽器中能夠觸發垃圾收集過程。在IE中，調用window.CollectGarbage()方法會當即執行垃圾收集

 

優化內存佔用

　　使用具有垃圾收集機制的javascript的主要問題在於：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，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，這種作法叫解除引用(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

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

var globalPerson = createPerson('test');
globalPerson = null;

　　不過，要注意的是，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