1.垃圾回收機制

《JavaScript權(quán)威指南（第四版）》：由于字符串、對象和數(shù)組沒有固定大小，所有當(dāng)他們的大小已知時，才能對他們進(jìn)行動態(tài)的存儲分配。JavaScript程序每次創(chuàng)建字符串、數(shù)組或?qū)ο髸r，解釋器都必須分配內(nèi)存來存儲那個實體。只要像這樣動態(tài)地分配了內(nèi)存，最終都要釋放這些內(nèi)存以便他們能夠被再用，否則，JavaScript的解釋器將會消耗完系統(tǒng)中所有可用的內(nèi)存，造成系統(tǒng)崩潰。

這段話解釋了為什么需要系統(tǒng)需要垃圾回收，JavaScript不像C/C++，它有自己的一套垃圾回收機制。

JavaScript垃圾回收的機制：找出不再使用的變量，然后釋放掉其占用的內(nèi)存，但是這個過程不是時時的，因為其開銷比較大，所以垃圾回收器會按照固定的時間間隔周期性的執(zhí)行。

var a = "掘金";
var b = "淘金";
var a = b;

這段代碼運行之后，“掘金”這個字符串失去了引用（之前是被a引用），系統(tǒng)檢測到這個事實之后，就會釋放該字符串的存儲空間以便這些空間可以被再利用。

那是怎么進(jìn)行垃圾回收的呢？

其實垃圾回收有兩種方法：標(biāo)記清除、引用計數(shù)。引用計數(shù)不太常用，標(biāo)記清除較為常用。

1.1 標(biāo)記清除

這是javascript中最常用的垃圾回收方式。當(dāng)變量進(jìn)入執(zhí)行環(huán)境是，就標(biāo)記這個變量為“進(jìn)入環(huán)境”。從邏輯上講，永遠(yuǎn)不能釋放進(jìn)入環(huán)境的變量所占用的內(nèi)存，因為只要執(zhí)行流進(jìn)入相應(yīng)的環(huán)境，就可能會用到他們。當(dāng)變量離開環(huán)境時，則將其標(biāo)記為“離開環(huán)境”。

垃圾收集器在運行的時候會給存儲在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記。然后，它會去掉環(huán)境中的變量以及被環(huán)境中的變量引用的標(biāo)記。而在此之后再被加上標(biāo)記的變量將被視為準(zhǔn)備刪除的變量，原因是環(huán)境中的變量已經(jīng)無法訪問到這些變量了。最后。垃圾收集器完成內(nèi)存清除工作，銷毀那些帶標(biāo)記的值，并回收他們所占用的內(nèi)存空間。

我們用個例子，解釋下這個方法：

var m = 0,n = 19 // 把 m,n,add() 標(biāo)記為進(jìn)入環(huán)境。
add(m, n) // 把 a, b, c標(biāo)記為進(jìn)入環(huán)境。
console.log(n) // a,b,c標(biāo)記為離開環(huán)境，等待垃圾回收。
function add(a, b) {
  a++
  var c = a + b
  return c
} 

1.2 引用計數(shù)

所謂"引用計數(shù)"是指語言引擎有一張"引用表"，保存了內(nèi)存里面所有的資源（通常是各種值）的引用次數(shù)。如果一個值的引用次數(shù)是0，就表示這個值不再用到了，因此可以將這塊內(nèi)存釋放

如果一個值不再需要了，引用數(shù)卻不為0，垃圾回收機制無法釋放這塊內(nèi)存，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

var arr = [1, 2, 3, 4];
arr = [2, 4, 5]
console.log('浪里行舟'); 

上面代碼中，數(shù)組[1, 2, 3, 4]是一個值，會占用內(nèi)存。變量arr是僅有的對這個值的引用，因此引用次數(shù)為1。盡管后面的代碼沒有用到arr，它還是會持續(xù)占用內(nèi)存。至于如何釋放內(nèi)存，我們下文介紹。

第三行代碼中，數(shù)組[1, 2, 3, 4]引用的變量arr又取得了另外一個值，則數(shù)組[1, 2, 3, 4]的引用次數(shù)就減1，此時它引用次數(shù)變成0，則說明沒有辦法再訪問這個值了，因而就可以將其所占的內(nèi)存空間給收回來。

但是引用計數(shù)有個最大的問題： 循環(huán)引用

function func() {
    let obj1 = {};
    let obj2 = {};
    obj1.a = obj2; // obj1 引用 obj2
    obj2.a = obj1; // obj2 引用 obj1
} 

當(dāng)函數(shù) func 執(zhí)行結(jié)束后，返回值為 undefined，所以整個函數(shù)以及內(nèi)部的變量都應(yīng)該被回收，但根據(jù)引用計數(shù)方法，obj1 和 obj2 的引用次數(shù)都不為 0，所以他們不會被回收。

要解決循環(huán)引用的問題，最好是在不使用它們的時候手工將它們設(shè)為空。上面的例子可以這么做：

obj1 = null;
obj2 = null; 

2.什么是內(nèi)存泄漏

2.1 JavaScript內(nèi)存分配和回收的關(guān)鍵詞：GC根、作用域

GC根：一般指全局且不會被垃圾回收的對象，比如：window、document或者是頁面上存在的dom元素。JavaScript的垃圾回收算法會判斷某塊對象內(nèi)存是否是GC根可達(dá)（存在一條由GC根對象到該對象的引用），如果不是那這塊內(nèi)存將會被標(biāo)記回收。

作用域：在JavaScript的作用域里，我們能夠新建對象來分配內(nèi)存。比如說調(diào)用函數(shù)，函數(shù)執(zhí)行的過程中就會創(chuàng)建一塊作用域，如果是創(chuàng)建的是作用域內(nèi)的局部對象，當(dāng)作用域運行結(jié)束后，所有的局部對象（GC根無法觸及）都會被標(biāo)記回收，在JavaScript中能引起作用域分配的有函數(shù)調(diào)用、with和全局作用域。

我們知道瀏覽器會把object保存在堆內(nèi)存中，它們通過索引鏈可以被訪問到。GC(Garbage Collector) 是一個JavaScript引擎的后臺進(jìn)程，它可以鑒別哪些對象是已經(jīng)處于無用的狀態(tài)，移除它們，釋放占用的內(nèi)存。

本該被GC回收的變量，如果被其他對象索引，而且可以通過root訪問到，這就意味著內(nèi)存中存在了冗余的內(nèi)存占用，會導(dǎo)致應(yīng)用的性能降級，這時也就發(fā)生了內(nèi)存泄漏。

總結(jié)：所謂的內(nèi)存泄漏簡單來說就是不再用到的內(nèi)存，沒有得到及時的釋放。

3.常見的幾種內(nèi)存泄漏的方式

3.1 未被注意的全局變量

全局變量可以被root訪問，不會被GC回收。一些非嚴(yán)格模式下的局部變量可能會變成全局變量，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

• 給沒有聲明的變量賦值
• this 指向全局對象

function createGlobalVariables() {
  leaking1 = 'I leak into the global scope'; // assigning value to the undeclared variable
  this.leaking2 = 'I also leak into the global scope'; // 'this' points to the global object
};
createGlobalVariables();
window.leaking1; // 'I leak into the global scope'
window.leaking2; // 'I also leak into the global scope'

如何避免？使用嚴(yán)格模式。

3.2 閉包

閉包函數(shù)執(zhí)行完成后，作用域中的變量不會被回收，可能會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏：

function outer() {
  const potentiallyHugeArray = [];
  return function inner() {
    potentiallyHugeArray.push('Hello'); // function inner is closed over the potentiallyHugeArray variable
    console.log('Hello');
  };
};
const sayHello = outer(); // contains definition of the function inner
function repeat(fn, num) {
  for (let i = 0; i < num; i++){
    fn();
  }
}
repeat(sayHello, 10); // each sayHello call pushes another 'Hello' to the potentiallyHugeArray 
// now imagine repeat(sayHello, 100000)

3.3 定時器

使用setTimeout 或者 setInterval：

function setCallback() {
  const data = {
    counter: 0,
    hugeString: new Array(100000).join('x')
  };
  return function cb() {
    data.counter++; // data object is now part of the callback's scope
    console.log(data.counter);
  }
}
setInterval(setCallback(), 1000); // how do we stop it?

只有當(dāng)定時器被清理掉的時候，它回調(diào)函數(shù)內(nèi)部的data才會被從內(nèi)存中清理，否則在應(yīng)用退出前一直會被保留。

如何避免？

function setCallback() {
  // 'unpacking' the data object
  let counter = 0;
  const hugeString = new Array(100000).join('x'); // gets removed when the setCallback returns
  return function cb() {
    counter++; // only counter is part of the callback's scope
    console.log(counter);
  }
}
const timerId = setInterval(setCallback(), 1000); // saving the interval ID
// doing something ...
clearInterval(timerId); // stopping the timer i.e. if button pressed

定時器賦值給timerId，使用clearInterval(timerId)手動清理。

3.4Event listeners

addEventListener 也會一直保留在內(nèi)存中無法回收，直到我們使用了 removeEventListener，或者添加監(jiān)聽事件的DOM被移除。

const hugeString = new Array(100000).join('x');
document.addEventListener('keyup', function() { // anonymous inline function - can't remove it
  doSomething(hugeString); // hugeString is now forever kept in the callback's scope
});

如何避免？

function listener() {
  doSomething(hugeString);
}
document.addEventListener('keyup', listener); // named function can be referenced here...
document.removeEventListener('keyup', listener); // ...and here
// 或者
document.addEventListener('keyup', function listener() {
  doSomething(hugeString);
}, {once: true}); // listener will be removed after running once

4.使用chrome devtools的排查方法

下面使用幾個案例來展示在chrome devtools如何查看內(nèi)存泄漏。

4.1 用全局變量緩存數(shù)據(jù)

將全局變量作為緩存數(shù)據(jù)的一種方式，將之后要用到的數(shù)據(jù)都掛載到全局變量上，用完之后也不手動釋放內(nèi)存（因為全局變量引用的對象，垃圾回收機制不會自動回收），全局變量逐漸就積累了一些不用的對象，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏

   var x = [];
    function createSomeNodes() {
        var div;
        var i = 10000;
        var frag = document.createDocumentFragment();
        for (; i > 0; i--) {
            div = document.createElement("div");
            div.appendChild(document.createTextNode(i + " - " + new Date().toTimeString()));
            frag.appendChild(div);
        }
        document.getElementById("nodes").appendChild(frag);
    }
    function grow() {
        x.push(new Array(1000000).join('x'));
        createSomeNodes();
        setTimeout(grow, 1000);
    }
    grow()

上面的代碼貼一張 timeline的截圖

主要看memory區(qū)域，通過分析代碼我們可以知道頁面上的dom節(jié)點是不斷增加的，所以memory里綠色的線（代表dom nodes）也是不斷升高的；而代表js heap的藍(lán)色的線是有升有降，當(dāng)整體趨勢是逐漸升高，這是因為js 有內(nèi)存回收機制，每當(dāng)內(nèi)存回收的時候藍(lán)色的線就會下降，但是存在部分內(nèi)存一直得不到釋放，所以藍(lán)色的線逐漸升高

4.2 js錯誤引用DOM元素

    var nodes = '';
    (function () {
        var item = {
            name:new Array(1000000).join('x')
        }
        nodes = document.getElementById("nodes")
        nodes.item = item
        nodes.parentElement.removeChild(nodes)
    })()

這里的dom元素雖然已經(jīng)從頁面上移除了，但是js中仍然保存這對該dom元素的引用。

因為這段代碼是只執(zhí)行一次的，所以用timeline視圖會很難分析出來是否存在內(nèi)存泄漏，所以我們可以用 chrome dev tool 的 profile tab里的heap snapshot 工具來分析。

上面的代碼貼一張 heap snapshot 的summary模式的截圖

通過constructor的filter功能，我們把上面代碼中創(chuàng)建的長字符串找出來，可以看到代碼運行結(jié)束后，內(nèi)存中的長字符串依然沒有被垃圾回收掉。
順帶提一下的是右邊紅框里的shadow size和 retainer size的含義

• shadow size 指的是對象本地的大小
• retainer size 指的是對象所引用內(nèi)存的大小，回收該對象是會將他引用的內(nèi)存也一并回收，所以retainer size 指代的是回收內(nèi)存后會釋放出來的內(nèi)存大小

上面我們可以看到 長字符串本身的shadow size和retainer size是一樣大的，這是引用長字符串沒有引用其他的對象，如果有引用其他對象，那shadow size 和retainer size將不一致。

4.3 閉包循環(huán)引用

(function(){
    var theThing = null
    var replaceThing = function () {
        var originalThing = theThing
        var unused = function () {
            if (originalThing)
                console.log("hi")
        }
        theThing = {
            longStr: new Array(1000000).join('*'),
            someMethod: function someMethod() {
                console.log('someMessage')
            }
        };
    };
    setInterval(replaceThing,100)
})()

首先我們明確一下，unused是一個閉包，因為它引用了自由變量 originalThing，雖然它被沒有使用，但v8引擎并不會把它優(yōu)化掉，因為 JavaScript里存在eval函數(shù)，所以v8引擎并不會隨便優(yōu)化掉暫時沒有使用的函數(shù)。

theThing 引用了someMethod，someMethod這個函數(shù)作用域隱式的和unused這個閉包共享一個閉包上下文。所以someMethod也引用了originalThing這個自由變量。

這里面的引用鏈?zhǔn)牵?/p>

GCHandler -> replaceThing -> theThing -> someMethod -> originalThing -> someMethod(old) -> originalThing(older)-> someMethod(older)

隨著setInterval的不斷執(zhí)行，這條引用鏈?zhǔn)遣粫嗟?，所以?nèi)存會不斷泄漏，直致程序崩潰。

因為是閉包作用域引起的內(nèi)存泄漏，這時候最好的選擇是使用 chrome的heap snapshot的container視圖，我們通過container視圖能清楚的看到這條不斷泄漏內(nèi)存的引用鏈

到此這篇關(guān)于JavaScript面試必備之垃圾回收機制和內(nèi)存泄漏詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JavaScript垃圾回收 內(nèi)存泄漏內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論