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javascript垃圾收集機(jī)制與內(nèi)存泄漏詳細(xì)解析

 更新時(shí)間:2013年11月11日 10:02:33   投稿:jingxian  
本文是對javascript中的垃圾收集機(jī)制與內(nèi)存泄漏進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹,需要的朋友可以過來參考下,希望對大家有所幫助

javascript具有自動(dòng)垃圾收集機(jī)制,也就是說,執(zhí)行環(huán)境會(huì)負(fù)責(zé)管理代碼執(zhí)行過程中的使用的內(nèi)存。而在C和C++之類的語言中,開發(fā)人員的一項(xiàng)基本任務(wù)就是手動(dòng)跟蹤內(nèi)存的使用情況,這是造成許多問題的一個(gè)根源。在編寫javascript程序時(shí)候,開發(fā)人員不用再關(guān)心內(nèi)存使用的問題,所需內(nèi)存的分配 以及無用的回收完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)管理。這種垃圾收集機(jī)制的原理其實(shí)很簡單:找出那些不再繼續(xù)使用的變量,然后釋放其中占用的內(nèi)存。為此,垃圾收集器會(huì)按照固定的時(shí)間間隔(或代碼執(zhí)行中預(yù)設(shè)的收集時(shí)間),周期性的執(zhí)行這一操作。

下面我們來分析一下函數(shù)中局部變量正常的生命周期。局部變量只在函數(shù)執(zhí)行的過程中存在。而在這個(gè)過程中,會(huì)為局部變量在棧(或堆)內(nèi)存上分配相應(yīng)的空間,以便存儲他們的值。然后在函數(shù)中是使用這些變量,直至函數(shù)執(zhí)行結(jié)束。此時(shí),局部變量就沒有存在的必要了,因此可以釋放他們的內(nèi)存以供將來使用。在這種情況下,很容易判斷變量是否還有存在的必要;但并非所有情況下都這么容易就能得出結(jié)論。垃圾收集器必須跟蹤哪個(gè)變量有用哪個(gè)變量沒用,對于不再有用的變量打上標(biāo)記,以備將來回收其占用的內(nèi)存。用于標(biāo)識無用變量的策略可能會(huì)因現(xiàn)實(shí)而異,但具體到瀏覽器中的實(shí)現(xiàn),通常有兩個(gè)策略。

標(biāo)記清除

javascript中最常用的垃圾收集方式是標(biāo)記清除(mark-and-sweep)。當(dāng)變量進(jìn)入環(huán)境(例如,在函數(shù)中聲明一個(gè)變量)時(shí),就將這個(gè)變量標(biāo)記為“進(jìn)入環(huán)境”。從邏輯上講,永遠(yuǎn)不能釋放進(jìn)入環(huán)境的變量所占的內(nèi)存,因?yàn)橹灰獔?zhí)行流進(jìn)入相應(yīng)的環(huán)境,就可能用到它們。而當(dāng)變量離開環(huán)境時(shí),這將其標(biāo)記為“離開環(huán)境”。

可以使用任何方式來標(biāo)記變量。比如,可以通過翻轉(zhuǎn)某個(gè)特殊的位來記錄一個(gè)變量何時(shí)進(jìn)入環(huán)境,或者使用一個(gè)“進(jìn)入環(huán)境的”變量列表及一個(gè)“離開環(huán)境的”變量列表來跟蹤哪個(gè)變量發(fā)生了變化。說到底,如何標(biāo)記變量其實(shí)并不重要,關(guān)鍵采取什么策略。

垃圾收集器在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)給存儲在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記(當(dāng)然,可以使用任何標(biāo)記方式)。然后,它會(huì)去掉環(huán)境中變量以及被環(huán)境中的變量引用的變量標(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)記的值并回收它們所占用的內(nèi)存空間。

到2008年為止,IE、Firefox、Opera、Chrome和Safari的javascript實(shí)現(xiàn)使用的都是標(biāo)記清除式的垃圾收集策略(或類似的策略),只不過垃圾收集的時(shí)間間隔互有不同。

引用計(jì)數(shù)

另一種不太常見的垃圾收集策略叫做引用計(jì)數(shù)(reference counting)。引用計(jì)數(shù)的含義是跟蹤記錄每個(gè)值被引用的次數(shù)。當(dāng)聲明一個(gè)變量并將引用類型的值賦給該變量時(shí),則這個(gè)值的引用次數(shù)就是1。如果同一個(gè)值又被賦給另一個(gè)變量,則該值的引用次數(shù)加1。相反,如果包含對這個(gè)值引用的變量又取得另外一個(gè)值,則這個(gè)值的引用次數(shù)減1.當(dāng)這個(gè)值的引用次數(shù)變成0時(shí),則說明沒有辦法訪問這個(gè)值了,因此就可以將其占用的內(nèi)存空間回收回來。這樣當(dāng)垃圾收集器下次再運(yùn)行時(shí),它就會(huì)釋放那些引用次數(shù)為零的值所占用的內(nèi)存。

Netscape Navigator 3.0是最早使用引用計(jì)數(shù)策略的瀏覽器,但很快它就遇到了一個(gè)嚴(yán)重的問題:循環(huán)引用。循環(huán)引用指的是對象A中包含一個(gè)指向?qū)ο驜的引用,而對象B中也包含一個(gè)指向?qū)ο驛的引用。

請看下面例子:

復(fù)制代碼 代碼如下:

function () {
    var objectA = new Object();
    var objectB = new Object();
   
    objectA.someOtherObject = objectB;
    objectB.anotherObject = objectA;
}

在這個(gè)例子中,objectA和objectB通過各自的屬性相互引用,也就是說,這兩個(gè)對象的引用次數(shù)都是2。在采用引標(biāo)記清除略的實(shí)現(xiàn)中,由于函數(shù)執(zhí)行之后,這兩個(gè)對象都離開了作用域。因此這兩種相互引用不是個(gè)問題。但在采用引用計(jì)數(shù)策略的實(shí)現(xiàn)中,但函數(shù)執(zhí)行完畢后,objectA和objectB還將繼續(xù)存在,因此他們的引用次數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)是0。假如這個(gè)函數(shù)被重復(fù)調(diào)用,就會(huì)導(dǎo)致大量的內(nèi)存得不到回收。因此,Netscape在Navigator 4.0中放棄了引用計(jì)數(shù)器方式,轉(zhuǎn)而采用標(biāo)記清除來實(shí)現(xiàn)對其垃圾回收機(jī)制??墒牵糜?jì)數(shù)導(dǎo)致的麻煩并未就此終結(jié)。

我們知道,IE中有一部分對象并不是原生javascript對象。例如,其中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(shí)現(xiàn)的,而COM對象的垃圾收集機(jī)制采用的就是引用計(jì)數(shù)策略。因此,即使IE的javascript引擎是使用標(biāo)記清除策略來實(shí)現(xiàn)的,但javascript訪問的COM對象依然是基于引用計(jì)數(shù)策略的。換句話說,只要IE中設(shè)計(jì)COM對象,就會(huì)存在循環(huán)引用的問題。

下面這個(gè)簡單的例子,展示了使用COM對象導(dǎo)致的循環(huán)引用問題:

復(fù)制代碼 代碼如下:

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

這里例子在一個(gè)DOM元素(element)與一個(gè)原生的javascript對象(myObject)之間創(chuàng)建了循環(huán)引用。其中,變量myObject 有一個(gè)名為element的屬性指向element對象;而變量element也有一個(gè)屬性名叫someObject回指myObject。由于存在這個(gè)循環(huán)引用,即使將例子中的DOM從頁面中移除,它也永遠(yuǎn)不會(huì)被回收。

為了避免類似這樣的循環(huán)引用問題,最好是不使用他們的時(shí)候手工斷開原生javascript對象與DOM元素之間的連接。例如,可以使用下面的代碼消除前面例子創(chuàng)建的循環(huán)引用:

復(fù)制代碼 代碼如下:

myObject.element = null;
element.somObject = null;

將變量設(shè)置為null,意味著切斷變量與它此前引用的值之間的連接。但垃圾收集器下次運(yùn)行時(shí),就會(huì)刪除這些值并回收它們占用的內(nèi)存。

性能問題

垃圾收集器都是周期性運(yùn)行的,而且如果為變量分配的內(nèi)存數(shù)量很客觀,那么回收工作量也是相當(dāng)大的。在這種情況下,確定垃圾收集的時(shí)間間隔是一個(gè)非常重要的問題。說到垃圾收集器多長時(shí)間運(yùn)行一次,不禁讓人聯(lián)想到IE因此聲名狼藉的性能問題。IE的垃圾收集器是根據(jù)內(nèi)存分配量運(yùn)行的,具體一點(diǎn)說就是256個(gè)變量、4096個(gè)對象(或數(shù)組)字面量和數(shù)組元素(slot)或者64KB的字符串。達(dá)到上述任何一個(gè)臨界值,垃圾收集器就會(huì)運(yùn)行。這種實(shí)現(xiàn)的問題在于,如果一個(gè)腳本中包含那么多變量,那么該腳本很可能會(huì)在其生命中起一支保持那么多的變量。而這樣一來,垃圾收集器就可能不得不頻繁的運(yùn)行。結(jié)果,由此引發(fā)的嚴(yán)重性能問題初始IE7重寫了其垃圾收集例程。

隨著IE7的發(fā)布,其javascript引擎的垃圾收集例程改變了工作方式:觸發(fā)垃圾收集的變量分配、字面量和(或)數(shù)組元素的臨界值被調(diào)整為動(dòng)態(tài)修正。IE7中的各項(xiàng)臨界值在初始化時(shí)與IE6相等。如果例程回收的內(nèi)存分配量低于15%,則變量 、字面量和(或)數(shù)組元素的臨界值就會(huì)加倍。如果例程回收了85%的內(nèi)存分配量,則將各種臨界重置會(huì)默認(rèn)值。這一看似簡單的調(diào)整,極大地提升了IE在運(yùn)行包含大量javascript的頁面時(shí)的性能。

事實(shí)上,在有的瀏覽器中可以觸發(fā)垃圾收集過程,當(dāng)我們不建議讀者這樣做。在IE中,調(diào)用window.CollectGarbage()方法立即指向垃圾收集,在Opera7及更高版本中,調(diào)用widnow.opera.collect()也會(huì)啟動(dòng)垃圾收集例程。

管理內(nèi)存

使具備垃圾收集機(jī)制的語言編寫程序,開發(fā)人員一般不必操心內(nèi)存管理的問題。但是,javascript在進(jìn)行內(nèi)存管理及垃圾收集時(shí)面臨的問題還是有點(diǎn)與眾不同。其中最重要的一個(gè)問題,就是分配給web瀏覽器的可使用內(nèi)存數(shù)量通常要比分配給桌面應(yīng)用程序的少。這樣做的目的出要是處于安全方面的考慮,目的是防止運(yùn)行javascript的網(wǎng)頁耗盡全部系統(tǒng)內(nèi)存而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。內(nèi)存限制問題不僅會(huì)影響給變量分配內(nèi)存,同時(shí)還會(huì)影響調(diào)用棧以及在一個(gè)線程中能夠同時(shí)執(zhí)行語句數(shù)量。

因此,確保占用最少內(nèi)存可以讓頁面獲得更好的性能,最好通過將其值設(shè)置為null來釋放其引用——這個(gè)做法叫做解除引用(dereferencing)。這一做法是用于大多數(shù)全局變量和全局對象的屬性。局部變量會(huì)在他們執(zhí)行環(huán)境時(shí)自動(dòng)被解除引用,如下面這個(gè)例子所示:

復(fù)制代碼 代碼如下:

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

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


在這個(gè)例子中,變量globalPerson取得了createPerson()函數(shù)返回的值。在createPerson()函數(shù)內(nèi)部,我們創(chuàng)建了一個(gè)對象并將其賦給了局部變量localPerson,然后又為該對象添加了一個(gè)名為name的屬性。最后,當(dāng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí),localPerson以函數(shù)的形式返回并賦給全局變量globalPerson。由于localPerson在createPerson()函數(shù)執(zhí)行完畢后就離開了其執(zhí)行環(huán)境,因此無需我們顯示的去為他解除引用。但是對于全局變量globalPerson而言,則需要我們在不使用它的時(shí)候手工為它解除引用,這也正是上面例子中最后一行代碼的目的。

不過,解除一個(gè)值的引用并不意味著自動(dòng)回收該值所占用的內(nèi)存。解除引用的真正作用是讓值脫離執(zhí)行環(huán)境,一邊垃圾收集器下次運(yùn)行時(shí)將其回收。

內(nèi)存泄漏

由于IE對JScript對象和COM對象使用不同的垃圾收集例程,因此閉包在IE中會(huì)導(dǎo)致一些特殊的問題。具體來說,如果閉包的作用域鏈中保存著一個(gè)HTML元素,那么就意味著該元素?zé)o法被銷毀。來看下面的例子:

復(fù)制代碼 代碼如下:

function assignHandler () {
    var element = document.getElementById("someElement");
    element.onclick = function () {
            alert(element.id);
    };
};

以上代碼創(chuàng)建了一個(gè)作為element元素時(shí)間處理程序的閉包,而這個(gè)閉包則有創(chuàng)建了一個(gè)循環(huán)引用。由于匿名函數(shù)保存了一個(gè)對assignHandler()的活動(dòng)對象的引用,因此就會(huì)導(dǎo)致無法減少element的引用數(shù)。只要匿名函數(shù)存在,element的引用數(shù)至少也是1,因此它所占用的內(nèi)存就永遠(yuǎn)不會(huì)被回收。不過,這個(gè)問題可以通過稍微改寫一下代碼來解決,如下所示:
復(fù)制代碼 代碼如下:

function assignHandler () {
    var element = document.getElementById("someElement");
    var id = element.id;
   
    element.onclick = function () {
            alert(id);
    };
   
    element = null;
};

在上面代碼中,通過把element.id的一個(gè)副本保存在一個(gè)變量中,并且在閉包中引用該變量消除了循環(huán)引用。但僅僅做到這一步,還是不能解決內(nèi)存泄漏的問題。必須要記?。洪]包會(huì)引用包含函數(shù)活動(dòng)的整個(gè)活動(dòng)對象,而其中包含element。即使閉包不直接引用element,包含函數(shù)的活動(dòng)對象中也仍然會(huì)保存一個(gè)引用。因此,有必要把element變量設(shè)置為null。這樣就能夠解除對DOM對象的引用,順利地減少其引用數(shù),確保正?;厥掌湔加玫膬?nèi)存。

說明

1、如果你在另一個(gè)window中keep了該window中的object的reference,即使關(guān)閉該window,內(nèi)存也沒有釋放;

2、更糟糕的是,如果你keep的是一個(gè)DOM object的reference,關(guān)閉該object所在window,IE會(huì)crash,報(bào)內(nèi)存錯(cuò)誤(或者要求,重新啟動(dòng))。

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