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javascript垃圾收集機(jī)制的原理分析

 更新時(shí)間:2016年12月08日 17:11:03   作者:小火柴的藍(lán)色理想  
javascript具有自動(dòng)垃圾收集機(jī)制,執(zhí)行環(huán)境會(huì)負(fù)責(zé)管理代碼執(zhí)行過程中使用的內(nèi)存。在編寫javascript程序時(shí),開發(fā)人員不用再關(guān)心內(nèi)存使用問題,所需內(nèi)存的分配以及無用內(nèi)存的回收完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)管理。本文將詳細(xì)介紹javascript的垃圾收集機(jī)制

前面的話

 javascript具有自動(dòng)垃圾收集機(jī)制,執(zhí)行環(huán)境會(huì)負(fù)責(zé)管理代碼執(zhí)行過程中使用的內(nèi)存。在編寫javascript程序時(shí),開發(fā)人員不用再關(guān)心內(nèi)存使用問題,所需內(nèi)存的分配以及無用內(nèi)存的回收完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)管理。下面將詳細(xì)介紹javascript的垃圾收集機(jī)制

原理

 垃圾收集機(jī)制的原理很簡(jiǎn)單:找出那些不再繼續(xù)使用的變量,然后釋放其占用的內(nèi)存,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)定的收集時(shí)間,周期性地執(zhí)行這一操作

 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(chǔ)它們的值。然后在函數(shù)中使用這些變量,直到函數(shù)執(zhí)行結(jié)束。此時(shí),局部變量就沒有存在的必要了。因此可以釋放它們的內(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)變量無用,對(duì)于不再有用的變量打上標(biāo)記,以備將來收回其所占用的內(nèi)存。用于標(biāo)識(shí)無用變量的策略通常有標(biāo)記清除和引用計(jì)數(shù)兩種

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),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)境的變量所占用的內(nèi)存,因?yàn)橹灰獔?zhí)行流進(jìn)入相應(yīng)的環(huán)境,就可能會(huì)用到它們。而當(dāng)變量離開環(huán)境時(shí),則將其標(biāo)記為'離開環(huán)境'

 可以用任何方式來標(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'變量列表以及一個(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)鍵在于采取什么策略

 垃圾收集器在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)給存儲(chǔ)在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記。然后,它會(huì)去掉環(huán)境中的變量以及被環(huán)境中的變量引用的變量的標(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)記的值并回收它們所占用的內(nèi)存空間

 大多數(shù)瀏覽器實(shí)現(xiàn)使用的都是標(biāo)記清除式的垃圾收集策略,只不過垃圾收集的時(shí)間互有不同

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)聲明了一個(gè)變量并將一個(gè)引用類型值賦給該變量時(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(duì)這個(gè)值的引用的變量又取得了另外一個(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)為0時(shí),則說明沒有辦法再訪問這個(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0的值所占用的內(nèi)存

Netscape Navigator3.0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:對(duì)象A中包含一個(gè)指向?qū)ο驜的指針,對(duì)象B中也包含一個(gè)指向?qū)ο驛的指針

function problem(){
 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,這兩個(gè)對(duì)象的引用次數(shù)都是2。在采用標(biāo)記清除策略的實(shí)現(xiàn)中,由于函數(shù)執(zhí)行之后,這兩個(gè)對(duì)象都離開了作用域,因此這種相互引用不是問題。但在采用引用計(jì)數(shù)策略的實(shí)現(xiàn)中,當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢之后,objectA和objectB還將繼續(xù)存在,因?yàn)樗鼈兊囊么螖?shù)永遠(yuǎn)不會(huì)是0。假如這個(gè)函數(shù)被重復(fù)多次調(diào)用,就會(huì)導(dǎo)致大量?jī)?nèi)存得不到回收

IE中有一部分對(duì)象并不是原生javascript對(duì)象,例如,其BOM和DOM中的對(duì)象就是使用c++以COM(component Object Model 組件對(duì)象模型)對(duì)象的形式實(shí)現(xiàn),而COM對(duì)象的垃圾回收機(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(duì)象依然是基于引用計(jì)數(shù)策略的。換句話說,只要在IE中涉及COM對(duì)象,就會(huì)存在循環(huán)引用的問題

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

這個(gè)例子在一個(gè)DOM元素(element)與一個(gè)原生javascript對(duì)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(duì)象,而變量element也有一個(gè)屬性名為someObject的屬性指向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,最好是在不使用它們的時(shí)候手工斷開原生javascript和DOM元素之間的連接

myObject.element = null;
element.someObject = 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。當(dāng)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

為了解決此問題,IE9把BOM和DOM對(duì)象都轉(zhuǎn)換成了真正的javascript對(duì)象

性能問題 

    垃圾收集器是周期性運(yùn)行的,而且如果為變量分配的內(nèi)存數(shù)量很可觀,那么回收工作量也是相當(dāng)大的。在這種情況下,確定垃圾收集時(shí)間間隔是一個(gè)非常重要的問題

    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(duì)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)方式的問題在于,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)在其生命周期中一直保有那么多的變量。而這樣一來,垃圾收集器就不得不頻繁地運(yùn)行。結(jié)果,由此引發(fā)的嚴(yán)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作方式:觸發(fā)垃圾收集的變量分配、字面量和數(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)臨界值在初始時(shí)與IE6相等。如果垃圾收集例程回收的內(nèi)存分配量低于15%,則變量、字面量和數(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,則將各種臨界值重置回默認(rèn)值。這樣,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。在IE中,調(diào)用window.CollectGarbage()方法會(huì)立即執(zhí)行垃圾收集

內(nèi)存管理

    使用具備垃圾收集機(jī)制的javascript的主要問題在于:分配給web瀏覽器的可用內(nèi)存數(shù)量通常要比分配給桌面應(yīng)用程序的少,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)行的語句數(shù)量

 因此,確保占用最少的內(nèi)存可以讓頁面獲得更好的性能。而優(yōu)化內(nèi)存占用的最佳方式是:為執(zhí)行中的代碼只保存必要的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)不再有用,最好通過將其值設(shè)置為null來釋放其引用,這種做法叫解除引用(dereferencing)。這一做法適用于大多數(shù)全局變量和全局對(duì)象的屬性,局部變量會(huì)在它們離開執(zhí)行環(huán)境時(shí)自動(dòng)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(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,以便垃圾收集器下次運(yùn)行時(shí)將其回收

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