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淺談對JavaScript閉包的理解

missonce / 1359人閱讀

摘要:關于循環和閉包當循環和閉包結合在一起時,經常會產生讓初學者覺得匪夷所思的問題。閉包是一把雙刃劍是比較難以理解和掌握的部分,它十分強大,卻也有很大的缺陷,如何使用它完全取決于你自己。

在談閉包之前,我們首先要了解幾個概念:

什么是函數表達式? 與函數聲明有何不同?

JavaScript查找標識符的機制

JavaScript的作用域是詞法作用域

JavaScript的垃圾回收機制

先來說說函數表達式

什么是函數表達式? 如果function是聲明中的第一個詞,那么就是函數聲明,否則就是函數表達式
舉個例子:

var foo = function(){}; //匿名函數表達式

(function foo(){})() //函數表達式,因為function不是聲明中的第一個詞,前面還有一個“(”

function foo(){} //函數聲明

函數表達式也分匿名函數表達式和具名函數表達式:

var foo = function(){} //匿名函數表達式

var foo = function bar(){} //具名函數表達式

具名函數表達式要注意一點:上例中的bar標識符 只在當前的函數作用域中存在,在全局作用域中是不存在的

函數聲明與函數表達式的重要區別有:

函數聲明具有函數聲明提升,函數表達式不會被提升

函數表達式可以在表達式后跟個括號來立即執行,函數聲明不行

(function (){})() //匿名函數表達式,且立即執行

這種模式的函數,通常稱為IIFE(Immediately Invoked Function Expresstion)代表立即執行函數表達式。
關于函數、變量聲明的提升這里就不再多說了, 想了解的同學可以查閱一下相關資料

關于JavaScript執行函數時查找標識符的機制

不了解作用域鏈及變量對象的同學可以先查閱相關資料后再來看。

作用域鏈本質上是一個由指向變量對象的指針列表,它只引用但不實際包含變量對象,變量,函數等等都存在各自作用域的變量對象中,通過訪問變量對象來訪問它們。

只有在函數調用的時候,才會創建執行環境和作用域鏈,同時每個環境都只能逐級向上搜索作用域鏈,來查詢變量和函數名等標識符

JavaScript的作用域

JavaScript的作用域就是詞法作用域而不是動態作用域
詞法作用域最重要的特征是它的定義過程發生在代碼的書寫階段
動態作用域的作用域鏈是基于調用棧的 詞法作用域的作用域鏈是基于代碼中的作用域嵌套

function foo(){
    console.log(num)
}
   
function bar(){
    var num = 2;
    foo(); // 1
}
    
var num = 1;
bar();    

bar函數執行時,會執行foo函數,因為JavaScript是詞法作用域,所以函數執行時,會沿著定義時的作用域鏈查找變量,而不是執行時,foo函數定義在全局中,所以查找到了全局的num,輸出了1而不是2。

下面來說閉包

關于什么是閉包,其實有很多種說法,這取決于各自的理解,最主要的有兩種:

Nicolas C.Zakas:閉包是指有權訪問另一個函數作用域中的變量的函數

KYLE SIMPSON:當函數可以記住并訪問所在的詞法作用域時,就產生了閉包,這個函數持有對該詞法作用域的引用,這個引用就叫做閉包

我個人更傾向于后者對于閉包的定義,即閉包是一個引用。
下面來看一些代碼:

function foo() {
    var a = 5;
    return function() {
    console.log(a);
    }
 }

var bar = foo();
bar();       // 5
    

這段代碼里 foo執行時會返回一個匿名函數表達式,這個函數能夠訪問foo()的作用域,并且引用能引用它,然后將這個匿名函數賦值給了變量bar,讓bar能引用這個匿名函數并且可以調用它。
這個例子,匿名函數在自己定義的詞法作用域以外的地方成功執行
這正是閉包強大的地方,比如通過閉包實現模塊模式:

function aModule() {

    var sometext = "module";
    
    function doSomething() {
        console.log(sometext);
    }
    
    return {
        doSomething: doSomething
        };
}

var obj = aModule();
obj.doSomething()   //module

我們通過調用aModule函數創建了一個模塊實例,函數返回的這個對象,實質上可以看做是這個模塊的公告API,是不是有些像其它面向對象語言中的class?

再來通過閉包實現一個單例模式:

var application = function() {
    
    var components = [];
    /*
    一些初始化操作
    */
    return {              //公共API
        getComponentCount: function() {
        return components.length;
        },
        registerComponent: function(component) {
        components.push(component);
        }
    };
}();

這個例子通過IIFE創建了一個單例對象,函數里返回的對象字面量是這個單例模式的公共接口。
通過閉包實現模塊模式,可以做到很多強大的事情,模塊模式能成功實現,最關鍵的是返回的API還能繼續引用定義時所在的作用域,從而進行一些操作,也就是說,作用域并沒有因為函數執行后被銷毀,也就是沒有被內存回收,之所以沒有被回收是因為閉包的存在和JavaScript的垃圾回收機制。

JavaScript的垃圾回收機制

JavaScript最常用的垃圾收集方式是標記清除,垃圾收集器會給存儲在內存中的所有變量都加上標記,然后去除環境中的變量,以及被環境中的變量引用的變量的標記,說明這些變量還有作用,暫時不能被刪除,然后在此之后被加上標記的變量就是要刪除的變量了,等待垃圾收集器對他們完成清除工作。

對函數來說,函數執行完畢后,會自動釋放掉里面的變量,可是如果函數內部存在閉包,它們就不會被刪除,因為這個函數還在被內部的函數所引用,所以他不會被加上標記,不會被清除,而是會一直存在內存中得不到釋放!除非使用閉包的那個內部函數被銷毀,外部函數才能得到釋放

所以,雖然閉包強大,但是我們不能濫用它,且在沒有必要的情況下盡量不要創建閉包,不然將會有大量的變量對象得不到釋放,過度占用內存。

關于循環和閉包

當循環和閉包結合在一起時,經常會產生讓初學者覺得匪夷所思的問題。
來看一段Nicolas C.Zakas 在《JavaScript高級程序設計》中的代碼:

function createFunction() {
    var result = [];
    for (var i = 0; i < 10; i++) {
        result[i] = function() {
            return i;
        };
    }
    return result;
}

這個函數執行后,會創建一個由十個函數組成的數組并且產生十個互不相干的函數作用域,表面上看調用第幾個函數就會輸出幾,但是結果并不是這樣

var result = createFunction();
result[0]();  // 10
result[9]();  // 10

產生這種奇怪的現象的原因就是之前說的,createFunction的變量對象因為閉包的存在沒有被釋放,注意閉包保存的是整個變量對象,而不是只保存只被引用的變量,在createFunction執行后,創建了十個函數,同時變量 i 沒有被釋放,依然保存在內存中,所以此時它的值保留為停止循環后的10。

當我們在外部調用函數時,函數沿著它的作用域鏈開始搜索所需要的變量,前面說過,JavaScript的作用域鏈是基于定義時的作用域嵌套,所以當我們調用某個函數比如 result[0] 它就會首先在自己的作用域里通過RSH搜索 i ,顯然 i 不存在這個作用域中,于是它又沿著作用域鏈向上一級作用域中搜索 i ,然后找到了 i ,但是此時createFunction函數已經執行,循環也已經執行完畢了, i 的值為10,所以獲取到的i,值就為10,同理,其他的函數執行時,查找的i 也會是10, 所以每個函數執行結果都是輸出10。
關鍵所在就是盡管循環中的十個函數是在各自的迭代中分別定義的,但是它們都處于一個共享的上一級作用域中,所以它們獲取到的都是一個 i

所以解決此類問題的關鍵就是讓函數查找i時,不找到createFunction的變量對象那一級 ,因為一旦向上搜索到createFunction那里,得到的就是10。所以我們可以通過一些方法在中間來截斷本該搜索到createFunction變量對象的一次查找。

首先我們可以這樣:

function createFunction() {
    var result = [];
    for (var i = 0; i < 10; i++) {
    (function (){
        result[i] = function() {
            return i;
        };})();
    }
    return result;
}

我們通過定義一個立即執行函數表達式,在result[i]函數上一級創建了一個塊級作用域,如果我們把這個塊級作用域叫做a,那么它查找i時是這樣一條鏈 result[i]->a->createFunction,之所以還會查找到createFunction中,是因為a中沒有i這個變量,所以我們需要做些什么,讓它搜索到a時就停下

function createFunctions() {
    var result = new Array();
    for (var i = 0; i < 10; i++) {
        (function(i){
        result[i] = function() {
            return i;
        };})(i);
        }
    
    return result;
}

現在a這個塊級作用域里定義了一個變量 i ,這個 i 與上級的 i 不會互相影響,因為它們存在各自的作用域里, 同時我們將該次迭代時的 i 值賦給了 a這個塊級作用域里的 i ,即a中的 i 保存了當次迭代的 i ,result[i]在外部執行時,是這樣的調用鏈result i -> a在a中就能找到需要的變量,不需要再向上搜索,也不會查找到值為10的 i ,所以調用哪個result[i]函數,就會輸出哪個 i 。

ES6 中我們還可以使用 let 來解決此類問題

function createFunction() {
    var result = [];
    for (var i = 0; i < 10; i++) {
        let j = i;
        result[i] = function() {
            return j;
        };
    }
    return result;
}
//輸出一下
console.log(createFunction()[2]());  //2

let會創建一個塊級作用域,并在這個作用域中聲明一個變量。所以我們相當于在result[i]上套了一層塊級作用域

function createFunction() {
    var result = [];
    for (var i = 0; i < 10; i++) {
        //塊的開始
        let j = i;
        result[i] = function() {
            return j;
        };
        //塊的結束
    }
    return result;
}

這種方式解決此類問題,與前面沒有多大分別,總之就是為了不讓函數調用時去查找到最上級的那個 i 。

其實,如果在for循環頭部來進行let聲明還會有一個有趣的行為:

function createFunction() {
    var result = [];
    for (let i = 0; i < 10; i++) {    //每次迭代,都會聲明一次i,總共聲明10次
        result[i] = function() {
            return i;
        };
    }
    return result;
}
console.log(createFunction()[2]());  //2

這樣在for頭部使用let聲明, 每次迭代都會進行聲明,隨后每次迭代都會使用上一個迭代結束時的值來初始化這個變量。

事實上當函數當做值類型并到處傳遞時, 基本都會使用閉包,如定時器,跨窗口通信,事件監聽,ajax等等 基本只要使用了回調函數, 實際上就是在使用閉包。

閉包是一把雙刃劍 是JavaScript比較難以理解和掌握的部分, 它十分強大,卻也有很大的缺陷,如何使用它完全取決于你自己。

以上皆為個人觀點 如若有誤 還望指正

參考書籍

《JavaScript高級程序設計》

《你不知道的JavaScript 上卷》

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