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《JS高程3》—— 內(nèi)存回收、垃圾收集、內(nèi)存泄漏

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摘要:局部變量只在函數(shù)執(zhí)行過程中存在。此時,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。總結(jié)一般情況下,局部變量的生命周期為函數(shù)對象執(zhí)行到執(zhí)行結(jié)束,全局變量的生命周期為瀏覽器打開和關(guān)閉。

垃圾收集

JavaScript具有自動垃圾收集機制,也就是說,執(zhí)行環(huán)境會負責管理代碼執(zhí)行中使用的內(nèi)存。在C和C++語言中,開發(fā)人員一項基本任務(wù)就是手工跟蹤內(nèi)存的使用情況,這是造成許多問題的一個根源。在編寫JavaScript程序時,開發(fā)人員不用在關(guān)心內(nèi)存使用問題,所需內(nèi)存的分配以及無用內(nèi)存的回收完全實現(xiàn)了自動管理。這種垃圾收集機制的原理其實很簡單:找出那些不在繼續(xù)使用的變量,然后釋放其占用的內(nèi)存。為此垃圾收集器會按照固定的事件間隔(或代碼執(zhí)行中預定的收集時間),周期性的執(zhí)行這一操作。

記:既然有垃圾收集器,那么本身垃圾收集也是耗用內(nèi)存的,且宿主環(huán)境是瀏覽器時,本身獲得的內(nèi)存不會是全部內(nèi)存,為防止瀏覽器耗盡內(nèi)存而系統(tǒng)崩潰。

下面來分析一下函數(shù)中局部變量的正常生命周期。局部變量只在函數(shù)執(zhí)行過程中存在。而在這個過程中,會為局部變量在棧(或堆)內(nèi)存上分配相應(yīng)的空間,以便存儲它們的值。然后在函數(shù)中使用這些變量,直至函數(shù)執(zhí)行結(jié)束。此時,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;但并非所以情況下都這么容易得出結(jié)論。
垃圾收集器必須跟蹤哪個變量有用哪個變量沒用,對于不再有用的變量打上標記,已備將來收回所占用的內(nèi)存。用于標識無用變量的策略可能會因?qū)崿F(xiàn)而異。

總結(jié):

一般情況下,局部變量的生命周期為函數(shù)(對象)執(zhí)行到執(zhí)行結(jié)束,全局變量的生命周期為瀏覽器打開和關(guān)閉。

根據(jù)數(shù)據(jù)類型(值、引用)分配棧、堆內(nèi)存。(這里有一些爭議,認為JavaScript這類高級語言用stack和heap解釋不是很準確。并且JS中的值類型實際上也是一種"對象")
前端基礎(chǔ)進階(一):內(nèi)存空間詳細圖解

對于無用變量的回收采取先標記,后回收策略,具體執(zhí)行垃圾收集器。

回收策略:標記清除

JavaScript中最常用的垃圾收集方式是標記清除(mark-and-sweep)。當變量進入環(huán)境(例如,在函數(shù)中聲明一個變量)時,將這個變量標記為"進入環(huán)境"(進入執(zhí)行棧?)。從邏輯上講,永遠不能釋放進入環(huán)境的變量所占用的內(nèi)存,因為只要執(zhí)行流進入相應(yīng)的環(huán)境,就可能用到它們。而當變量離開環(huán)境時,則將其標記為"離開環(huán)境"。

可以使用任何方式標記變量,如翻轉(zhuǎn)某個特殊的位來紀錄一個變量何時進入環(huán)境,或者使用一個“進入環(huán)境的”變量列表及一個"離開環(huán)境的"變量列表來跟蹤哪個變量發(fā)生變化。

垃圾收集器在運行時時候會給存儲在內(nèi)存中所有變量都加上標記(問題:加標記這個動作是否也會占用內(nèi)存?)。然后,它會去掉環(huán)境中的變量以及被環(huán)境中的變量引用的變量的標記。而在此之后再被加上標記的變量將被視為準備刪除的變量,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,銷毀那些帶標記的值并回收它們所占用的內(nèi)存空間。

完全抽象不起來:)

回收策略:引用計數(shù)

另一種不太常見的垃圾收集策略叫做引用計數(shù)(reference counting)。引用技術(shù)的含義是跟蹤紀錄每個值被引用的次數(shù)。當聲明了一個變量并將一個引用類型值賦給該變量時,則這個值的引用次數(shù)就是1。如果同一個值又被賦給另一個變量,則該值的引用次數(shù)加1。相反,如果包含對這個值引用的變量又取得了另外一個值。,則這個值的引用次數(shù)減1。

自己抽象的圖:)

當這個值的引用次數(shù)變成0時,則說明沒有辦法在訪問這個值了,因而就可以將其占用的內(nèi)存空間回收起來。這樣,當垃圾收集器下次運行時,它就會釋放那些引用次數(shù)為0的值所占用的內(nèi)存。

《JS高程3》曾說JavaScript不允許直接訪問內(nèi)存地址,而是通過對外引用內(nèi)存地址(哈希表)來實現(xiàn)訪問,這個回收方式是否可以看成是內(nèi)存地址對外顯現(xiàn)的次數(shù)?

Netscpae Navigatior3.0是最早使用引用技術(shù)策略的瀏覽器,但很快它就遇到了一個嚴重的問題:循環(huán)引用。循環(huán)引用指的是對象A中一個指向?qū)ο驜的指針,而對象B也包含一個指向?qū)ο驛的引用。如下:

    function problem() {
        var objA = new Object();
        var objB = new Object();
        
        objA.someOtherObject = objB;
        objB.anotherObject = objA;
    }

objA和objB通過各自的屬性相互引用;也就是說,這兩個對象的引用次數(shù)都是2。在采用標記清除策略的實現(xiàn)中,由于函數(shù)執(zhí)行之后,這兩個對象都離開了作用域,因此這種相互引用不是問題。
但在采用引用計數(shù)策略的實現(xiàn)中,當函數(shù)執(zhí)行完畢后,因為它們的引用次數(shù)永遠不會是0,假如這個函數(shù)被重復多次調(diào)用,就會導致大量內(nèi)存得不到回收。為此,Netscape在Navigation4.0中放棄了引用計數(shù)方式,轉(zhuǎn)而采用標記清除來實現(xiàn)其垃圾收集機制。可是,引用計數(shù)導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(xiàn)的,而COM對象的垃圾收集機制采用的就是引用計數(shù)策略。因此,即使IE的JavaScript引擎是使用標記清除策略實現(xiàn)的,但JavaScript訪問的COM對象依然是基于引用計數(shù)策略的。換句話說,只要在IE中涉及COM對象,就會存在循環(huán)引用的問題。
下面這個簡單的例子,展示了COM對象導致的循環(huán)引用問題:

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

一個DOM元素(element,也是對象)與一個原生JavaScript對象(myObject)之間創(chuàng)建了循環(huán)引用。

其中,變量myObject有一個名為e的屬性指向element對象;而變量e也有一個屬性名叫someObject回指myObject。由于存在這個循環(huán)引用,即使將例子中的DOM從頁面中移除,它也永遠不會被回收。

為了避免類似這樣的循環(huán)引用問題,最好是在不使用它們的時候手工斷開原生JavaScript對象與DOM元素之間的鏈接。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:

    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鏈接。當垃圾收集器下次運行時,就會刪除這些值并回收它們占用的內(nèi)存。

性能問題

垃圾收集器周期性運行的,而且如果為變量分配的內(nèi)存數(shù)量可觀,那么回收工作量也是相當大的。在這種情況下,確定垃圾收集器的時間間隔是一個非常重要的問題。
說道垃圾收集器多久時間運行一次,不禁讓人聯(lián)想起IE因此而聲名狼藉的性能問題。IE的垃圾收集器是根據(jù)內(nèi)存分配量運行的,具體一點說就是256個變量、4096個對象(或數(shù)組)字面量和數(shù)組元素或者64KB的字符串。達到上述任何一個臨界值,垃圾收集器都會運行。這種實現(xiàn)方式問題在于,如果一個腳本包含那么多變量,那么該腳本可能會在其生命周期中一直保持那么多變量。而這樣一來,垃圾收集器不得不頻繁的運行。結(jié)果,由此引發(fā)的嚴重性能問題促使IE7重寫了其垃圾收集例程。

事實上,有點瀏覽器可以觸發(fā)垃圾收集過程,但我們不建議讀者這樣做。在IE中,調(diào)用window.CollectGarbage()方法會立即執(zhí)行垃圾收集。

管理內(nèi)存

JavaScript在進行內(nèi)存管理及垃圾收集時面臨問題最主要的是,分配給web瀏覽器的可用內(nèi)存數(shù)量比桌面應(yīng)用程序的少,防止運行JavaScript網(wǎng)頁耗盡系統(tǒng)內(nèi)存而導致系統(tǒng)崩潰。內(nèi)存限制問題不僅會影響給變量分配內(nèi)存,同時還會影響調(diào)用棧以及一個線程中能夠同時執(zhí)行的語句數(shù)量。

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,就是為執(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——這個做法叫做解除引用(dereferencing)。這一做法用于大多數(shù)全局變量和全局對象的屬性。局部變量會在它們離開執(zhí)行環(huán)境時自動解除引用:

    function createPerson(name) {
        var localPerson = new Object();
        localPerson.name = name;
        return localPerson;
    }
    
    var globalPerson = createPerson("Nicholas");
    // 手工解除globalPerson的引用
    
    globalPerson = null;

localPerson在函數(shù)執(zhí)行完畢就離開執(zhí)行環(huán)境,因此無需我們顯式地去為它解除引用。但是對于全局變量globalPerson而言,則需要我們在不使用它的時候手工為它解除引用,設(shè)置為null。

解除一個值的引用并不意味著自動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行時將其回收。

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