JavaScript 闭包详解：从变量作用域到内存管理

变量作用域基础

一、变量的作用域

理解闭包的前提，是掌握JavaScript独特的变量作用域机制。

变量的作用域主要分为两类：全局变量与局部变量。

JavaScript的一个显著特性是，函数内部可以直接访问全局变量。

 
var n=999;
function f1(){
alert(n);
　　} 
f1(); // 999

反之，在函数外部无法直接读取函数内部的局部变量。

 
function f1(){
var n=999;
　　} 
alert(n); // error

需注意，在函数内部声明变量时必须使用 var 关键字。若省略 var，该变量将意外成为全局变量。

 
function f1(){
n=999;
　　} 
f1();
alert(n); // 999

从外部读取局部变量的方法

二、如何从外部读取局部变量？

尽管常规情况下无法在函数外读取局部变量，但通过特定技巧可以实现这一需求。

具体做法是在函数内部再定义一个子函数。

 
function f1(){
n=999;
function f2(){
alert(n); // 999
　　　　} 
　　} 

此时，函数 f2 被包含在 f1 内部，f1 的所有局部变量对 f2 可见。反之，f2 的局部变量对 f1 不可见。这构成了JavaScript特有的“链式作用域”（chain scope）结构。

子对象会沿作用域链向上查找所有父对象的变量。因此，父对象的所有变量对子对象可见，但子对象的变量对父对象不可见。

既然 f2 能读取 f1 的局部变量，只需将 f2 作为返回值，即可在 f1 外部访问其内部变量。

 
function f1(){
n=999;
function f2(){
alert(n);
　　　　} 
return f2;
　　} 
var result=f1();
result(); // 999

闭包的概念定义

三、闭包的概念

上述代码中的 f2 函数即为闭包。

专业文献对“闭包”（closure）的定义往往抽象难懂。通俗理解，闭包是指能够读取其他函数内部变量的函数。

由于JavaScript中只有子函数能读取局部变量，因此可简单将闭包理解为“定义在函数内部的函数”。

本质上，闭包是连接函数内部与外部的桥梁。

闭包的主要用途

四、闭包的用途

闭包应用场景广泛，主要用途有两个：一是读取函数内部的变量，二是让这些变量的值始终保留在内存中。

具体理解请参考以下代码。

 
function f1(){
var n=999;
nAdd=function(){n+=1}
function f2(){
alert(n);
　　　　} 
return f2;
　　} 
var result=f1();
result(); // 999
nAdd();
result(); // 1000

在此代码中，result 即为闭包 f2。它运行两次，第一次输出 999，第二次输出 1000。这证明 f1 中的局部变量 n 始终保存在内存中，并未在 f1 调用结束后被清除。

原因在于 f1 是 f2 的父函数，而 f2 被赋给全局变量，导致 f2 始终存在于内存中。由于 f2 依赖 f1，f1 也常驻内存，不会在调用结束后被垃圾回收机制（garbage collection）回收。

此外，代码中的“nAdd=function(){n+=1}”值得注意：首先，nAdd 前未使用 var，因此它是全局变量而非局部变量；其次，nAdd 的值是一个匿名函数，该匿名函数本身也是一个闭包。

因此，nAdd 相当于一个 setter，允许在函数外部操作内部的局部变量。

使用闭包的注意事项

五、使用闭包的注意点

1）由于闭包会保持函数内的变量在内存中，导致内存消耗较大。滥用闭包可能引发网页性能问题，在IE浏览器中甚至可能导致内存泄漏。解决方法是在退出函数前，删除不再使用的局部变量。

2）闭包会在父函数外部改变其内部变量的值。若将父函数视为对象，闭包视为公共方法，内部变量视为私有属性，需谨慎操作，避免随意修改父函数内部变量。

3）注意不要随意改变父函数内部变量的值，以免产生非预期行为。

闭包运行机制思考

六、思考题

若能理解以下代码的运行结果，即掌握了闭包的运行机制。

 
var name = "The Window";
var object = {
name : "My Object",
getNameFunc : function(){
return function(){
return this.name;
　　　　　}; 
　　　　} 
}; 
alert(object.getNameFunc()()); //The Window

JavaScript闭包例子

 
function outerFun()
{ 
var a=0;
function innerFun()
{ 
a++;
alert(a);
} 
} 
innerFun()

上述代码存在错误。innerFun() 的作用域在 outerFun() 内部，因此在 outerFun() 外部直接调用 innerFun() 是错误的。

修改后的代码如下，即构成闭包：

 
function outerFun() {
var a=0;
function innerFun() {
a++;
alert(a);
} 
return innerFun; //注意这里
} 
var obj=outerFun();
obj(); //结果为1
obj(); //结果为2
var obj2=outerFun();
obj2(); //结果为1
obj2(); //结果为2

什么是闭包:

当内部函数在定义它的作用域的外部被引用时，就创建了该内部函数的闭包。如果内部函数引用了外部函数的变量，当外部函数调用完毕后，这些变量在内存中不会被释放，因为闭包需要它们。

再来看一个例子

 
function outerFun() {
var a =0;
alert(a);
} 
var a=4;
outerFun();
alert(a);

结果为 0,4。因为在函数内部使用了 var 关键字，维护了 a 的作用域在 outerFun() 内部。

再看下面的代码:

 
function outerFun()
{ 
//没有var
a =0;
alert(a);
} 
var a=4;
outerFun();
alert(a);

结果为 0,0。这看似奇怪，原因在于：

作用域链是描述变量值查找路径的术语。当执行 a=0 时，因未使用 var，赋值操作会沿作用域链查找至 var a=4 并改变其值。

深入理解闭包原理

如果你对javascript闭包还不是很理解，那么请看下面转载的文章：(转载:http://www.felixwoo.com/archives/247)

官方”的解释是：闭包是一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的表达式（通常是一个函数），因而这些变量也是该表达式的一部分。

此定义较为学术。通俗而言，JavaScript中所有的function都是一个闭包。不过一般来说，嵌套的function所产生的闭包更为强大，也是大部分时候我们所谓的“闭包”。看下面这段代码：

 
function a() {
var i = 0;
function b() { alert(++i); }
return b;
} 
var c = a();
c();

这段代码有两个特点：

1、函数b嵌套在函数a内部；

2、函数a返回函数b。

引用关系如图：

执行完 var c=a() 后，变量 c 指向函数 b。再执行 c() 会弹出窗口显示 i 的值（第一次为1）。这段代码创建了一个闭包，因为函数 a 外的变量 c 引用了函数 a 内的函数 b。

当函数 a 的内部函数 b 被函数 a 外的一个变量引用时，就创建了一个闭包。

更透彻地说，“闭包”是指在构造函数体内定义另外的函数作为目标对象的方法函数，而这个对象的方法函数反过来引用外层函数体中的临时变量。这使得只要目标对象在生存期内保持其方法，就能间接保持原构造函数体当时用到的临时变量值。尽管最开始的构造函数调用已经结束，临时变量的名称也都消失了，但在目标对象的方法内却始终能引用到该变量的值，而且该值只能通这种方法来访问。即使再次调用相同的构造函数，但只会生成新对象和方法，新的临时变量只是对应新的值，和上次那次调用的是各自独立的。

简而言之，闭包的作用就是在 a 执行完并返回后，闭包使得Javascript的垃圾回收机制GC不会收回 a 所占用的资源，因为 a 的内部函数 b 的执行需要依赖 a 中的变量。这是对闭包作用的非常直白的描述，不专业也不严谨，但大概意思就是这样，理解闭包需要循序渐进的过程。

在上面的例子中，由于闭包的存在使得函数 a 返回后，a 中的 i 始终存在，这样每次执行 c()，i 都是自加1后alert出 i 的值。

那么我们来想象另一种情况，如果 a 返回的不是函数 b，情况就完全不同了。因为 a 执行完后，b 没有被返回给 a 的外界，只是被 a 所引用，而此时 a 也只会被 b 引用，因此函数 a 和 b 互相引用但又不被外界打扰(被外界引用)，函数 a 和 b 就会被GC回收。(关于Javascript的垃圾回收机制将在后面详细介绍)

如果要更加深入的了解闭包以及函数 a 和嵌套函数 b 的关系，我们需要引入另外几个概念：函数的执行环境(excution context)、活动对象(call object)、作用域(scope)、作用域链(scope chain)。以函数 a 从定义到执行的过程为例阐述这几个概念。

当定义函数 a 的时候，js解释器会将函数 a 的作用域链(scope chain)设置为定义 a 时 a 所在的“环境”，如果 a 是一个全局函数，则 scope chain 中只有 window 对象。

当执行函数 a 的时候，a 会进入相应的执行环境(excution context)。

在创建执行环境的过程中，首先会为 a 添加一个 scope 属性，即 a 的作用域，其值就为第 1 步中的 scope chain。即 a.scope=a 的作用域链。

然后执行环境会创建一个活动对象(call object)。活动对象也是一个拥有属性的对象，但它不具有原型而且不能通过JavaScript代码直接访问。创建完活动对象后，把活动对象添加到 a 的作用域链的最顶端。此时 a 的作用域链包含了两个对象：a 的活动对象和 window 对象。

下一步是在活动对象上添加一个 arguments 属性，它保存着调用函数 a 时所传递的参数。

最后把所有函数 a 的形参和内部的函数 b 的引用也添加到 a 的活动对象上。在这一步中，完成了函数 b 的定义，因此如同第 3 步，函数 b 的作用域链被设置为 b 所被定义的环境，即 a 的作用域。

到此，整个函数 a 从定义到执行的步骤就完成了。此时 a 返回函数 b 的引用给 c，又函数 b 的作用域链包含了对函数 a 的活动对象的引用，也就是说 b 可以访问到 a 中定义的所有变量和函数。函数 b 被 c 引用，函数 b 又依赖函数 a，因此函数 a 在返回后不会被 GC 回收。

当函数 b 执行的时候亦会像以上步骤一样。因此，执行时 b 的作用域链包含了 3 个对象：b 的活动对象、a 的活动对象和 window 对象，如下图所示：

如图所示，当在函数 b 中访问一个变量的时候，搜索顺序是：

先搜索自身的活动对象，如果存在则返回，如果不存在将继续搜索函数 a 的活动对象，依次查找，直到找到为止。

如果函数 b 存在 prototype 原型对象，则在查找完自身的活动对象后先查找自身的原型对象，再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。

如果整个作用域链上都无法找到，则返回 undefined。

小结，本段中提到了两个重要的词语：函数的定义与执行。文中提到函数的作用域是在定义函数时候就已经确定，而不是在执行的时候确定（参看步骤 1 和 3）。用一段代码来说明这个问题：

 
function f(x) {
var g = function () { return x; }
return g;
} 
var h = f(1);
alert(h());

这段代码中变量 h 指向了 f 中的那个匿名函数(由 g 返回)。

假设函数 h 的作用域是在执行 alert(h()) 确定的，那么此时 h 的作用域链是：h 的活动对象->alert 的活动对象->window 对象。

假设函数 h 的作用域是在定义时确定的，就是说 h 指向的那个匿名函数在定义的时候就已经确定了作用域。那么在执行的时候，h 的作用域链为：h 的活动对象->f 的活动对象->window 对象。

如果第一种假设成立，那输出值就是 undefined；如果第二种假设成立，输出值则为 1。

运行结果证明了第 2 个假设是正确的，说明函数的作用域确实是在定义这个函数的时候就已经确定了。

闭包的应用场景与内存管理

保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例，函数 a 中 i 只有函数 b 才能访问，而无法通过其他途径访问到，因此保护了 i 的安全性。

在内存中维持一个变量。依然如前例，由于闭包，函数 a 中 i 的一直存在于内存中，因此每次执行 c()，都会给 i 自加 1。

通过保护变量的安全实现JS私有属性和私有方法（不能被外部访问）

私有属性和方法在Constructor外是无法被访问的

 
function Constructor(...) {
var that = this;
var membername = value;
function membername(...) {...}
} 

以上 3 点是闭包最基本的应用场景，很多经典案例都源于此。

在Javascript中，如果一个对象不再被引用，那么这个对象就会被GC回收。如果两个对象互相引用，而不再被第3者所引用，那么这两个互相引用的对象也会被回收。因为函数 a 被 b 引用，b 又被 a 外的 c 引用，这就是为什么函数 a 执行后不会被回收的原因。

结语

六、结语

理解JavaScript的闭包是迈向高级JS程序员的必经之路，理解了其解释和运行机制才能写出更为安全和优雅的代码。