JavaScript作用域链与闭包内存管理机制详解

JavaScript作用域链基础

本文通过具体实例深入解析JavaScript中的作用域链机制，旨在为读者提供清晰的参考与学习思路。

与其他编程语言类似，变量和函数的作用域决定了它们的查找路径。在JavaScript中，理解作用域尤为关键，因为它不仅决定了this关键字的指向，还涉及闭包对外部作用域的访问能力。在JavaScript中，每个函数都是Function对象的实例，该对象包含一个内部属性[[Scope]]，该属性仅由JavaScript引擎访问。通过[[Scope]]属性，可以访问函数的作用域链，进而搜索变量和函数，判断它们位于作用域链中的哪一个活动对象中。

简单的作用域链

当函数被创建时，作为Function对象的实例，它拥有[[Scope]]内部属性。该属性指向一个作用域链，默认情况下，这个作用域链至少包含一个全局对象变量。

function compare(value1, value2){
  if (value1 < value2) {
    return -1;
  } else if (value1 > value2) {
    return 1;
  } else {
    return 0;
  }
}
var result = compare(5, 10);

上述代码首先定义了一个compare()函数，随后在全局作用域中调用该函数。在创建compare()函数时，其作用域链结构如图所示：

当compare()函数在全局作用域中被调用执行时，JavaScript引擎会创建一个运行时上下文（execution context）的内部对象。一个运行时上下文定义了一个函数执行时的环境。每次函数执行时，其运行时上下文都是独立的，因此多次调用会导致多个运行时上下文的创建与销毁。

每个运行时上下文都拥有自己的作用域链，用于解析变量和函数等标识符。

运行时上下文在函数调用执行时创建，在函数执行完毕后销毁。在创建运行时上下文时，首先会复制被调用函数的[[Scope]]属性中的对象，随后创建一个活动对象（作为变量对象使用）并推入运行时上下文作用域链的前端。对于本例中compare()函数的运行时上下文而言，其作用域链包含两个变量对象：compare()的活动对象（activation object of compare()）与全局变量对象（global object）。

对于简单的作用域链，情况如上所述；然而，当涉及闭包时，情况会有所不同。

闭包与内存管理机制

闭包的作用域链

//step1: define createComparisonFunction
function createComparisonFunction(propertyName){
  return function(object1, object2){
    var value1 = object1[propertyName];
    var value2 = object2[propertyName];
    if (value1 < value2) {
      return -1;
    } else if (value1 > value2) {
      return 1;
    } else {
      return 0;
    }
  };
}
//step2: call createComparisonFunction
var compare = createComparisonFunction("name");
//step3: call compare
var result = compare({name: "Nicholas"}, {name: "Gerg"});
//step4: dereference closure for recycle memory
compare = null;

我们将分以下步骤图解作用域链的变化过程：

step1: 定义createComparisonFunction；

在创建createComparisonFunction函数后，该函数即可被调用，因此内存中保留了一个createComparisonFunction的Function对象； 此时内存中保留的对象包括：

1. Global Object

2. createComparisonFunction对象 & Scope Chain

step2: 执行createComparisonFunction；

在执行createComparisonFunction的过程中，首先会创建createComparisonFunction的运行时上下文对象、ScopeChain以及活动对象；其次，会创建一个闭包（匿名函数）。 函数执行时内存中保留的对象包括：

1. Global Object 2. createComparisonFunction的Function对象 + Scope Chain 3. createComparisonFunction的运行时上下文对象 + Scope Chain 4. createComparisonFunction的活动对象 5. Closure(anonymous)的Function对象 + Scope Chain

在执行完createComparisonFunction之后，createComparisonFunction的运行时上下文对象及ScopeChain会被销毁。然而，由于createComparisonFunction的活动对象被Closure(anonymous)对象的ScopeChain所引用，因此该活动对象不会被销毁。

函数执行完毕后内存中保留的对象包括：

1. Global Object 2. createComparisonFunction的Function对象 + Scope Chain 3. Closure(anonymous)的Function对象 + Scope Chain 4. createComparisonFunction的活动对象

对比step1，step2在执行完毕后，增加了两个对象：

1. Closure(anonymous)的Function对象 + Scope Chain 2. createComparisonFunction的活动对象

这是因为执行createComparisonFunction所产生的闭包被compare变量所引用，而该闭包函数的Scope Chain又引用了createComparisonFunction的活动对象，因此内存中增加了这两个对象。

step3: 执行compare；

在执行闭包（compare）时，首先会创建闭包的运行时上下文对象、ScopeChain以及活动对象，随后执行闭包。

闭包执行时内存中保留的对象包括：

1. Global Object 2. createComparisonFunction的Function对象 + Scope Chain 3. 闭包Closure(anonymous)的Function对象 + Scope Chain 4. createComparisonFunction的活动对象 5. 闭包Closure(anonymous)的运行时上下文 + Scope Chain 6. 闭包Closure(anonymous)的活动对象

执行完闭包Closure(anonymous)之后，闭包Closure(anonymous)的活动对象会被销毁，同时闭包Closure(anonymous)的运行时上下文及Scope Chain也会被销毁。

闭包执行完毕后内存中保留的对象包括：

1. Global Object 2. createComparisonFunction的Function对象 + Scope Chain 3. 闭包Closure(anonymous)的Function对象 + Scope Chain 4. createComparisonFunction的活动对象

对比step2，step3执行完毕后，内存中保留的对象数量没有增加，这属于正常执行一个函数的情况。

在正常情况下，执行完一个函数之后，内存中保留的对象应该与执行前保持一致。

执行闭包因为没有引入新的引用，所以内存中保留的对象保持了一致。

那么问题来了，createComparisonFunction的活动对象究竟如何才能被销毁呢？

我们首先分析createComparisonFunction的活动对象存在的原因：闭包Closure(anonymous)的Function对象的Scope Chain引用了createComparisonFunction的活动对象，其目的是因为在闭包中需要访问propertyName这一属于createComparisonFunction活动对象的属性。

如果闭包Closure(anonymous)的Function对象被销毁，那么由于createComparisonFunction的活动对象不再被任何对象引用，它也会被销毁。

step4解除了compare对闭包的引用，使得闭包不再被任何对象引用，从而闭包被销毁。随之，createComparisonFunction的活动对象也因不再被任何对象引用而被销毁，这样就回收了这些对象所占用的内存。

使用闭包的问题在于其内存消耗通常比一般函数大，因为它需要保存额外的活动对象。因此，在不需要使用闭包时，应当将闭包解引用，以回收额外活动对象所占用的内存。

执行完step4之后内存中保留的对象包括：

1. Global Object

2. createComparisonFunction的Function对象 + Scope Chain

对比step1，step4在执行完毕后，没有额外的对象被保留在内存中，引用闭包所产生的额外对象都得到了回收。

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希望本文所述对大家JavaScript程序设计有所帮助。