JavaScript垃圾回收机制与内存泄漏详解

JavaScript垃圾回收机制与内存泄漏详解

前言

程序运行依赖内存资源，当程序请求时，操作系统或运行时环境需予以供给。内存泄漏指已不再使用的内存未被及时释放的现象。为有效规避此类问题，首先需理解JavaScript的垃圾回收机制。

在C与C++等语言中，开发者需手动控制内存的申请与释放。而在Java、C#及JavaScript等语言中，内存空间的分配与回收由程序自动处理，开发者无需介入。这意味着JavaScript内置了自动垃圾回收机制（Garbage Collection）。

垃圾回收的必要性

一、垃圾回收的必要性

以下内容摘自《JavaScript权威指南（第四版）》。

由于字符串、对象和数组没有固定大小，所有当他们的大小已知时，才能对他们进行动态的存储分配。JavaScript程序每次创建字符串、数组或对象时，解释器都必须分配内存来存储那个实体。只要像这样动态地分配了内存，最终都要释放这些内存以便他们能够被再用，否则，JavaScript的解释器将会消耗完系统中所有可用的内存，造成系统崩溃。

这段引文阐明了系统需要垃圾回收的原因：JavaScript不同于C/C++，它拥有独立的垃圾回收机制以管理动态分配的内存。

JavaScript的垃圾回收机制核心在于识别并释放不再使用的变量所占内存。该过程并非实时执行，因开销较大，垃圾回收器会按固定时间间隔周期性运行。

var a = "浪里行舟";
var b = "前端工匠";
var a = b; //重写a

代码执行后，字符串“浪里行舟”失去引用（原由变量a引用），系统检测到这一状态后，将释放该字符串的存储空间，使其可被再次利用。

垃圾回收机制

二、垃圾回收机制

垃圾回收机制如何判断哪些内存不再需要？

主要存在两种方法：标记清除（Mark-and-Sweep）和引用计数（Reference Counting）。其中，引用计数较少使用，标记清除更为常见。

标记清除

1.标记清除

这是JavaScript中最主流的垃圾回收方式。当变量进入执行环境时，将其标记为“进入环境”。从逻辑上看，进入环境的变量内存不可释放，因为执行流可能随时访问它们。当变量离开环境时，则标记为“离开环境”。

垃圾收集器运行时，会给内存中所有变量添加标记。随后，它移除环境中的变量及其引用的变量的标记。剩余带有标记的变量被视为待删除变量，因为环境已无法访问它们。最后，垃圾收集器清除这些带标记的值，并回收其占用的内存空间。

通过以下示例解释该方法：

var m = 0,n = 19 // 把 m,n,add() 标记为进入环境。
add(m, n) // 把 a, b, c标记为进入环境。
console.log(n) // a,b,c标记为离开环境，等待垃圾回收。
function add(a, b) {
 a++
 var c = a + b
 return c
}

引用计数

2.引用计数

“引用计数”指语言引擎维护一张“引用表”，记录内存中所有资源（通常为各种值）的引用次数。若某值的引用次数为0，表示该值不再被使用，可释放其内存。

上图中，左下角的两个值无任何引用，因此可以释放。

若某值不再需要但引用数不为0，垃圾回收机制无法释放该内存，从而导致内存泄漏。

var arr = [1, 2, 3, 4];
arr = [2, 4, 5]
console.log('浪里行舟');

上述代码中，数组[1, 2, 3, 4]占用内存。变量arr是唯一引用，故引用次数为1。即使后续代码未使用arr，它仍持续占用内存。关于如何释放内存，下文将介绍。

第三行代码中，数组[1, 2, 3, 4]引用的变量arr获取了新值，导致数组[1, 2, 3, 4]的引用次数减1，变为0。此时无法再访问该值，其占用的内存空间可被回收。

然而，引用计数存在最大缺陷：循环引用。

function func() {
 let obj1 = {};
 let obj2 = {};

 obj1.a = obj2; // obj1 引用 obj2
 obj2.a = obj1; // obj2 引用 obj1
}

当函数func执行结束，返回值为undefined，整个函数及内部变量应被回收。但根据引用计数法，obj1和obj2的引用次数均不为0，因此不会被回收。

解决循环引用问题的最佳方式是在不再使用时手动将其设为空。上述示例可如此处理：

obj1 = null;
obj2 = null;

引起内存泄漏的情况

三、哪些情况会引起内存泄漏？

尽管JavaScript具备自动垃圾收集功能，若代码编写不当，变量可能长期处于“进入环境”状态而无法回收。以下列举常见的内存泄漏情况：

意外的全局变量

1.意外的全局变量

function foo(arg) {
 bar = "this is a hidden global variable";
}

bar未被声明，将成为全局变量，直至页面关闭前不会被释放。

另一种意外的全局变量可能由this创建：

function foo() {
 this.variable = "potential accidental global";
}
// foo 调用自己，this 指向了全局对象（window）
foo();

在JavaScript文件头部添加'use strict'可避免此类错误。启用严格模式解析JavaScript，能有效防止意外全局变量的产生。

被遗忘的计时器或回调函数

2.被遗忘的计时器或回调函数

var someResource = getData();
setInterval(function() {
 var node = document.getElementById('Node');
 if(node) {
 // 处理 node 和 someResource
 node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
 }
}, 1000);

此类代码常见。若id为Node的元素从DOM中移除，该定时器依然存在。同时，因回调函数引用了someResource，定时器外部的someResource也无法被释放。

闭包

3.闭包

function bindEvent(){
 var obj=document.createElement('xxx')
 obj.onclick=function(){
 // Even if it is a empty function
 }
}

闭包可维持函数内的局部变量，使其无法释放。上例在定义事件回调时，由于在函数内定义函数，且内部函数（事件回调）引用外部函数，形成了闭包。

// 将事件处理函数定义在外面
function bindEvent() {
 var obj = document.createElement('xxx')
 obj.onclick = onclickHandler
}
// 或者在定义事件处理函数的外部函数中，删除对dom的引用
function bindEvent() {
 var obj = document.createElement('xxx')
 obj.onclick = function() {
 // Even if it is a empty function
 }
 obj = null
}

解决方法是将事件处理函数定义在外部以解除闭包，或在定义事件处理函数的外部函数中删除对DOM的引用。

没有清理的DOM元素引用

4.没有清理的DOM元素引用

有时保存DOM节点内部数据结构很有用。假如你想快速更新表格的几行内容，把每一行DOM存成字典（JSON键值对）或者数组很有意义。此时，同样的DOM元素存在两个引用：一个在DOM树中，另一个在字典中。将来你决定删除这些行时，需要把两个引用都清除。

var elements = {
 button: document.getElementById('button'),
 image: document.getElementById('image'),
 text: document.getElementById('text')
};
function doStuff() {
 image.src = 'http://some.url/image';
 button.click();
 console.log(text.innerHTML);
}
function removeButton() {
 document.body.removeChild(document.getElementById('button'));
 // 此时，仍旧存在一个全局的 #button 的引用
 // elements 字典。button 元素仍旧在内存中，不能被 GC 回收。
}

虽然使用removeChild移除了button，但elements对象中仍保存着#button的引用，换言之，DOM元素仍在内存中。

内存泄漏的识别方法

四、内存泄漏的识别方法

新版本的Chrome可在performance中查看：

步骤：

• 打开开发者工具Performance
• 勾选Screenshots和memory
• 左上角小圆点开始录制(record)
• 停止录制

图中Heap对应的部分可以看到内存在周期性的回落，也能看到垃圾回收的周期。如果垃圾回收之后的最低值（我们称为min）在不断上涨，那么肯定是有较为严重的内存泄漏问题。

避免内存泄漏的方式

避免内存泄漏的一些方式：

• 减少不必要的全局变量，或者生命周期较长的对象，及时对无用的数据进行垃圾回收
• 注意程序逻辑，避免“死循环”之类的
• 避免创建过多的对象

总而言之需要遵循一条原则：不用了的东西要及时归还

垃圾回收的使用场景优化

五、垃圾回收的使用场景优化

数组array优化

1.数组array优化

将[]赋值给一个数组对象，是清空数组的捷径(例如：arr = [];),但是需要注意的是，这种方式又创建了一个新的空对象，并且将原来的数组对象变成了一小片内存垃圾！实际上，将数组长度赋值为0（arr.length = 0）也能达到清空数组的目的，并且同时能实现数组重用，减少内存垃圾的产生。

const arr = [1, 2, 3, 4];
console.log('浪里行舟');
arr.length = 0 // 可以直接让数字清空，而且数组类型不变。
// arr = []; 虽然让a变量成一个空数组,但是在堆上重新申请了一个空数组对象。

对象尽量复用

2.对象尽量复用

对象尽量复用，尤其是在循环等地方出现创建新对象，能复用就复用。不用的对象，尽可能设置为null，尽快被垃圾回收掉。

var t = {} // 每次循环都会创建一个新对象。
for (var i = 0; i < 10; i++) {
 // var t = {};// 每次循环都会创建一个新对象。
 t.age = 19
 t.name = '123'
 t.index = i
 console.log(t)
}
t = null //对象如果已经不用了，那就立即设置为null；等待垃圾回收。

循环中的函数表达式优化

3.在循环中的函数表达式，能复用最好放到循环外面。

// 在循环中最好也别使用函数表达式。
for (var k = 0; k < 10; k++) {
 var t = function(a) {
 // 创建了10次 函数对象。
 console.log(a)
 }
 t(k)
}

// 推荐用法
function t(a) {
 console.log(a)
}
for (var k = 0; k < 10; k++) {
 t(k)
}
t = null

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对本站的支持。