javascript垃圾收集機制與內存泄漏詳細解析

2019-11-20 21:44:40

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供稿：網(wǎng)友

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)行過程中的使用的內存。而在C和C++之類的語言中，開發(fā)人員的一項基本任務就是手動跟蹤內存的使用情況，這是造成許多問題的一個根源。在編寫javascript程序時候，開發(fā)人員不用再關心內存使用的問題，所需內存的分配以及無用的回收完全實現(xiàn)了自動管理。這種垃圾收集機制的原理其實很簡單：找出那些不再繼續(xù)使用的變量，然后釋放其中占用的內存。為此，垃圾收集器會按照固定的時間間隔（或代碼執(zhí)行中預設的收集時間），周期性的執(zhí)行這一操作。

下面我們來分析一下函數(shù)中局部變量正常的生命周期。局部變量只在函數(shù)執(zhí)行的過程中存在。而在這個過程中，會為局部變量在棧（或堆）內存上分配相應的空間，以便存儲他們的值。然后在函數(shù)中是使用這些變量，直至函數(shù)執(zhí)行結束。此時，局部變量就沒有存在的必要了，因此可以釋放他們的內存以供將來使用。在這種情況下，很容易判斷變量是否還有存在的必要；但并非所有情況下都這么容易就能得出結論。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，以備將來回收其占用的內存。用于標識無用變量的策略可能會因現(xiàn)實而異，但具體到瀏覽器中的實現(xiàn)，通常有兩個策略。

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，就將這個變量標記為“進入環(huán)境”。從邏輯上講，永遠不能釋放進入環(huán)境的變量所占的內存，因為只要執(zhí)行流進入相應的環(huán)境，就可能用到它們。而當變量離開環(huán)境時，這將其標記為“離開環(huán)境”。

可以使用任何方式來標記變量。比如，可以通過翻轉某個特殊的位來記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)生了變化。說到底，如何標記變量其實并不重要，關鍵采取什么策略。

垃圾收集器在運行的時候會給存儲在內存中的所有變量都加上標記（當然，可以使用任何標記方式）。然后，它會去掉環(huán)境中變量以及被環(huán)境中的變量引用的變量標記。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，垃圾收集器完成內存清除工作，銷毀那些帶標記的值并回收它們所占用的內存空間。

到2008年為止，IE、Firefox、Opera、Chrome和Safari的javascript實現(xiàn)使用的都是標記清除式的垃圾收集策略（或類似的策略），只不過垃圾收集的時間間隔互有不同。

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）。引用計數(shù)的含義是跟蹤記錄每個值被引用的次數(shù)。當聲明一個變量并將引用類型的值賦給該變量時，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另外一個值，則這個值的引用次數(shù)減1.當這個值的引用次數(shù)變成0時，則說明沒有辦法訪問這個值了，因此就可以將其占用的內存空間回收回來。這樣當垃圾收集器下次再運行時，它就會釋放那些引用次數(shù)為零的值所占用的內存。

Netscape Navigator 3.0是最早使用引用計數(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中包含一個指向對象B的引用，而對象B中也包含一個指向對象A的引用。

請看下面例子：

復制代碼代碼如下:

function () {
    var objectA = new Object();
    var objectB = new Object();

    objectA.someOtherObject = objectB;
    objectB.anotherObject = objectA;
}

在這個例子中，objectA和objectB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。在采用引標記清除略的實現(xiàn)中，由于函數(shù)執(zhí)行之后，這兩個對象都離開了作用域。因此這兩種相互引用不是個問題。但在采用引用計數(shù)策略的實現(xiàn)中，但函數(shù)執(zhí)行完畢后，objectA和objectB還將繼續(xù)存在，因此他們的引用次數(shù)永遠不會是0。假如這個函數(shù)被重復調用，就會導致大量的內存得不到回收。因此，Netscape在Navigator 4.0中放棄了引用計數(shù)器方式，轉而采用標記清除來實現(xiàn)對其垃圾回收機制。可是，引用計數(shù)導致的麻煩并未就此終結。

我們知道，IE中有一部分對象并不是原生javascript對象。例如，其中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來實現(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IE中設計COM對象，就會存在循環(huán)引用的問題。

下面這個簡單的例子，展示了使用COM對象導致的循環(huán)引用問題：

復制代碼代碼如下:

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

這里例子在一個DOM元素(element)與一個原生的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element的屬性指向element對象；而變量element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，最好是不使用他們的時候手工斷開原生javascript對象與DOM元素之間的連接。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：

復制代碼代碼如下:

myObject.element = null;
element.somObject = null;

將變量設置為null，意味著切斷變量與它此前引用的值之間的連接。但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存。

性能問題

垃圾收集器都是周期性運行的，而且如果為變量分配的內存數(shù)量很客觀，那么回收工作量也是相當大的。在這種情況下，確定垃圾收集的時間間隔是一個非常重要的問題。說到垃圾收集器多長時間運行一次，不禁讓人聯(lián)想到IE因此聲名狼藉的性能問題。IE的垃圾收集器是根據(jù)內存分配量運行的，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（slot）或者64KB的字符串。達到上述任何一個臨界值，垃圾收集器就會運行。這種實現(xiàn)的問題在于，如果一個腳本中包含那么多變量，那么該腳本很可能會在其生命中起一支保持那么多的變量。而這樣一來，垃圾收集器就可能不得不頻繁的運行。結果，由此引發(fā)的嚴重性能問題初始IE7重寫了其垃圾收集例程。

隨著IE7的發(fā)布，其javascript引擎的垃圾收集例程改變了工作方式：觸發(fā)垃圾收集的變量分配、字面量和（或）數(shù)組元素的臨界值被調整為動態(tài)修正。IE7中的各項臨界值在初始化時與IE6相等。如果例程回收的內存分配量低于15%，則變量、字面量和（或）數(shù)組元素的臨界值就會加倍。如果例程回收了85%的內存分配量，則將各種臨界重置會默認值。這一看似簡單的調整，極大地提升了IE在運行包含大量javascript的頁面時的性能。

事實上，在有的瀏覽器中可以觸發(fā)垃圾收集過程，當我們不建議讀者這樣做。在IE中，調用window.CollectGarbage()方法會立即指向垃圾收集，在Opera7及更高版本中，調用widnow.opera.collect()也會啟動垃圾收集例程。

管理內存

使具備垃圾收集機制的語言編寫程序，開發(fā)人員一般不必操心內存管理的問題。但是，javascript在進行內存管理及垃圾收集時面臨的問題還是有點與眾不同。其中最重要的一個問題，就是分配給web瀏覽器的可使用內存數(shù)量通常要比分配給桌面應用程序的少。這樣做的目的出要是處于安全方面的考慮，目的是防止運行javascript的網(wǎng)頁耗盡全部系統(tǒng)內存而導致系統(tǒng)崩潰。內存限制問題不僅會影響給變量分配內存，同時還會影響調用棧以及在一個線程中能夠同時執(zhí)行語句數(shù)量。

因此，確保占用最少內存可以讓頁面獲得更好的性能，最好通過將其值設置為null來釋放其引用――這個做法叫做解除引用(dereferencing)。這一做法是用于大多數(shù)全局變量和全局對象的屬性。局部變量會在他們執(zhí)行環(huán)境時自動被解除引用，如下面這個例子所示：

復制代碼代碼如下:

function createPerson (name) {
    var localPerson = new Object();
    localPerson.name = name;
    return localPerson;
};
var gllbalPerson = createPerson("Nicholas");

// 手工解除globalPerson的引用
globalPerson = null;

在這個例子中，變量globalPerson取得了createPerson()函數(shù)返回的值。在createPerson()函數(shù)內部，我們創(chuàng)建了一個對象并將其賦給了局部變量localPerson，然后又為該對象添加了一個名為name的屬性。最后，當調用這個函數(shù)時，localPerson以函數(shù)的形式返回并賦給全局變量globalPerson。由于localPerson在createPerson()函數(shù)執(zhí)行完畢后就離開了其執(zhí)行環(huán)境，因此無需我們顯示的去為他解除引用。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，這也正是上面例子中最后一行代碼的目的。

不過，解除一個值的引用并不意味著自動回收該值所占用的內存。解除引用的真正作用是讓值脫離執(zhí)行環(huán)境，一邊垃圾收集器下次運行時將其回收。

內存泄漏

由于IE對JScript對象和COM對象使用不同的垃圾收集例程，因此閉包在IE中會導致一些特殊的問題。具體來說，如果閉包的作用域鏈中保存著一個HTML元素，那么就意味著該元素無法被銷毀。來看下面的例子：

復制代碼代碼如下:

function assignHandler () {
    var element = document.getElementById("someElement");
    element.onclick = function () {
            alert(element.id);
    };
};

以上代碼創(chuàng)建了一個作為element元素時間處理程序的閉包，而這個閉包則有創(chuàng)建了一個循環(huán)引用。由于匿名函數(shù)保存了一個對assignHandler()的活動對象的引用，因此就會導致無法減少element的引用數(shù)。只要匿名函數(shù)存在，element的引用數(shù)至少也是1，因此它所占用的內存就永遠不會被回收。不過，這個問題可以通過稍微改寫一下代碼來解決，如下所示：

復制代碼代碼如下:

function assignHandler () {
    var element = document.getElementById("someElement");
    var id = element.id;

    element.onclick = function () {
            alert(id);
    };

    element = null;
};

在上面代碼中，通過把element.id的一個副本保存在一個變量中，并且在閉包中引用該變量消除了循環(huán)引用。但僅僅做到這一步，還是不能解決內存泄漏的問題。必須要記住：閉包會引用包含函數(shù)活動的整個活動對象，而其中包含著element。即使閉包不直接引用element，包含函數(shù)的活動對象中也仍然會保存一個引用。因此，有必要把element變量設置為null。這樣就能夠解除對DOM對象的引用，順利地減少其引用數(shù)，確保正常回收其占用的內存。

說明

1、如果你在另一個window中keep了該window中的object的reference，即使關閉該window，內存也沒有釋放；

2、更糟糕的是，如果你keep的是一個DOM object的reference，關閉該object所在window，IE會crash，報內存錯誤（或者要求，重新啟動）。

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