前端进击的巨人（三）：从作用域走进闭包

进击的巨人第三篇，本篇就作用域、作用域链、闭包等知识点，一一击破。

作用域

作用域：负责收集并维护由所有声明的标识符（变量）组成的一系列查询，并实施一套非常严格的规则，确定当前执行的代码对这些标识符（变量）的访问权限

——《你不知道的JavaScript上卷》

作用域有点像圈地盘，大家划好区域，然后各自经营管理，井水不犯河水。

var globaValue = '我是全局作用域';
function foo() {
    var fooValue = '我是foo作用域';
    function bar() {
        var barValue = '我是bar作用域';
    }
}

function other() {
    var otherValue = '我是other作用域';
}

作用域的变量声明

不同作用域下命名相同的变量不会发生冲突，"就近原则"选取。

var name = '任何名字';
function getName() {
    var name = '以乐之名';
    console.log(name);    // '以乐之名'
}
console.log(name);        // '任何名字'

作用域的类型

执行上下文环境有：全局、函数、eval。那么作用域也有三种，ES6新增了块级作用域。

1. 全局作用域
2. 函数作用域
3. eval作用域（不推荐使用eval，暂时忽略）
4. 块级作用域（ES6新增）

全局作用域

JavaScript中全局环境只有一个，对应的全局作用域也只有一个。局部环境没有使用var/let/const声明的变量默认都会成为全局变量。

function foo() {
    a = 10;
};
foo();
console.log(a);    // 10 变全局变量（意外由此发生）

函数作用域

ES6之前，想要实现局部作用域的方式，都是是通过在函数中声明变量来实现的，所以也称函数作用域，支持嵌套多个。

var a = 20;
function foo() {
    var a = 10;
    console.log(a);    // 10;
}
foo();

函数中声明变量时，建议在函数起始部分声明所有变量，方便查看，切记要用var/let/const声明，防止手抖将局部变量变成全局变量。

function getClient() {
    var name;
    var phone;
    var sex;
}

块级作用域

我们先来理解什么是块？所谓块，其实就是被大括号{}包裹的代码部分。

if (true) {
    // 这里就是块了，也可称代码块
}

ES6前没有块级作用域的概念，所以{}中并没有自己的作用域。如果我们想在ES5的环境下构建块级作用域，一般都是是通过立即执行函数来实现的。

var name = '任何名字';
(function(window) {
    var name = '以乐之名';
    console.log(name);    // '以乐之名'
}(window));
console.log(name);        // '任何名字'

ES5借助函数作用域来实现块级作用域的方式，会让我们的代码充斥大量的立即执行函数(IIFE)，不便于代码的阅读。好的代码的就跟好的文章一样，让阅读者读起来舒畅明了。

为此，ES6新增块级作用域的概念，使用let/const声明变量的方式，即可将其作用域指定在代码块中，跟函数作用域一样支持嵌套。

let i = 0;
for (let i = 0; i < 10; i++){
    console.log(i);
}
i;    // 0

let/const不允许变量提升，必须"先声明再使用"。这种限制，称为"暂时性死区"。这也能让我们在代码编写阶段变得更加规范化，执行跟书写顺序保持一致。

作用域链（变量查询规则）

变量被作用域所管理，那么变量在作用域中的查找规则，就是所谓的作用域链。

作用域链的用途，是保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问

——《JavaScript高级程序设计》

"在当前执行环境开始查找使用到的变量，如果找到，则返回其值。如果找不到，会逐层往上级（父作用域）查找，直到全局作用域"。

var money = 100;
function foo() {
    function bar() {
        console.log(money);
    }
    bar();
}
foo();

自由变量

变量我们见的不少，但"自由变量"听着是不是挺唬人的。其实对它，我们并不陌生。

"自由变量：当前执行环境使用到，但并未在当前执行环境声明的变量（函数参数arguments排除）"

函数调用时，进入执行上下文创建阶段，会对arguments进行隐式的变量声明。

var outer = '我是外面变量';
function foo() {
    var inner = '我是里面变量，不是自由变量';
    console.log(outer);   
    // 这里用到了outer，但outer并不在函数foo中声明，所以outer就是foo中的自由变量
}

"自由变量的作用域由词法环境决定，也就是它的作用域在代码书写阶段就已经确定了，而不是在代码执行阶段确定。"

"自由变量的值是在代码执行时确定的，变量变量变量，值肯定要变，所以自由变量的值只有在程序运行阶段才能确定。"

闭包

开篇第一文我们就执行环境，执行栈做出了详解，有所遗忘的可再温习。执行栈是我们理解闭包原理基础中的基础。

函数调用栈过程的图再晒出来，顺便温习下。

function foo () {
    function bar () {
        return 'I am bar';
    }
    return bar();
}
foo();

函数调用时入栈，调用结束出栈。执行函数时，会创建一个变量对象去存储函数中的变量，方法，参数arguments等，结束调用时，该变量对象就会被销毁。(理想的情况下，不理想的情况就是出现"闭包"调用了)。

什么是闭包？

闭包是指有权访问另外一个函数作用域的变量的函数。

——《JavaScript高级程序设计》

闭包是指那些能够访问自由变量的函数。

——MDN

闭包的特点首先是函数，其次是它可以访问到父级作用域的变量对象，即使父级函数完成调用后"理应出栈销毁"。

判定闭包出现

1. 函数作为参数传递
2. 函数作为返回值传递

function foo() {
    var fooVal = '2019';
    var bar = function() {
        console.log(fooVal);    // bar中使用到了自由变量fooVal
    }
    return bar;                 // 函数作为参数返回
}

var getValue = foo();
getValue();                     // 2019

对函数中谁是闭包，各文档解释不一。在此我们遵照Chrome的方式，暂且称foo是闭包。

因为作用域和作用域链规则的限定，子环境的自由变量只能逐层向上到父环境查找。

但是通过闭包，我们在外部环境也可以获取到变量fooVal，虽然foo()函数执行完成了，但它并没从函数调用栈中销毁，其变量对象存储仍然能被访问到。

实际执行过程请看图：

把上述代码改以下，接着看：

function foo() {
 var fooVal = '2019';
 var bar = function() {
 console.log(fooVal);     // bar中使用到了自由变量fooVal
 }
 return bar;              // 函数作为参数返回
}
var getValue = foo();
var fooVal = '2018';      // 这里的fooVal是全局作用域的变量
getValue();               // 2019

答案与结果不符的小伙伴要回头理解下自由变量了。"自由变量的作用域在代码书写时（函数创建时）就确定了"，所以函数中getValue()使用的fooVal在foo的作用域下，而不是在全局作用域下。

答对的小伙伴们再来一道题，加深你的记忆

function fn() {
    var max = 10;
    function bar(x) {
        if (x > max) {    
            console.log(x)
        }
    }
    return bar;
}
var f1 = fn();
var max = 100;

f1(20);    // 输出20

题目解析：max作为函数bar中的自由变量，它的作用域在函数bar创建的时候就确定了，就是函数fn中的max，所以它的作用域链查找到fn中已经结束并返回了，不会再向上找到全局作用域。

注意：栈中存储的不只是闭包中使用到的自由变量，而是父级函数的整个变量对象（父级函数作用域中声明的方法，变量，参数等）

闭包的应用场景

上文中已经阐述了闭包的特点，就是能够让我们跨作用域取值（不局限于父子作用域）。列举两个实际开发中常用的栗子：

1. 封装回调保存作用域

for(var i = 1; i < 5; i++) {
    setTimeout((function(i){
       return function() {
           console.log(i);        
       } 
    })(i), i * 1000)
}
// 原理：通过自执行函数传参i，然后返回一个函数（闭包）中使用i，使父函数的变量对象一直存在

1. 私有变量和方法实现模块化

var makePeople = function () {
    var _name = '以乐之名';
    return {
        getName: function () {
            console.log(_name);
        },
        setName: function (name) {
            if (name != 'Hello world') {
                _name = name;
            }
        }
    }
}

var me = makePeople();
me.getName();                   // '以乐之名'
me.setName('KenTsang');         
me.getName();                   // 'KenTsang'

// 原理：私有变量_name没有对外访问权限，但通过闭包使其一直保留在内存中，可以被外部调用

闭包的应用场景还有很多，具体实际情况还需具体分析。

闭包造成的内存泄露

闭包的使用，破坏了函数的出栈过程。解释执行栈的时候，讲到同个函数即使调用自身，创建的变量对象也并非同一个，其内存存储是各自独立的。

栈中只入不出，函数的变量对象没有被有效回收，就会造成浏览器内存占用逐步增加，内存占用过高的情况下，就会导致页面卡顿，甚至浏览器崩溃。这就是我们常说闭包过度使用造成的"内存泄露"。

所以，一名合格的前端，除了会用闭包，还要正确的解除闭包引用。
垃圾回收机制讲解时，通过设置变量值为null时可以解除变量的引用，以便下一次垃圾回收销毁它。

function foo() {
 var fooVal = '2019';
 var bar = function() {
 console.log(fooVal);     
 }
 return bar;              
}
var getValue = foo();
var fooVal = '2018';     
getValue();
getValue = null;         // 解除引用，下一次垃圾回收就会回收了

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写在结尾

闭包算是前端初学者的一个难点，能解释清楚并不容易，涉及到作用域，执行上下文环境、变量对象等等。

零散知识的内聚汇总，正是是系列更文的初衷所在。

知识不是小段子，听完笑过就忘，唯有形成体系，达成闭环，才能深植入记忆中。

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参考文档：

• 深入理解javascript原型和闭包

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https://github.com/ZengLingYong/blog

作者：以乐之名
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