【重温基础】22.内存管理

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pingan8787
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    本文是 重温基础 系列文章的第二十二篇。
    今日感受：优化学习方法。

    系列目录：

    本章节复习的是JS中的内存管理，这对于我们开发非常有帮助。

    前置知识
    绝大多数的程序语言，他们的内存生命周期基本一致：

    memory lifecycle

    1. 分配所需使用的内存 ——（分配内存）
    2. 使用分配到的内存（读、写） ——（使用内存）
    3. 不需要时将其释放归还 ——（释放内存）

    对于所有的编程语言，第二部分都是明确的。而第一和第三部分在底层语言中是明确的。
    但在像JavaScript这些高级语言中，大部分都是隐含的，因为JavaScript具有自动垃圾回收机制（Garbage collected）。
    因此在做JavaScript开发时，不需要关心内存的使用问题，所需内存分配和无用内存回收，都完全实现自动管理。

    1.概述

    像C语言这样的高级语言一般都有底层的内存管理接口，比如 malloc()和free()。另一方面，JavaScript创建变量（对象，字符串等）时分配内存，并且在不再使用它们时“自动”释放。 后一个过程称为垃圾回收。这个“自动”是混乱的根源，并让JavaScript（和其他高级语言）开发者感觉他们可以不关心内存管理。 这是错误的。
    ——《MDN JavaScript 内存管理》

    MDN中的介绍告诉我们，作为JavaScript开发者，还是需要去了解内存管理，虽然JavaScript已经给我们做好自动管理。

    2.JavaScript内存生命周期

    2.1 分配内存

    在做JavaScript开发时，我们定义变量的时候，JavaScript便为我们完成了内存分配：

    var num = 100;      // 为数值变量分配内存
var str = 'pingan'; // 为字符串变量分配内存
var obj = {
    name : 'pingan'
};                  // 为对象变量及其包含的值分配内存
var arr = [1, null, 'hi']; // 为数组变量及其包含的值分配内存

function fun(num){
  return num + 2;
};                  // 为函数（可调用的对象）分配内存

// 函数表达式也能分配一个对象
someElement.addEventListener('click', function(){
  someElement.style.backgroundColor = 'blue';
}, false);

    另外，通过调用函数，也会分配内存：

    // 类型1. 分配对象内存
var date = new Date();   // 分配一个Date对象
var elem = document.createElement('div'); // 分配一个DOM元素

// 类型2. 分配新变量或者新对象
var str1 = "pingan";
var str2 = str1.substr(0, 3); // str2 是一个新的字符串

var arr1 = ["hi", "pingan"];
var arr2 = ["hi", "leo"];
var arr3 = arr1.concat(arr2); // arr3 是一个新的数组（arr1和arr2连接的结果）

    2.2 使用内存

    使用内存的过程实际上是对分配的内存进行读取与写入的操作。
    通常表现就是使用定义的值。
    读取与写入可能是写入一个变量或者一个对象的属性值，甚至传递函数的参数。

    var num = 1;
num ++; // 使用已经定义的变量，做递增操作

    2.3 释放内存

    当我们前面定义好的变量或函数（分配的内存）已经不需要使用的时候，便需要释放掉这些内存。这也是内存管理中最难的任务，因为我们不知道什么时候这些内存不使用。
    很好的是，在高级语言解释器中，已经嵌入“垃圾回收器”，用来跟踪内存的分配和使用，以便在内存不使用时自动释放（这并不是百分百跟踪到，只是个近似过程）。

    3.垃圾回收机制

    就像前面提到的，“垃圾回收器”只能解决一般情况，接下来我们需要了解主要的垃圾回收算法和它们局限性。

    3.1 引用

    垃圾回收算法主要依赖于引用的概念。
    即在内存管理环境中，一个对象如果有权限访问另一个对象，不论显式还是隐式，称为一个对象引用另一个对象。
    例如：一个JS对象具有对它原型的引用（隐式引用）和对它属性的引用（显式引用）。
    注意：
    这里的对象，不仅包含JS对象，也包含函数作用域（或全局词法作用域）。

    3.2 引用计数垃圾收集

    这个算法，把“对象是否不再需要”定义为：当一个对象没有被其他对象所引用的时候，回收该对象。这是最初级的垃圾收集算法。

    var obj = {
    leo : {
        age : 18
    };
};

    这里创建2个对象，一个作为leo的属性被引用，另一个被分配给变量obj。

    // 省略上面的代码
/*
我们将前面的
    {
        leo : {
            age : 18
        };
    };
称为“这个对象”
*/
var obj2 = obj;  // obj2变量是第二个对“这个对象”的引用
obj = 'pingan';  // 将“这个对象”的原始是引用obj换成obj2

var leo2 = obj2.leo;  // 引用“这个对象”的leo属性

    可以看出，现在的“这个对象”已经有2个引用，一个是obj2，另一个是leo2。

    obj2 = 'hi'; 
// 将obj2变成零引用，因此，obj2可以被垃圾回收
// 但是它的属性leo还在被leo2对象引用，所以还不能回收

leo2 = null;
// 将leo变成零引用，这样obj2和leo2都可以被垃圾回收

    这个算法有个限制：
    无法处理循环引用。即两个对象创建时相互引用形成一个循环。

    function fun(){
    var obj1 = {}, obj2 = {};
    obj1.leo = obj2;  // obj1引用obj2
    obj2.leo = obj1;  // obj2引用obj1
    return 'hi pingan';
}
fun();

    Cyclic Reference

    可以看出，它们被调用之后，会离开函数作用域，已经没有用了可以被回收，然而引用计数算法考虑到它们之间相互至少引用一次，所以它们不会被回收。

    实际案例：
    在IE6，7中，使用引用计数方式对DOM对象进行垃圾回收，常常造成对象被循环引用导致内存泄露：

    var obj;
window.onload = function(){
    obj = document.getElementById('myId');
    obj.leo = obj;
    obj.data = new Array(100000).join('');
};

    可以看出，DOM元素obj中的leo属性引用了自己obj，造成循环引用，若该属性（leo）没有移除或设置为null，垃圾回收器总是且至少有一个引用，并一直占用内存，即使从DOM树删除，如果这个DOM元素含大量数据（如data属性）则会导致占用内存永远无法释放，出现内存泄露。

    3.3 标记清除算法

    这个算法，将“对象是否不再需要”定义为：对象是否可以获得。

    Mark and Sweep

    标记清除算法，是假定设置一个根对象（root），在JS中是全局对象。垃圾回收器定时找所有从根开始引用的对象，然后再找这些对象引用的对象...直到找到所有可以获得的对象和搜集所有不能获得的对象。

    它比引用计数垃圾收集更好，因为“有零引用的对象”总是不可获得的，但是相反却不一定，参考“循环引用”。

    循环引用不再是问题：

    function fun(){
    var obj1 = {}, obj2 = {};
    obj1.leo = obj2;  // obj1引用obj2
    obj2.leo = obj1;  // obj2引用obj1
    return 'hi pingan';
}
fun();

    还是这个代码，可以看出，使用标记清除算法来看，函数调用之后，两个对象无法从全局对象获取，因此将被回收。相同的，下面案例，一旦 obj 和其事件处理无法从根获取到，他们将会被垃圾回收器回收。

    var obj;
window.onload = function(){
    obj = document.getElementById('myId');
    obj.leo = obj;
    obj.data = new Array(100000).join('');
};

    注意： 那些无法从根对象查询到的对象都将被清除。

    3.4 个人小结

    在日常开发中，应该注意及时切断需要回收对象与根的联系，虽然标记清除算法已经足够强壮，就像下面代码：

    var obj,ele=document.getElementById('myId');
obj.div = document.createElement('div');
ele.appendChild(obj.div);
// 删除DOM元素
ele.removeChild(obj.div);

    如果我们只是做小型项目开发，JS用的比较少的话，内存管理可以不用太在意，但是如果是大项目（SPA，服务器或桌面应用），那就需要考虑好内存管理问题了。

    4.内存泄露（Memory Leak）

    4.1 内存泄露概念

    在计算机科学中，内存泄漏指由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存。内存泄漏并非指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，由于设计错误，导致在释放该段内存之前就失去了对该段内存的控制，从而造成了内存的浪费。 ——维基百科

    其实简单理解：一些不再使用的内存无法被释放。
    当内存占用越来越多，不仅影响系统性能，严重的还会导致进程奔溃。

    4.2 内存泄露案例

    1. 全局变量

    未定义的变量，会被定义到全局，当页面关闭才会销毁，这样就造成内存泄露。如下：

    function fun(){
    name = 'pingan';
};
    1. 未销毁的定时器和回调函数

    如果这里举一个定时器的案例，如果定时器没有回收，则不仅整个定时器无法被内存回收，定时器函数的依赖也无法回收：

    var data = {};
setInterval(function(){
    var render = document.getElementById('myId');
    if(render){
        render.innderHTML = JSON.stringify(data);
    }
}, 1000);
    1. 闭包
    var str = null;
var fun = function(){
    var str2 = str;
    var unused = function(){
        if(str2) console.log('is unused');
    };
    str = {
        my_str = new Array(100000).join('--');
        my_fun = function(){
            console.log('is my_fun');
        };
    };
};
setInterval(fun, 1000);

    定时器中每次调用fun，str都会获得一个包含巨大的数组和一个对于新闭包my_fun的对象，并且unused是一个引用了str2的闭包。
    整个案例中，闭包之间共享作用域，尽管unused可能一直没有调用，但my_fun可能被调用，就会导致内存无法回收，内存增长导致泄露。

    1. DOM引用

    当我们把DOM的引用保存在一个数组或Map中，即使移除了元素，但仍然有引用，导致无法回收内存。例如：

    var ele = {
    img : document.getElementById('my_img')
};
function fun(){
    ele.img.src = "http://www.baidu.com/1.png";
};
function foo(){
    document.body.removeChild(document.getElementById('my_img'));
};

    即使foo方法将my_img元素移除，但fun仍有引用，无法回收。

    4.3 内存泄露识别方法

    1. 浏览器

    通过Chrome浏览器查看内存占用：

    内存泄露识别方法1

    步骤如下：

    • 打开开发者工具，选择 Timeline 面板
    • 在顶部的Capture字段里面勾选 Memory
    • 点击左上角的录制按钮
    • 在页面上进行各种操作，模拟用户的使用情况
    • 一段时间后，点击对话框的 stop 按钮，面板上就会显示这段时间的内存占用情况

    如果内存占用基本平稳，接近水平，就说明不存在内存泄漏。

    内存泄露识别方法1

    反之，就是内存泄漏了。

    内存泄露识别方法1

    1. 命令行

    命令行可以使用 Node 提供的process.memoryUsage方法。

    console.log(process.memoryUsage());
// { rss: 27709440,
//  heapTotal: 5685248,
//  heapUsed: 3449392,
//  external: 8772 }

    process.memoryUsage返回一个对象，包含了 Node 进程的内存占用信息。该对象包含四个字段，单位是字节，含义如下。

    内存泄露识别方法1

    • rss（resident set size）：所有内存占用，包括指令区和堆栈。
    • heapTotal："堆"占用的内存，包括用到的和没用到的。
    • heapUsed：用到的堆的部分。
    • external： V8 引擎内部的 C++ 对象占用的内存。

    判断内存泄漏，以heapUsed字段为准。

    参考文章

    1. MDN JavaScript指南 内存管理
    2. 精读《JS 中的内存管理》
    3. 阮一峰老师JavaScript 内存泄漏教程

    本部分内容到这结束

    Author 王平安
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