前言

JS之memoization，memoization 的原理是以參數(shù)作為 key，函數(shù)結(jié)果作為 value, 用對象進(jìn)行緩存起來，以內(nèi)存空間換 CPU 執(zhí)行事件。memoization 的潛在陷阱即是嚴(yán)格意義的緩存有著完善的過期策略，而普通對象的鍵值對并沒有。

用閉包進(jìn)行緩存的對象的內(nèi)存空間，不會在函數(shù)執(zhí)行完后被清除，在執(zhí)行量大和參數(shù)多樣性的情況下，會造成內(nèi)存占用且得不到釋放。

于是，本篇文章就來講講 JS 的垃圾回收。

JS 的垃圾回收機(jī)制的基本原理是：

找出那些不再繼續(xù)使用的變量，然后釋放其占用的內(nèi)存，垃圾收集器會按照固定的時(shí)間間隔周期性地執(zhí)行這一操作。

那我們怎么知道變量是不是在繼續(xù)使用呢?

首先，局部變量的生存周期是在函數(shù)聲明和執(zhí)行階段，函數(shù)執(zhí)行完畢后，局部變量就沒有存在的必要了。全局變量會在瀏覽器關(guān)閉或進(jìn)程關(guān)閉才能釋放。

但還有一些場景，比如閉包，通過作用域鏈訪問到函數(shù)外部的自由變量，使得自由變量保存在內(nèi)存中，不會隨著函數(shù)執(zhí)行完畢而結(jié)束，以及對象的相互引用等，垃圾收集器就沒這么容易判斷哪個(gè)變量有用，哪個(gè)變量沒用了。

// 經(jīng)典閉包
function closure() {
var name = "innerName";
return function() {
console.log(name);
}
}
var inner = closure();
inner(); // innerName;

所以，對于標(biāo)識無用的變量的策略可能會實(shí)現(xiàn)不同，但目前在瀏覽器中，通常有兩種策略：標(biāo)記清除和引用計(jì)數(shù)。

二、標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）

從2012年起，所有現(xiàn)代瀏覽器都使用了標(biāo)記-清除垃圾回收算法, 那什么叫標(biāo)記-清除呢？

當(dāng)變量進(jìn)入執(zhí)行環(huán)境時(shí)，就標(biāo)記這個(gè)變量為“進(jìn)入環(huán)境”。當(dāng)變量離開環(huán)境時(shí)，則將其標(biāo)記為“離開環(huán)境”。從邏輯上講，永遠(yuǎn)不能釋放進(jìn)入環(huán)境的變量所占用的內(nèi)存，因?yàn)橹灰獔?zhí)行流進(jìn)入相應(yīng)的環(huán)境，就可能會用到他們。

垃圾收集器在運(yùn)行的時(shí)候會給存儲在內(nèi)存中的所有變量都加上標(biāo)記。

然后，它會去掉環(huán)境中的變量以及被環(huán)境中的變量引用的標(biāo)記。而在此之后再被加上標(biāo)記的變量將被視為準(zhǔn)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(nèi)存清除工作，銷毀那些帶標(biāo)記的值，并回收他們所占用的內(nèi)存空間。

另外，標(biāo)記-清除有一個(gè)問題，就是在清除之后，內(nèi)存空間是不連續(xù)的，即出現(xiàn)了內(nèi)存碎片。如果后面需要一個(gè)比較大的連續(xù)的內(nèi)存空間時(shí)，那將不能滿足要求。而標(biāo)記-整理（Mark-Compact）方法可以有效地解決這個(gè)問題。標(biāo)記階段沒有什么不同，只是標(biāo)記結(jié)束后，標(biāo)記-整理方法會將活著的對象向內(nèi)存的一端移動，最后清理掉邊界的內(nèi)存。

三、引用計(jì)數(shù)

另外一種不太常見的垃圾收集策略叫引用計(jì)數(shù)（Reference Counting）,此算法把“對象是否不再需要”簡化定義為“對象有沒有其他對象引用到它”。如果沒有引用指向該對象（零引用），對象將被垃圾回收機(jī)制回收。
引用計(jì)數(shù)的策略是跟蹤記錄每個(gè)值被使用的次數(shù)，當(dāng)聲明了一個(gè)變量并將一個(gè)引用類型賦值給該變量的時(shí)候這個(gè)值的引用次數(shù)就加 1，如果該變量的值變成了另外一個(gè)，則這個(gè)值得引用次數(shù)減 1，當(dāng)這個(gè)值的引用次數(shù)變?yōu)?0 的時(shí)候，說明沒有變量在使用，這個(gè)值沒法被訪問了，因此可以將其占用的空間回收，這樣垃圾回收器會在運(yùn)行的時(shí)候清理掉引用次數(shù)為 0 的值占用的內(nèi)存。
而引用計(jì)數(shù)的不繼續(xù)被使用，是因?yàn)檠h(huán)引用的問題會引發(fā)內(nèi)存泄漏。

function problem() {
var objA = new Object();
var objB = new Object();
objA.someObject = objB;
objB.anotherObject = objA;
}

objA 和 objB 通過各自的屬性相互引用，也就是說，兩個(gè)對象的引用次數(shù)都是 2。在函數(shù)執(zhí)行完畢后，objA, objB 還將繼續(xù)存在，因?yàn)樗麄兊囊糜?jì)數(shù)永遠(yuǎn)不會是 0。假如這個(gè)函數(shù)被多次執(zhí)行，就會導(dǎo)致大量的內(nèi)存得不到釋放。

四、NodeJs V8 中的垃圾回收機(jī)制

在 Node 中，通過 JS 使用內(nèi)存時(shí)就會發(fā)現(xiàn)只能使用部分內(nèi)存（64 位系統(tǒng)下約為 1.4 GB, 32 位系統(tǒng)下約為 0.7 GB），這導(dǎo)致 Node 無法直接操作大內(nèi)存對象。

這是因?yàn)?，?1.5GB 的垃圾回收堆內(nèi)存為例，V8 做一次小的垃圾回收需要 50 毫秒以上，做一次非增量式的垃圾回收要 1 秒以上，而垃圾回收過程會引起 JS 線程暫停執(zhí)行這么多時(shí)間。因此，在當(dāng)時(shí)的考慮下，直接限制堆內(nèi)存是一個(gè)好的選擇。

那么，在這樣的內(nèi)存限制下，V8 的垃圾回收機(jī)制又有什么特點(diǎn)？

4.1、內(nèi)存分代算法

V8 的垃圾回收策略主要基于分代式垃圾回收機(jī)制，在 V8 中，將內(nèi)存分為新生代和老生代，新生代的對象為存活時(shí)間較短的對象，老生代的對象為存活事件較長或常駐內(nèi)存的對象。

V8 堆的整體大小等于新生代所用內(nèi)存空間加上老生代的內(nèi)存空間，而只能在啟動時(shí)指定，意味著運(yùn)行時(shí)無法自動擴(kuò)充，如果超過了極限值，就會引起進(jìn)程出錯。

4.2 Scavenge 算法

在分代的基礎(chǔ)上，新生代的對象主要通過 Scavenge 算法進(jìn)行垃圾回收，在 Scavenge 具體實(shí)現(xiàn)中，主要采用了一種復(fù)制的方式的方法—— Cheney 算法。

Cheney 算法將堆內(nèi)存一分為二，一個(gè)處于使用狀態(tài)的空間叫 From 空間，一個(gè)處于閑置狀態(tài)的空間稱為 To 空間。分配對象時(shí)，先是在 From 空間中進(jìn)行分配。

當(dāng)開始進(jìn)行垃圾回收時(shí)，會檢查 From 空間中的存活對象，將其復(fù)制到 To 空間中，而非存活對象占用的空間將會被釋放。完成復(fù)制后，F(xiàn)rom 空間和 To 空間的角色發(fā)生對換。

當(dāng)一個(gè)對象經(jīng)過多次復(fù)制后依然存活，他將會被認(rèn)為是生命周期較長的對象，隨后會被移動到老生代中，采用新的算法進(jìn)行管理。

還有一種情況是，如果復(fù)制一個(gè)對象到 To 空間時(shí)，To 空間占用超過了 25%，則這個(gè)對象會被直接晉升到老生代空間中。

4.3 標(biāo)記-清除和標(biāo)記-整理算法

對于老生代中的對象，主要采用標(biāo)記-清除和標(biāo)記-整理算法。標(biāo)記-清除 和前文提到的標(biāo)記一樣，與 Scavenge 算法相比，標(biāo)記清除不會將內(nèi)存空間劃為兩半，標(biāo)記清除在標(biāo)記階段會標(biāo)記活著的對象，而在內(nèi)存回收階段，它會清除沒有被標(biāo)記的對象。
而標(biāo)記整理是為了解決標(biāo)記清除后留下的內(nèi)存碎片問題。

4.4 增量標(biāo)記（Incremental Marking）算法

前面的三種算法，都需要將正在執(zhí)行的 JavaScript 應(yīng)用邏輯暫停下來，待垃圾回收完畢后再恢復(fù)。這種行為叫作“全停頓”（stop-the-world）。

在 V8 新生代的分代回收中，只收集新生代，而新生代通常配置較小，且存活對象較少，所以全停頓的影響不大，而老生代就相反了。

為了降低全部老生代全堆垃圾回收帶來的停頓時(shí)間，V8將標(biāo)記過程分為一個(gè)個(gè)的子標(biāo)記過程，同時(shí)讓垃圾回收標(biāo)記和JS應(yīng)用邏輯交替進(jìn)行，直到標(biāo)記階段完成。

經(jīng)過增量標(biāo)記改進(jìn)后，垃圾回收的最大停頓時(shí)間可以減少到原來的 1/6 左右。

五、內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄漏（Memory Leak）是指程序中己動態(tài)分配的堆內(nèi)存由于某種原因程序未釋放或無法釋放，造成系統(tǒng)內(nèi)存的浪費(fèi)，導(dǎo)致程序運(yùn)行速度減慢甚至系統(tǒng)崩潰等嚴(yán)重后果。

六、內(nèi)存泄漏的常見場景

6.1 緩存

文章前言部分就有說到，JS 開發(fā)者喜歡用對象的鍵值對來緩存函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，但是緩存中存儲的鍵越多，長期存活的對象也就越多，這將導(dǎo)致垃圾回收在進(jìn)行掃描和整理時(shí)，對這些對象做無用功。

6.2 作用域未釋放（閉包）

var leakArray = [];
exports.leak = function () {
leakArray.push("leak" + Math.random());
}

以上代碼，模塊在編譯執(zhí)行后形成的作用域因?yàn)槟K緩存的原因，不被釋放，每次調(diào)用 leak 方法，都會導(dǎo)致局部變量 leakArray 不停增加且不被釋放。

閉包可以維持函數(shù)內(nèi)部變量駐留內(nèi)存，使其得不到釋放。

6.3 沒必要的全局變量

聲明過多的全局變量，會導(dǎo)致變量常駐內(nèi)存，要直到進(jìn)程結(jié)束才能夠釋放內(nèi)存。

6.4 無效的 DOM 引用

//dom still exist
function click(){
// 但是 button 變量的引用仍然在內(nèi)存當(dāng)中。
const button = document.getElementById('button');
button.click();
}
// 移除 button 元素
function removeBtn(){
document.body.removeChild(document.getElementById('button'));
}

6.5 定時(shí)器未清除

// vue 的 mounted 或 react 的 componentDidMount
componentDidMount() {
setInterval(function () {
// ...do something
}, 1000)
}

vue 或 react 的頁面生命周期初始化時(shí)，定義了定時(shí)器，但是在離開頁面后，未清除定時(shí)器，就會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

6.6 事件監(jiān)聽為清空

componentDidMount() {
window.addEventListener("scroll", function () {
// do something...
});
}

同 6.5, 在頁面生命周期初始化時(shí)，綁定了事件監(jiān)聽器，但在離開頁面后，未清除事件監(jiān)聽器，同樣也會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

七、內(nèi)存泄漏優(yōu)化

1.解除引用

確保占用最少的內(nèi)存可以讓頁面獲得更好的性能。而優(yōu)化內(nèi)存占用的最佳方式，就是為執(zhí)行中的代碼只保存必要的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)不再有用，最好通過將其值設(shè)置為 null 來釋放其引用——這個(gè)做法叫做解除引用（dereferencing）

function createPerson(name){
var localPerson = new Object();
localPerson.name = name;
return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson("Nicholas");
// 手動解除 globalPerson 的引用
globalPerson = null;

解除一個(gè)值的引用并不意味著自動回收該值所占用的內(nèi)存。解除引用的真正作用是讓值脫離執(zhí)行環(huán)境，以便垃圾收集器下次運(yùn)行時(shí)將其回收。

2.提供手動清空變量的方法

var leakArray = [];
exports.clear = function () {
leakArray = [];
}

3.在業(yè)務(wù)不需要用到的內(nèi)部函數(shù)，可以重構(gòu)在函數(shù)外，實(shí)現(xiàn)解除閉包
4.避免創(chuàng)建過多生命周期較長的對象，或?qū)ο蠓纸獬啥鄠€(gè)子對象

5.避免過多使用閉包

6.注意清除定時(shí)器和事件監(jiān)聽器

7.Nodejs 中使用 stream 或 buffer 來操作大文件，不會受 Nodejs 內(nèi)存限制

8.使用 redis 等外部工具緩存數(shù)據(jù)

總結(jié)

JS 是一門具有自動垃圾收集的編程語言，在瀏覽器中主要通過標(biāo)記清除方法來回收垃圾，NodeJs 中主要通過分代回收、Scavenge、標(biāo)記清除、增量標(biāo)記等算法來回收垃圾。在日常開發(fā)中，有一些不引人注意的書寫方式可能會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，需要多注意自己的代碼規(guī)范。

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