4类 JavaScript 内存泄漏及如何避免
本文将探索常见的客户端 JavaScript 内存泄漏，以及如何使用 Chrome 开发工具发现问题。
简介
内存泄漏是每个开发者最终都要面对的问题，它是许多问题的根源：反应迟缓，崩溃，高延迟，以及其他应用问题。
什么是内存泄漏？
本质上，内存泄漏可以定义为：应用程序不再需要占用内存的时候，由于某些原因，内存没有被操作系统或可用内存池回收。编程语言管理内存的方式各不相同。只有开发者最清楚哪些内存不需要了，操作系统可以回收。一些编程语言提供了语言特性，可以帮助开发者做此类事情。另一些则寄希望于开发者对内存是否需要清晰明了。
JavaScript 内存管理
JavaScript 是一种垃圾回收语言。垃圾回收语言通过周期性地检查先前分配的内存是否可达，帮助开发者管理内存。换言之，垃圾回收语言减轻了“内存仍可用”及“内存仍可达”的问题。两者的区别是微妙而重要的：仅有开发者了解哪些内存在将来仍会使用，而不可达内存通过算法确定和标记，适时被操作系统回收。
JavaScript 内存泄漏
垃圾回收语言的内存泄漏主因是不需要的引用。理解它之前，还需了解垃圾回收语言如何辨别内存的可达与不可达。
Mark-and-sweep
大部分垃圾回收语言用的算法称之为 Mark-and-sweep 。算法由以下几步组成：
- 垃圾回收器创建了一个“roots”列表。Roots 通常是代码中全局变量的引用。JavaScript 中，“window” 对象是一个全局变量，被当作 root 。window 对象总是存在，因此垃圾回收器可以检查它和它的所有子对象是否存在（即不是垃圾）；
- 所有的 roots 被检查和标记为激活（即不是垃圾）。所有的子对象也被递归地检查。从 root 开始的所有对象如果是可达的，它就不被当作垃圾。
- 所有未被标记的内存会被当做垃圾，收集器现在可以释放内存，归还给操作系统了。
现代的垃圾回收器改良了算法，但是本质是相同的：可达内存被标记，其余的被当作垃圾回收。
不需要的引用是指开发者明知内存引用不再需要，却由于某些原因，它仍被留在激活的 root 树中。在 JavaScript 中，不需要的引用是保留在代码中的变量，它不再需要，却指向一块本该被释放的内存。有些人认为这是开发者的错误。
为了理解 JavaScript 中最常见的内存泄漏，我们需要了解哪种方式的引用容易被遗忘。
三种类型的常见 JavaScript 内存泄漏
1：意外的全局变量
JavaScript 处理未定义变量的方式比较宽松：未定义的变量会在全局对象创建一个新变量。在浏览器中，全局对象是 window 。
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function
foo
(
arg
)
{
bar
=
"this is a hidden global variable"
;
}
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真相是：
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function
foo
(
arg
)
{
window
.
bar
=
"this is an explicit global variable"
;
}
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函数 foo 内部忘记使用 var ，意外创建了一个全局变量。此例泄漏了一个简单的字符串，无伤大雅，但是有更糟的情况。
另一种意外的全局变量可能由 this 创建：
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function
foo
(
)
{
this
.
variable
=
"potential accidental global"
;
}
// Foo 调用自己，this 指向了全局对象（window）
// 而不是 undefined
foo
(
)
;
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在 JavaScript 文件头部加上 ‘use strict’，可以避免此类错误发生。启用严格模式解析 JavaScript ，避免意外的全局变量。
全局变量注意事项
尽管我们讨论了一些意外的全局变量，但是仍有一些明确的全局变量产生的垃圾。它们被定义为不可回收（除非定义为空或重新分配）。尤其当全局变量用于临时存储和处理大量信息时，需要多加小心。如果必须使用全局变量存储大量数据时，确保用完以后把它设置为 null 或者重新定义。与全局变量相关的增加内存消耗的一个主因是缓存。缓存数据是为了重用，缓存必须有一个大小上限才有用。高内存消耗导致缓存突破上限，因为缓存内容无法被回收。
2：被遗忘的计时器或回调函数
在 JavaScript 中使用 setInterval 非常平常。一段常见的代码：
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var
someResource
=
getData
(
)
;
setInterval
(
function
(
)
{
var
node
=
document
.
getElementById
(
'Node'
)
;
if
(
node
)
{
// 处理 node 和 someResource
node
.
innerHTML
=
JSON
.
stringify
(
someResource
)
)
;
}
}
,
1000
)
;
|
此例说明了什么：与节点或数据关联的计时器不再需要，node 对象可以删除，整个回调函数也不需要了。可是，计时器回调函数仍然没被回收（计时器停止才会被回收）。同时，someResource 如果存储了大量的数据，也是无法被回收的。
对于观察者的例子，一旦它们不再需要（或者关联的对象变成不可达），明确地移除它们非常重要。老的 IE 6 是无法处理循环引用的。如今，即使没有明确移除它们，一旦观察者对象变成不可达，大部分浏览器是可以回收观察者处理函数的。
观察者代码示例：
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var
element
=
document
.
getElementById
(
'button'
)
;
function
onClick
(
event
)
{
element
.
innerHTML
=
'text'
;
}
element
.
addEventListener
(
'click'
,
onClick
)
;
|
对象观察者和循环引用注意事项
老版本的 IE 是无法检测 DOM 节点与 JavaScript 代码之间的循环引用，会导致内存泄漏。如今，现代的浏览器（包括 IE 和 Microsoft Edge）使用了更先进的垃圾回收算法，已经可以正确检测和处理循环引用了。换言之，回收节点内存时，不必非要调用 removeEventListener 了。
3：脱离 DOM 的引用
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。
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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
)
;
// 更多逻辑
}
function
removeButton
(
)
{
// 按钮是 body 的后代元素
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。
}
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此外还要考虑 DOM 树内部或子节点的引用问题。假如你的 JavaScript 代码中保存了表格某一个
4：闭包
闭包是 JavaScript 开发的一个关键方面：匿名函数可以访问父级作用域的变量。
代码示例：
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var
theThing
=
null
;
var
replaceThing
=
function
(
)
{
var
originalThing
=
theThing
;
var
unused
=
function
(
)
{
if
(
originalThing
)
console
.
log
(
"hi"
)
;
}
;
theThing
=
{
longStr
:
new
Array
(
1000000
)
.
join
(
'*'
)
,
someMethod
:
function
(
)
{
console
.
log
(
someMessage
)
;
}
}
;
}
;
setInterval
(
replaceThing
,
1000
)
;
|
代码片段做了一件事情：每次调用 replaceThing ，theThing 得到一个包含一个大数组和一个新闭包（someMethod）的新对象。同时，变量 unused 是一个引用 originalThing 的闭包（先前的 replaceThing 又调用了 theThing ）。思绪混乱了吗？最重要的事情是，闭包的作用域一旦创建，它们有同样的父级作用域，作用域是共享的。someMethod 可以通过 theThing 使用，someMethod 与 unused 分享闭包作用域，尽管 unused 从未使用，它引用的 originalThing 迫使它保留在内存中（防止被回收）。当这段代码反复运行，就会看到内存占用不断上升，垃圾回收器（GC）并无法降低内存占用。本质上，闭包的链表已经创建，每一个闭包作用域携带一个指向大数组的间接的引用，造成严重的内存泄漏。
Meteor 的博文 解释了如何修复此种问题。在 replaceThing 的最后添加 originalThing = null 。
Chrome 内存剖析工具概览
Chrome 提供了一套很棒的检测 JavaScript 内存占用的工具。与内存相关的两个重要的工具：timeline 和 profiles。
Timeline
timeline 可以检测代码中不需要的内存。在此截图中，我们可以看到潜在的泄漏对象稳定的增长，数据采集快结束时，内存占用明显高于采集初期，Node（节点）的总量也很高。种种迹象表明，代码中存在 DOM 节点泄漏的情况。
Profiles
Profiles 是你可以花费大量时间关注的工具，它可以保存快照，对比 JavaScript 代码内存使用的不同快照，也可以记录时间分配。每一次结果包含不同类型的列表，与内存泄漏相关的有 summary（概要） 列表和 comparison（对照） 列表。
summary（概要） 列表展示了不同类型对象的分配及合计大小：shallow size（特定类型的所有对象的总大小），retained size（shallow size 加上其它与此关联的对象大小）。它还提供了一个概念，一个对象与关联的 GC root 的距离。
对比不同的快照的 comparison list 可以发现内存泄漏。
实例：使用 Chrome 发现内存泄漏
实质上有两种类型的泄漏：周期性的内存增长导致的泄漏，以及偶现的内存泄漏。显而易见，周期性的内存泄漏很容易发现；偶现的泄漏比较棘手，一般容易被忽视，偶尔发生一次可能被认为是优化问题，周期性发生的则被认为是必须解决的 bug。
以 Chrome 文档中的代码为例：
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var
x
=
[
]
;
function
createSomeNodes
(
)
{
var
div
,
i
=
100
,
frag
=
document
.
createDocumentFragment
(
)
;
for
(
;
i
>
0
;
i
--
)
{
div
=
document
.
createElement
(
"div"
)
;
div
.
appendChild
(
document
.
createTextNode
(
i
+
" - "
+
new
Date
(
)
.
toTimeString
(
)
)
)
;
frag
.
appendChild
(
div
)
;
}
document
.
getElementById
(
"nodes"
)
.
appendChild
(
frag
)
;
}
function
grow
(
)
{
x
.
push
(
new
Array
(
1000000
)
.
join
(
'x'
)
)
;
createSomeNodes
(
)
;
setTimeout
(
grow
,
1000
)
;
}
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当 grow 执行的时候，开始创建 div 节点并插入到 DOM 中，并且给全局变量分配一个巨大的数组。通过以上提到的工具可以检测到内存稳定上升。
找出周期性增长的内存
timeline 标签擅长做这些。在 Chrome 中打开例子，打开 Dev Tools ，切换到 timeline，勾选 memory 并点击记录按钮，然后点击页面上的 The Button 按钮。过一阵停止记录看结果：
两种迹象显示出现了内存泄漏，图中的 Nodes（绿线）和 JS heap（蓝线）。Nodes 稳定增长，并未下降，这是个显著的信号。
JS heap 的内存占用也是稳定增长。由于垃圾收集器的影响，并不那么容易发现。图中显示内存占用忽涨忽跌，实际上每一次下跌之后，JS heap 的大小都比原先大了。换言之，尽管垃圾收集器不断的收集内存，内存还是周期性的泄漏了。
确定存在内存泄漏之后，我们找找根源所在。
保存两个快照
切换到 Chrome Dev Tools 的 profiles 标签，刷新页面，等页面刷新完成之后，点击 Take Heap Snapshot 保存快照作为基准。而后再次点击 The Button 按钮，等数秒以后，保存第二个快照。
筛选菜单选择 Summary，右侧选择 Objects allocated between Snapshot 1 and Snapshot 2，或者筛选菜单选择 Comparison ，然后可以看到一个对比列表。
此例很容易找到内存泄漏，看下 (string) 的 Size Delta Constructor，8MB，58个新对象。新对象被分配，但是没有释放，占用了8MB。
如果展开 (string) Constructor，会看到许多单独的内存分配。选择某一个单独的分配，下面的 retainers 会吸引我们的注意。
我们已选择的分配是数组的一部分，数组关联到 window 对象的 x 变量。这里展示了从巨大对象到无法回收的 root（window）的完整路径。我们已经找到了潜在的泄漏以及它的出处。
我们的例子还算简单，只泄漏了少量的 DOM 节点，利用以上提到的快照很容易发现。对于更大型的网站，Chrome 还提供了 Record Heap Allocations 功能。
Record heap allocations 找内存泄漏
回到 Chrome Dev Tools 的 profiles 标签，点击 Record Heap Allocations。工具运行的时候，注意顶部的蓝条，代表了内存分配，每一秒有大量的内存分配。运行几秒以后停止。
上图中可以看到工具的杀手锏：选择某一条时间线，可以看到这个时间段的内存分配情况。尽可能选择接近峰值的时间线，下面的列表仅显示了三种 constructor：其一是泄漏最严重的（string），下一个是关联的 DOM 分配，最后一个是 Text constructor（DOM 叶子节点包含的文本）。
从列表中选择一个 HTMLDivElement constructor，然后选择 Allocation stack。
现在知道元素被分配到哪里了吧（grow -> createSomeNodes），仔细观察一下图中的时间线，发现 HTMLDivElement constructor 调用了许多次，意味着内存一直被占用，无法被 GC 回收，我们知道了这些对象被分配的确切位置（createSomeNodes）。回到代码本身，探讨下如何修复内存泄漏吧。
另一个有用的特性
在 heap allocations 的结果区域，选择 Allocation。
这个视图呈现了内存分配相关的功能列表，我们立刻看到了 grow 和 createSomeNodes。当选择 grow 时，看看相关的 object constructor，清楚地看到 (string), HTMLDivElement 和 Text 泄漏了。
结合以上提到的工具，可以轻松找到内存泄漏。
原文地址：http://web.jobbole.com/86244/