【重温基础】22.内存管理
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：
- 【复习资料】ES6/ES7/ES8/ES9资料整理(个人整理)
- 【重温基础】1-14篇
- 【重温基础】15.JS对象介绍
- 【重温基础】16.JSON对象介绍
- 【重温基础】17.WebAPI介绍
- 【重温基础】18.相等性判断
- 【重温基础】19.闭包
- 【重温基础】20.事件
- 【重温基础】21.高阶函数
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：
- 分配所需使用的内存 ——（分配内存）
- 使用分配到的内存（读、写） ——（使用内存）
- 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();
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。
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
- 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';
};
- 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);
- 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。
- 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
- 浏览器
通过Chrome浏览器查看内存占用：
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。
反之，就是内存泄漏了。
- 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。
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
- MDN JavaScript指南 内存管理
- 精读《JS 中的内存管理》
- 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 |
|---|---|
| [email protected] | |
| 博 客 | www.pingan8787.com |
| 微 信 | pingan8787 |
| 每日文章推荐 | https://github.com/pingan8787/Leo_Reading/issues |
| JS小册 | js.pingan8787.com |
| 微信公众号 | 前端自习课 |