【JavaScript】闭包典型应用用及性能问题

引言

之前发了一篇文章，写了对于闭包的理解，现在补上闭包的应用篇和性能问题，有关闭包会造成内存泄露的说法也会在本文中一一解释。

全文概要

1 应用

以下这几个方面是我们开发中最为常用到的，同时也是面试中回答比较稳的几个方面。

1.1 模拟私有变量

我们都知道JS是基于对象的语言，JS强调的是对象，而非类的概念，在ES6中，可以通过class关键字模拟类，生成对象实例。

class User {
    // 构造函数 -- 初始化实例化对象属性
    constructor(name) {
      this.name = name
  }
   // 添加方法
   sayHi() {
     console.log('你好，我是'+this.name)
  }
}

// 使用 new 关键字来创建实例
let user = new User('小明')
user.sayHi() 

通过class模拟出来的类，仍然无法实现传统面向对象语言中的一些能力 —— 比如私有变量的定义和使用。

Js中没有private关键字，也没有私有成员的概念，所有的对象属性都是共有的。

我们通过看这样一个User类来了解私有变量（伪代码，不能直接运行）

class User{
  constructor(username,password){
  // 用户名
  this.username = username
  // 密码
  this.password = password
  }
  
  login(){
    // 使用axious进行登录请求
    axios({
      method: 'GET',
      url: 'http://127.0.0.1/server', 
      params: {
        username,
        password
      },
    }).then(response => {
      console.log(response);
    });
  }
} 

在这个User类里，我们定义了一些属性，和一个login方法，我们尝试输出password这个属性。

 let user = new User('小明',123456)
  user.password  // 123465 

我们发现，登录密码这么关键敏感的信息，竟然可以通过一个简单的属性就可以拿到，这就意味着，后面人只有拿到user这个对象，就可以非常轻松的获取，甚至改写他的密码。 在实际的业务开发中，这是一个非常危险的操作，我们需要从代码的层面保护password。

像password这样变量，我们希望它只在函数内部，或者对象内部方法访问到，外部无法触及。 这样的变量，就是私有变量，通常情况下私有变量使用 _ 或双 _ 作为前缀定义。

在类里声明变量的私有性，我们可以借助闭包实现，我们的思路就是把我们把私有变量放在最外层立即执行函数中，并通过立即执行User这个函数，创造了一个闭包作用域的环境。

// 利用IIFE生成闭包，返回user类
const User = (function () {
    // 定义私有变量_password
    let _password

    class User {
        constructor(username, password) {
            // 初始化私有变量_password
            _password = password
            this.username = username
        }

        login() {
            console.log(this.username, _password)

        }
    }

    return User
})()

let user = new User('小明',123465)
console.log(user.username); // 小明
console.log(user.password); // undefined
console.log(user._password); //undefined
user.login(); // 小明 undefined 

在这段代码中，私有变量_password被好好的保护在User这个立即执行函数内部，此时实例暴露的属性已经没有_password，通过闭包，我们成功利用了自由变量模拟私有变量的效果。

1.2 柯里化

定义一个函数，该函数返回一个函数。 柯里化是把接收 n个参数的1个函数改造为只接收1个参数的n个互相嵌套的函数的过程。也就是从fn(a,b,c)变成fn(a)(b)(c)。

我们通过以下案例进行深入理解：以慕课网为例，我们使用site（站点）、type（课程类型）、name（课程名称）三个字符串拼接的方式为课程生成一个完整版名称。对应方法如下：

function generateName(site,type,name){
  return site + type + name
} 

我们看到这个函数需要传递三个参数，此时如果我是课程运营负责人，如我只负责“体系课”的业务，那么我每次生成课程时，都会固定传参site，像这样传参：

generateName('体系课',type,name) 

如果我是细分工种的前端助教，我仅仅负责“体系课”站点下的“前端”课程，那么我进行传参就是这样：

generateName('体系课','前端',name) 

我们不难发现，调用generateName时，真正的变量只有一个，但是我每次不得不把前两个参数手动传一遍。此时，我们的柯里化就出现了，柯里化可以帮助我们在必要情况下，记住一部分参数。

function generateName(site){
  // var site = '体系课'
  return function(type){
    // var type = '前端'
    return function(name){
      // var name = '零基础就业班'
      return prefix + type + name
    }
  }
}

// 生成体系课专属函数
var salesName = generateName('体系课');

// “记住”site，生成体系课前端课程专属函数
var salesBabyName = salesName('前端')

// 输出 '体系课前端零基础就业班'
res = salesBabyName('零基础就业班')
console.log(res) 

我们可以看到，在生成体系课专属函数中，我们将site作为实参传递给generateName函数中，将site的值保留在generateName内部作用域中。

在生成体系课前端课程函数中，将type的值保留在salesBabyName函数中，最终调用salesBabyName函数，输出。

这样一来，原有的generateName (site, type, name)函数经过柯里化变成了generateName(site)(type)(name)。通过后者这种形式，我们可以记住一部分形参，选择性的传递参数，从而编写出更符合预期，复用性更高的函数。

function generateName(site){
   // var site = '实战课'
   return function(type){
     // var type = 'Java'
     return function(name){
       // var name = '零基础'
       return site + type + name
      }
    }
}
  
// "记住“site和type，生成实战课java专属函数
var shiZhanName = generateName('实战课')('Java')
console.log(shiZhanName);

// 输出 '实战课java零基础'
var res = shiZhanName('零基础')
console.log(res)

 // 啥也不记，直接生成一个完整课程
var itemFullName = generateName('实战课')('大数据')('零基础')
console.log(itemFullName); 

1.3 偏函数

偏函数和柯里化类似，柯里化是将一个n个参数的函数转化成n个单参数函数，这里假如你有三个入参，你得嵌套三层函数，且每层函数只能有一个入参。柯里化的目标是把函数拆解为精准的n部分。

偏函数相比之下就比较随意了，偏函数是固定函数中的某一个或几个参数，然后返回一个新的函数。假如你有三个入参，你可以只固定一个入参，然后返回另一个入参函数。也就是说，偏函数不强调 “单参数” 这个概念。

仍然是上面的例子，原函数形式调用：

function generateName(site,type,name){
  return site + type + name;
}

// 调用时传入三个参数
var itemFullName = generateName('体系课', '前端', '2022') 

偏函数改造：

function generateName(site){
    return function(type,name){
      return site + type + name
    }
}
// 把3个参数分两部分传入
var itemFullName = generateName('体系课')('前端', '2022') 

1.4 防抖

在浏览器的各种事件中，有一些容易频繁触发的事件，比如scroll、resize、鼠标事件（比如 mousemove、mouseover）、键盘事件（keyup、keydown ）等。频繁触发回调导致大量的计算会引发页面抖动甚至卡顿，影响浏览器性能。防抖和节流就是控制事件触发的频率的两种手段。

防抖的中心思想是：在某段时间内，不管你触发了多少次回调，我都只执行最后一次。

// fn是我们需要包装的事件回调, delay是每次推迟执行的等待时间
function debounce(fn, delay) {
  // 定时器
  let timer = null
  
  // 将debounce处理结果当作函数返回
  return function () {
    // 保留调用时的this上下文
    let context = this
    // 保留调用时传入的参数
    let args = arguments
    // 每次事件被触发时，都去清除之前的旧定时器
    if(timer) {
        clearTimeout(timer)
    }
    // 设立新定时器
    timer = setTimeout(function () {
      fn.apply(context, args)
    }, delay)
  }
}
// 用debounce来包装scroll的回调
const better_scroll = debounce(() => console.log('触发了滚动事件'), 1000)
document.addEventListener('scroll', better_scroll) 

1.5 节流

节流的中心思想是：在某段时间内，不管你触发了多少次回调，我都只认第一次，并在计时结束时给予响应，也就是隔一段时间执行一次。

// fn是我们需要包装的事件回调, interval是时间间隔的阈值
function throttle(fn, interval) {
  // last为上一次触发回调的时间
  let last = 0
  
  // 将throttle处理结果当作函数返回
  return function () {
      // 保留调用时的this上下文
      let context = this
      // 保留调用时传入的参数
      let args = arguments
      // 记录本次触发回调的时间
      let now = +new Date()
      
      // 判断上次触发的时间和本次触发的时间差是否小于时间间隔的阈值
      if (now - last >= interval) {
      // 如果时间间隔大于我们设定的时间间隔阈值，则执行回调
          last = now;
          fn.apply(context, args);
      }
    }
}
// 用throttle来包装scroll的回调
const better_scroll = throttle(() => console.log('触发了滚动事件'), 1000)
document.addEventListener('scroll', better_scroll) 

2 性能问题

以上我们讲解了闭包的常见应用，可见闭包是一个非常强大的特性，但人们对其也有诸多误解。一种耸人听闻的说法是闭包会造成内存泄露，所以要尽量减少闭包的使用。真的是这样吗？

2.1 内存泄漏

内存泄露是指你「用不到」（访问不到）的变量，依然占居着内存空间，不能被再次利用起来。

闭包里的变量是我们需要的变量，而又怎么称之为内存泄漏呢？

所以有关内存泄露问题，是谣言，是误传。

这个误传来源于IE，因为使用闭包时可能比较容易形成循环引用，如果闭包的作用域链中保存着一些DOM节点，这时候就造成内存泄漏，但这并不是闭包问题，而这是IE的bug。

因为IE浏览器基于引用计数策略的垃圾回收机制中，如果两个对象之间形成了循环引用，那么这两个对象都无法被回收。

如果要解决循环引用带来的内存泄露问题，只需要把循环引用中的变量设为null即可，也就是在函数调用后，可以把外部引用关系置空，如下：

function f1(){
    var num  = Math.randon();
    function f2(){
      return num
    } 
    return f2
}

var f = f1();
f();
// 置空引用关系
f = null; 

所以，闭包导致的内存泄漏是误传。闭包中引用的变量，其实也就相当于一个全局变量，并不会构成内存泄漏问题，内存泄漏大多原因是由于代码不规范导致。

2.2 常见的内存泄漏

2.21 不必要的全局变量

function f1() {
  name = '小明'
} 

在非严格模式下引用未声明的变量，会在全局对象中创建一个新变量，在浏览器中，全局对象是window，这就意味着name这个变量将泄漏到全局。全局变量是在网页关闭时才会释放，这样的变量一多，内存压力也会随之增高。

2.22 遗忘清理的计时器

程序中我们经常会用到计时器，也就是setInterval和setTimeout

var timeId = setInterval(function(){
  // 函数体
},1000) 

在计时器中，定时器内部逻辑是是无穷无尽的，当定时器囊括的函数逻辑不再被需要、而我们又忘记手动清除定时器时，它们就会永远保持对内存的占用。因此当我们使用定时器时，一定要明确计时器在何时会被清除，并使用 clearInterval(timeId)手动清除定时器。

2.23 遗忘清理的dom元素引用

var divObj = document.getElementById('mydiv')

// dom删除myDiv
document.body.removeChild(divObj);
console.log(divObj);
// 能console出整个div 说明没有被回收，引用存在

// 移出引用
divObj = null;
console.log(divObj) 
// null 

3 闭包与循环体

闭包和循环体的结合，是闭包最为经典的一种考察方式。

3.1 这段代码输出啥

我们来看一个大家非常熟悉的题目，以上6行代码输出什么？

for(var i=0; i<5; i++){
  setTimeout(function(){
    console.log(i)
  },1000)
}
console.log(i) 

如果你是刚入门的新手，你可能会给出这样的答案：

0 1 2 3 4 5 

给出这样答案的同学，内心一般都是这样想：for循环输出了0-4个i的值，最后一行打印5，setTimeout这个好像在哪见过，但具体咋回事印象不深了，干脆直接忽略好了。

对于基础还不错的同学，对于setTimeout函数用法特性还有印象，很快就给出了“进化版”答案：

5 0 1 2 3 4 

这一部分的同学是这样想的：for循环逐个输出0-4的值，但是setTimeout把输入延迟了1s，所以最后一行先执行，先输出5，然后过了1000ms，0-4会逐个输出。

如果你对JS中的for循环、同步与异步区别、变量作用域、闭包有正确理解，就知道正确答案应该是：

5 5 5 5 5 5 

我们试着分析一下正确答案，seTimeout内函数延迟1000ms后执行，最后一行console先输出，最后一行输出5，所以第一个值是5。

for(var i =0;i<5;i++){
  // 5<5? 不满足 
}
console.log(i) // 5 

for循环里setTimeout执行了5次，函数延迟1000ms执行，大家看这个函数，它自身作用域压根就没有i这个变量，根据作用域链查找规则，要想输出i，需要去上层查找。

for(var i=0; i<5; i++){
 setTimeout(function() {
    console.log(i);
 }, 1000);
} 

但是，这个函数第一次被执行也是1000ms以后的事情了，此时它试图向上一层作用域（这里也就是全局作用域）去找一个叫i的变量，此时for循环已执行完毕，i也进入了最终状态5。所以当1000ms后，这个函数真正被执行的时候，引用到的i值已经是5了。 此时，这段代码的作用域状态示意如下：

对应的作用域关系如下：

接下来的连续四次，都会有一个一模一样的setTimeout回调被执行，它输出的也是同一个全局的i，所以说每一次输出都是5。

3.2 改造方法

循环了五次，每次却输出一个值，这种输出效果显然不好。如果我们希望让i从0-4依次被输出，我们改如何改造呢？

方案一：利用setTimeout中第三个参数

开头我们先复习一下setTimeout参数用法：

setTimeout(function(arg1,arg2){
  console.log(arg1);
  console.log(arg2);
},delay,arg1,arg2) 

• function（必须）：调用函数执行的代码块
• delay（可选）：函数调用延迟的毫秒值，默认是0，意味着马上执行
• arg1,…arg2（可选）：附加参数，当计时器启动时，会作为参数传递给function

我们来看例子：

setTimeout(function(a,b){
  console.log(a);  // 1
  console.log(b);  // 2
},1000,1,2) 

需要注意的一点是，附加参数只支持在ie9及以上浏览器，如要兼容，需要引入一段MDN提供的兼容旧IE代码。

利用setTimeout的第三个参数，i作为形参传递给setTimeout的j，由于每次传入的参数是从for循环里面取到的值，所以会依次输出0~4：

for(var i=0; i<5; i++){
  setTimeout(function(j){
    console.log(j) // 0 1 2 3 4 
  },1000,i)
} 

方案二：使用闭包

使用闭包，我们往往会用到匿名函数。匿名函数也叫一次性函数，在函数定义时执行，且只执行一次。我们在setTimeout外面套一个匿名函数，利用匿名函数的实参来缓存每一个循环的i值。

for(var i= 0; i<5; i++){
  (function(j){
    setTimeout(function(){
      console.log(j)
    },1000)
  })(i)
} 

当输出j时，引用的是外部函数传递的变量i，这个i是根据循环来的，执行setTimeout时已经确定了里面i的值，进而确定了j的值。

方案三：使用let

for(let i= 0; i<5; i++){
  setTimeout(function(){
    console.log(i)
  },1000)
 } 

for循环每次循环产生一个新的块级作用域，每个块级作用域的变量是不同的。函数输出的是自己的上一级（循环产生的块级作用域）下i的值。

4 总结

• 作用：模拟私有变量、柯里化、偏函数、防抖、节流、实现缓存。
• 模拟私有变量：将私有变量放在外在的立即执行函数中，并通过立即执行U这个函数，创造一个闭包环境（私有变量：只允许函数内部，或对象方法访问的变量）。
• 柯里化：把接受n个参数的一个函数转化成只接受一个参数n个函数互相嵌套的函数过程，目标是把函数拆解为精准的n部分，也就是将fn(a,b,c)转化成fn(a)(b)(c)的过程。
• 偏函数：固定函数中的某一个或几个参数，然后返回一个新的函数，不强调但函数。
• 防抖：只执行最后一次。
• 节流：隔一段时间执行一次。
• 缓存变量：计时器打印问题。
• 内存泄漏：你用不到的变量（访问不到的变量）依然占据着内存空间。
• 闭包造成内存泄漏是误传，误传由于早期IE垃圾回收机机制是基于基于引用计数法，闭包当中如果包含循环引用，那么IE浏览器无法回收闭包中引用的变量，但这内存泄漏和闭包没有关系，而是IE的bug。

出的是自己的上一级（循环产生的块级作用域）下i的值。