js内存管理与闭包

1. 内存管理的理解

1.1 认识内存管理

不管什么样的编程语言，在代码的执行过程中都是需要给它分配内存的，不同的是某些编程语言需要我们自己手动的管理内存，某些编程语言会可以自动帮助我们管理内存.

• 不管以什么样的方式来管理内存，内存的管理都会有如下的生命周期：

  分配申请你需要的内存（申请）

  使用分配的内存（存放一些东西，比如对象等）

  不需要使用时，对其进行释放

• 不同的编程语言对于第一步和第三步会有不同的实现：

  • 手动管理内存：比如C、C++，包括早期的OC，都是需要手动来管理内存的申请和释放的（malloc和free函数）

  • 自动管理内存：比如Java、JavaScript、Python、Swift、Dart等，它们会自动管理内存

1.2 JavaScript的内存管理

• JavaScript 的内存管理是自动的、无形的：创建的原始值、对象、函数……这一切都会占用内存

• JS对于原始数据类型内存的分配会在执行时，直接在栈空间进行分配

• JS对于复杂数据类型内存的分配会在堆内存中开辟一块空间，并且将这块空间的指针返回值变量引用

2. 垃圾回收（GC）

2.1 认识垃圾回收

• 因为内存的大小是有限的，所以当内存不再需要的时候，需要对其进行释放，以便腾出更多的内存空间。

• 大部分现代的编程语言都是有自己的垃圾回收机制：

  • 垃圾回收的英文是Garbage Collection，简称GC

  • 对于那些不再使用的对象，都称之为是垃圾，它需要被回收，以释放更多的内存空间

  • 而我们的语言运行环境，比如Java的运行环境JVM，JavaScript的运行环境js引擎都会使用垃圾回收器（GC）

2.2 GC算法 – 引用计数

• 引用计数：

  • 当一个对象有一个引用指向它时，那么这个对象的引用就+1

  • 当一个对象的引用为0时，这个对象就可以被销毁掉

• 这个算法有一个很大的弊端就是会产生循环引用：

  

2.3 GC算法 – 标记清除

• 标记清除：

  • 标记清除的核心思路是可达性（Reachability）

  • 这个算法是设置一个根对象（root object）[在js中指window]，垃圾回收器会定期从这个根开始，找所有从根开始有引用到的对象，对于那些没有引用到的对象，就认为是不可用的对象

  • 这个算法可以很好的解决循环引用的问题

  

2.4 其他算法优化补充

• JS引擎比较广泛的采用的就是可达性中的标记清除算法，当然类似于V8引擎为了进行更好的优化，它在算法的实现细节上也会结合一些其他的算法。

• 标记整理（Mark-Compact） 和“标记－清除”相似

  • 不同的是，回收期间同时会将保留的存储对象搬运汇集到连续的内存空间，从而整合空闲空间，避免内存碎片化

• 分代收集（Generational collection）—— 对象被分成两组：“新的”和“旧的”

  • 许多对象出现，完成它们的工作并很快死去，它们可以很快被清理

  • 那些长期存活的对象会变得“老旧”，而且被检查的频次也会减少

• 增量收集（Incremental collection）

  • 如果有许多对象，并且我们试图一次遍历并标记整个对象集，则可能需要一些时间，并在执行过程中带来明显的延迟。

  • 所以引擎试图将垃圾收集工作分成几部分来做，然后将这几部分会逐一进行处理，这样会有许多微小的延迟而不是一个大的延迟

• 闲时收集（Idle-time collection）

  • 垃圾收集器只会在 CPU 空闲时尝试运行，以减少可能对代码执行的影响

3. 闭包的概念理解

3.1 JavaScript的函数式编程

• 在JavaScript中，函数是非常重要的，并且是一等公民：

  • 那么就意味着函数的使用是非常灵活的

  • 函数可以作为另外一个函数的参数，也可以作为另外一个函数的返回值来使用

• JavaScript存在很多的高阶函数：

  • 自己编写高阶函数

  • 使用内置的高阶函数

• 在vue3+react开发中，也都在趋向于函数式编程：

  • vue3 composition api: setup函数 -> 代码（函数hook，定义函数）

  • react：class -> function -> hooks

3.2 定义

• 在计算机科学中对闭包的定义（维基百科）：

  • 闭包（英语：Closure），又称词法闭包（Lexical Closure）或函数闭包（function closures）

  • 是在支持 头等函数 的编程语言中，实现词法绑定的一种技术

  • 闭包在实现上是一个结构体，它存储了一个函数和一个关联的环境（相当于一个符号查找表）

  • 闭包跟函数最大的区别在于，当捕捉闭包的时候，它的 自由变量 会在捕捉时被确定，这样即使脱离了捕捉时的上下文，它也能照常运行

• 闭包的概念出现于60年代，最早实现闭包的程序是 Scheme，那么我们就可以理解为什么JavaScript中有闭包：因为JavaScript中有大量的设计是来源于Scheme的

• MDN对JavaScript闭包的解释：

  • 一个函数和对其周围状态（lexical environment，词法环境）的引用捆绑在一起（或者说函数被引用包围），这样的组合就是闭包（closure）

  • 也就是说，闭包让你可以在一个内层函数中访问到其外层函数的作用域

  • 在 JavaScript 中，每当创建一个函数，闭包就会在函数创建的同时被创建出来

• 总结：

  • 一个普通的函数function，如果它可以访问外层作用域的自由变量，那么这个函数和周围环境就是一个闭包

  • 从广义的角度来说：JavaScript中的函数都是闭包

  • 从狭义的角度来说：JavaScript中一个函数，如果访问了外层作用域的变量，那么它是一个闭包

4. 闭包的内存流程

function createAdder(count) {
  function adder(num) {
    return count + num
  }
  return adder
}

var adder5 = createAdder(5)
adder5(100)
adder5(55)
adder5(12)

var adder8 = createAdder(8)
adder8(22)
adder8(35)
adder8(7)

• 第一次调用createAdder

  

• 调用createAdder完成

  

• 内部adder执行完成

  

• 第二次执行createAdder

  

5. 闭包的内存泄漏

5.1 认识内存泄露

• 闭包是有内存泄露的

  • 在上面的案例中，如果后续我们不再使用adder8函数了，那么该函数对象应该要被销毁掉，并且其引用着的父作用域AO也应该被销毁掉

  • 但是目前因为在全局作用域下adder8变量对0xc00的函数对象有引用，而0xc00的作用域中AO（0x300）有引用，所以最终会造成这些内存都是无法被释放的

  • 闭包会造成内存泄露，其实就是刚才的引用链中的所有对象都是无法释放的

• 解决闭包的内存泄露

  • 当将adder8设置为null时，就不再对函数对象0xc00有引用，那么对应的AO对象0x300也就不可达了

  • 在GC的下一次检测中，它们就会被销毁掉

  

5.2 内存泄露的测试

<button class="create">创建一系列的数组对象</button>
<button class="destroy">销毁一系列的数组对象</button>
<script>

function createArray() {
  // 4 1024 -> 4kb * 1024 -> 4M
  var arr = new Array(1024*1024).fill(1)
  function test() {
    console.log(arr)
  }
  return test
}

// 点击按钮
var totalArr = []

var createBtnEl = document.querySelector(".create")
var destroyBtnEl = document.querySelector(".destroy")
createBtnEl.onclick = function() {
  for (var i = 0; i < 100; i++) {
    totalArr.push(createArray())
  }
  console.log(totalArr.length)
}
destroyBtnEl.onclick = function() {
  // 释放
  totalArr = []
}
</script>

• 创建数组对象（占用内存）

  

• 销毁数组对象（释放内存）

  

5.3 浏览器的优化

function foo() {
  var name = "foo"
  var age = 18
  var height = 1.88

  function bar() {
    debugger
    console.log(name)
  }

  return bar
}

var fn = foo()
fn()

总结