[JS] 垃圾回收与内存管理

摘记<Javascript高级程序设计> -- 马特 2020版 第四章 4-3

JavaScript中的垃圾回收

JavaScript 是使用垃圾回收的语言，也就是说执行环境负责在代码执行时管理内存。在 C 和 C++等语言中，跟踪内存使用对开发者来说是个很大的负担，也是很多问题的来源。JavaScript 为开发者卸下了这个负担，通过自动内存管理实现内存分配和闲置资源回收。

基本思路

基本思路很简单：

确定哪个变量不会再用，然后释放它占用的内存。

这个过程是周期性的，即垃圾回收程序每隔一定时间（或者说在代码执 行过程中某个预定的收集时间）就会自动运行。垃圾回收过程是一个近似且不完美的方案，因为某块内存是否还有用，属于“不可判定的”问题，意味着靠算法是解决不了的。在浏览器的发展史上，用到过两种主要的标记策略：标记清理和引用计数。

标记清理（mark-and-sweep）

JavaScript 最常用的垃圾回收策略是标记清理（mark-and-sweep）

当变量进入上下文，比如在函数内部声明一个变量时，这个变量会被加上存在于上下文中的标记。当变量离开上下文时，也会被加上离开上下文的标记。

给变量加标记的方式有很多种。比如，当变量进入上下文时，反转某一位；或者可以维护“在上下文中”和“不在上下文中”两个变量列表，可以把变量从一个列表转移到另一个列表。标记过程的实现并不重要，关键是策略。

垃圾回收程序运行的时候，会标记内存中存储的所有变量（记住，标记方法有很多种）。然后，它会将所有在上下文中的变量，以及被在上下文中的变量引用的变量的标记去掉。在此之后再被加上标记的变量就是待删除的了，原因是任何在上下文中的变量都访问不到它们了。随后垃圾回收程序做一次内存清理，销毁带标记的所有值并收回它们的内存。

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引用计数（reference counting）

另一种没那么常用的垃圾回收策略是引用计数（reference counting）。其思路是对每个值都记录它被引用的次数。声明变量并给它赋一个引用值时，这个值的引用数为 1。如果同一个值又被赋给另一个变量，那么引用数加 1。类似地，如果保存对该值引用的变量被其他值给覆盖了，那么引用数减 1。当一个值的引用数为 0 时，就说明没办法再访问到这个值了，因此可以安全地收回其内存了。垃圾回收程序下次运行的时候就会释放引用数为 0 的值的内存。

引用计数最早由 Netscape Navigator 3.0 采用，但很快就遇到了严重的问题：循环引用。所谓循环引用，就是对象 A 有一个指针指向对象 B，而对象 B 也引用了对象 A。比如：

function problem() {
 let objectA = new Object();
 let objectB = new Object();
 objectA.someOtherObject = objectB;
 objectB.anotherObject = objectA;
} 

在这个例子中，objectA 和 objectB 通过各自的属性相互引用，意味着它们的引用数都是 2。在标记清理策略下，这不是问题，因为在函数结束后，这两个对象都不在作用域中。而在引用计数策略下objectA 和 objectB 在函数结束后还会存在，因为它们的引用数永远不会变成 0。如果函数被多次调用，则会导致大量内存永远不会被释放。为此，Netscape 在 4.0 版放弃了引用计数，转而采用标记清理。事实上，引用计数策略的问题还不止于此。

性能

垃圾回收程序会周期性运行，如果内存中分配了很多变量，则可能造成性能损失，因此垃圾回收的时间调度很重要。尤其是在内存有限的移动设备上，垃圾回收有可能会明显拖慢渲染的速度和帧速率。开发者不知道什么时候运行时会收集垃圾，因此最好的办法是在写代码时就要做到：无论什么时候开始收集垃圾，都能让它尽快结束工作。

现代垃圾回收程序会基于对 JavaScript 运行时环境的探测来决定何时运行。探测机制因引擎而异，但基本上都是根据已分配对象的大小和数量来判断的。比如，根据 V8 团队 2016 年的一篇博文的说法：“在一次完整的垃圾回收之后，V8 的堆增长策略会根据活跃对象的数量外加一些余量来确定何时再次垃圾回收。”

由于调度垃圾回收程序方面的问题会导致性能下降，IE 曾饱受诟病。它的策略是根据分配数，比如分配了 256 个变量、4096 个对象/数组字面量和数组槽位（slot），或者 64KB 字符串。只要满足其中某个条件，垃圾回收程序就会运行。这样实现的问题在于，分配那么多变量的脚本，很可能在其整个生命周期内始终需要那么多变量，结果就会导致垃圾回收程序过于频繁地运行。由于对性能的严重影响，IE7最终更新了垃圾回收程序。

IE7 发布后，JavaScript 引擎的垃圾回收程序被调优为动态改变分配变量、字面量或数组槽位等会触发垃圾回收的阈值。IE7 的起始阈值都与 IE6 的相同。如果垃圾回收程序回收的内存不到已分配的 15%，这些变量、字面量或数组槽位的阈值就会翻倍。如果有一次回收的内存达到已分配的 85%，则阈值重置为默认值。这么一个简单的修改，极大地提升了重度依赖 JavaScript 的网页在浏览器中的性能。

caution

在某些浏览器中是有可能（但不推荐）主动触发垃圾回收的。在 IE 中，window. CollectGarbage()方法会立即触发垃圾回收。在 Opera 7 及更高版本中，调用 window.opera.collect()也会启动垃圾回收程序。

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为何要将不必要的对象设为null

内存管理

在使用垃圾回收的编程环境中，开发者通常无须关心内存管理。

不过，JavaScript 运行在一个内存管理与垃圾回收都很特殊的环境。分配给浏览器的内存通常比分配给桌面软件的要少很多，分配给移动浏览器的就更少了。这更多出于安全考虑而不是别的，就是为了避免运行大量JavaScript 的网页耗尽系统内存而导致操作系统崩溃。这个内存限制不仅影响变量分配，也影响调用栈以及能够同时在一个线程中执行的语句数量。

将内存占用量保持在一个较小的值可以让页面性能更好。优化内存占用的最佳手段就是保证在执行代码时只保存必要的数据。如果数据不再必要，那么把它设置为 null，从而释放其引用。这也可以叫作解除引用。这个建议最适合全局变量和全局对象的属性。局部变量在超出作用域后会被自动解除引用，如下面的例子所示：

function createPerson(name){
 let localPerson = new Object();
 localPerson.name = name;
 return localPerson;
}
let globalPerson = createPerson("Nicholas");
// 解除 globalPerson 对值的引用
globalPerson = null;

在上面的代码中，变量 globalPerson 保存着 createPerson()函数调用返回的值。在 createPerson()内部，localPerson 创建了一个对象并给它添加了一个 name 属性。然后，localPerson 作为函数值被返回，并被赋值给 globalPerson。localPerson 在 createPerson()执行完成超出上下文后会自动被解除引用，不需要显式处理。但 globalPerson 是一个全局变量，应该在不再需要时手动解除其引用，最后一行就是这么做的。

不过要注意，解除对一个值的引用并不会自动导致相关内存被回收。解除引用的关键在于确保相关的值已经不在上下文里了，因此它在下次垃圾回收时会被回收。

内存管理的措施

1. 通过 const 和 let 声明提升性能

ES6 增加这两个关键字不仅有助于改善代码风格，而且同样有助于改进垃圾回收的过程。因为 const let 都以块（而非函数）为作用域，所以相比于使用 var，使用这两个新关键字可能会更早地让垃圾回收程序介入，尽早回收应该回收的内存。在块作用域比函数作用域更早终止的情况下，这就有可能发生。

2. 隐藏类和删除操作

这里没看懂 所以不做笔记, 未来回头看

3. 防止内存泄漏

写得不好的 JavaScript 可能出现难以察觉且有害的内存泄漏问题。在内存有限的设备上，或者在函数会被调用很多次的情况下，内存泄漏可能是个大问题。JavaScript 中的内存泄漏大部分是由不合理的引用导致的。

1. 意外声明全局变量是最常见但也最容易修复的内存泄漏问题。

下面的代码没有使用任何关键字声明变量：

function setName() {
 name = 'Jake';
} 

2. 定时器也可能会悄悄地导致内存泄漏。下面的代码中，定时器的回调通过闭包引用了外部变量：

let name = 'Jake';
setInterval(() => {
  console.log(name);
}, 100); 

只要定时器一直运行，回调函数中引用的 name 就会一直占用内存。垃圾回收程序当然知道这一点，因而就不会清理外部变量。  
使用 JavaScript 闭包很容易在不知不觉间造成内存泄漏。请看下面的例子：

let outer = function() {
 let name = 'Jake';
 return function() {
 return name;
 };
}; 

调用 outer()会导致分配给 name 的内存被泄漏。以上代码执行后创建了一个内部闭包，只要返回的函数存在就不能清理 name，因为闭包一直在引用着它。假如 name 的内容很大（不止是一个小字符串），那可能就是个大问题了。

4. 静态分配与对象池

这里没看懂 所以不做笔记, 未来回头看

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关于第四章的小结

JavaScript 变量可以保存两种类型的值：原始值和引用值。原始值可能是以下 6 种原始数据类型之 一：Undefined、Null、Boolean、Number、String 和 Symbol。原始值和引用值有以下特点。

• 原始值大小固定，因此保存在栈内存上。
• 从一个变量到另一个变量复制原始值会创建该值的第二个副本。
• 引用值是对象，存储在堆内存上。
• 包含引用值的变量实际上只包含指向相应对象的一个指针，而不是对象本身。
• 从一个变量到另一个变量复制引用值只会复制指针，因此结果是两个变量都指向同一个对象。
• typeof 操作符可以确定值的原始类型，而 instanceof 操作符用于确保值的引用类型。

任何变量（不管包含的是原始值还是引用值）都存在于某个执行上下文中（也称为作用域）。这个上下文（作用域）决定了变量的生命周期，以及它们可以访问代码的哪些部分。执行上下文可以总结如下:

• 执行上下文分全局上下文、函数上下文和块级上下文。
• 代码执行流每进入一个新上下文，都会创建一个作用域链，用于搜索变量和函数。
• 函数或块的局部上下文不仅可以访问自己作用域内的变量，而且也可以访问任何包含上下文乃至全局上下文中的变量。
• 全局上下文只能访问全局上下文中的变量和函数，不能直接访问局部上下文中的任何数据。
• 变量的执行上下文用于确定什么时候释放内存。

JavaScript 是使用垃圾回收的编程语言，开发者不需要操心内存分配和回收。JavaScript 的垃圾回收程序可以总结如下。

• 离开作用域的值会被自动标记为可回收，然后在垃圾回收期间被删除。
• 主流的垃圾回收算法是标记清理，即先给当前不使用的值加上标记，再回来回收它们的内存。
• 引用计数是另一种垃圾回收策略，需要记录值被引用了多少次。JavaScript 引擎不再使用这种算法，但某些旧版本的 IE 仍然会受这种算法的影响，原因是 JavaScript 会访问非原生 JavaScript 对象（如 DOM 元素）。
• 引用计数在代码中存在循环引用时会出现问题。
• 解除变量的引用不仅可以消除循环引用，而且对垃圾回收也有帮助。为促进内存回收，全局对象、全局对象的属性和循环引用都应该在不需要时解除引用。