JavaScript 内存泄漏教程
JavaScript 内存泄漏教程
一、什么是内存泄漏？
程序的运行需要内存。只要程序提出要求，操作系统或者运行时（runtime）就必须供给内存。
对于持续运行的服务进程（daemon），必须及时释放不再用到的内存。否则，内存占用越来越高，轻则影响系统性能，重则导致进程崩溃。
不再用到的内存，没有及时释放，就叫做内存泄漏（memory leak）。
有些语言（比如 C 语言）必须手动释放内存，程序员负责内存管理。
char * buffer; buffer = (char*) malloc(42); // Do something with buffer free(buffer);
上面是 C 语言代码，malloc方法用来申请内存，使用完毕之后，必须自己用free方法释放内存。
这很麻烦，所以大多数语言提供自动内存管理，减轻程序员的负担，这被称为"垃圾回收机制"（garbage collector）。
二、垃圾回收机制
垃圾回收机制怎么知道，哪些内存不再需要呢？
最常使用的方法叫做"引用计数"（reference counting）：语言引擎有一张"引用表"，保存了内存里面所有的资源（通常是各种值）的引用次数。如果一个值的引用次数是0，就表示这个值不再用到了，因此可以将这块内存释放。
上图中，左下角的两个值，没有任何引用，所以可以释放。
如果一个值不再需要了，引用数却不为0，垃圾回收机制无法释放这块内存，从而导致内存泄漏。
const arr = [1, 2, 3, 4]; console.log('hello world');
上面代码中，数组[1, 2, 3, 4]是一个值，会占用内存。变量arr是仅有的对这个值的引用，因此引用次数为1。尽管后面的代码没有用到arr，它还是会持续占用内存。
如果增加一行代码，解除arr对[1, 2, 3, 4]引用，这块内存就可以被垃圾回收机制释放了。
let arr = [1, 2, 3, 4]; console.log('hello world'); arr = null;
上面代码中，arr重置为null，就解除了对[1, 2, 3, 4]的引用，引用次数变成了0，内存就可以释放出来了。
因此，并不是说有了垃圾回收机制，程序员就轻松了。你还是需要关注内存占用：那些很占空间的值，一旦不再用到，你必须检查是否还存在对它们的引用。如果是的话，就必须手动解除引用。
三、内存泄漏的识别方法
怎样可以观察到内存泄漏呢？
经验法则是，如果连续五次垃圾回收之后，内存占用一次比一次大，就有内存泄漏。这就要求实时查看内存占用。
3.1 浏览器
Chrome 浏览器查看内存占用，按照以下步骤操作。
- 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。
3.2 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。
四、WeakMap
前面说过，及时清除引用非常重要。但是，你不可能记得那么多，有时候一疏忽就忘了，所以才有那么多内存泄漏。
最好能有一种方法，在新建引用的时候就声明，哪些引用必须手动清除，哪些引用可以忽略不计，当其他引用消失以后，垃圾回收机制就可以释放内存。这样就能大大减轻程序员的负担，你只要清除主要引用就可以了。
ES6 考虑到了这一点，推出了两种新的数据结构：WeakSet 和 WeakMap。它们对于值的引用都是不计入垃圾回收机制的，所以名字里面才会有一个"Weak"，表示这是弱引用。
下面以 WeakMap 为例，看看它是怎么解决内存泄漏的。
const wm = new WeakMap(); const element = document.getElementById('example'); wm.set(element, 'some information'); wm.get(element) // "some information"
上面代码中，先新建一个 Weakmap 实例。然后，将一个 DOM 节点作为键名存入该实例，并将一些附加信息作为键值，一起存放在 WeakMap 里面。这时，WeakMap 里面对element的引用就是弱引用，不会被计入垃圾回收机制。
也就是说，DOM 节点对象的引用计数是1，而不是2。这时，一旦消除对该节点的引用，它占用的内存就会被垃圾回收机制释放。Weakmap 保存的这个键值对，也会自动消失。
基本上，如果你要往对象上添加数据，又不想干扰垃圾回收机制，就可以使用 WeakMap。
五、WeakMap 示例
WeakMap 的例子很难演示，因为无法观察它里面的引用会自动消失。此时，其他引用都解除了，已经没有引用指向 WeakMap 的键名了，导致无法证实那个键名是不是存在。
我一直想不出办法，直到有一天贺师俊老师提示，如果引用所指向的值占用特别多的内存，就可以通过process.memoryUsage方法看出来。
根据这个思路，网友 vtxf 补充了下面的例子。
首先，打开 Node 命令行。
$ node --expose-gc
上面代码中，--expose-gc参数表示允许手动执行垃圾回收机制。
然后，执行下面的代码。
// 手动执行一次垃圾回收，保证获取的内存使用状态准确 > global.gc(); undefined // 查看内存占用的初始状态，heapUsed 为 4M 左右 > process.memoryUsage(); { rss: 21106688, heapTotal: 7376896, heapUsed: 4153936, external: 9059 } > let wm = new WeakMap(); undefined > let b = new Object(); undefined > global.gc(); undefined // 此时，heapUsed 仍然为 4M 左右 > process.memoryUsage(); { rss: 20537344, heapTotal: 9474048, heapUsed: 3967272, external: 8993 } // 在 WeakMap 中添加一个键值对， // 键名为对象 b，键值为一个 5*1024*1024 的数组 > wm.set(b, new Array(5*1024*1024)); WeakMap {} // 手动执行一次垃圾回收 > global.gc(); undefined // 此时，heapUsed 为 45M 左右 > process.memoryUsage(); { rss: 62652416, heapTotal: 51437568, heapUsed: 45911664, external: 8951 } // 解除对象 b 的引用 > b = null; null // 再次执行垃圾回收 > global.gc(); undefined // 解除 b 的引用以后，heapUsed 变回 4M 左右 // 说明 WeakMap 中的那个长度为 5*1024*1024 的数组被销毁了 > process.memoryUsage(); { rss: 20639744, heapTotal: 8425472, heapUsed: 3979792, external: 8956 }
上面代码中，只要外部的引用消失，WeakMap 内部的引用，就会自动被垃圾回收清除。由此可见，有了它的帮助，解决内存泄漏就会简单很多。
六、参考链接
- Simple Guide to Finding a JavaScript Memory Leak in Node.js
- Understanding Garbage Collection and hunting Memory Leaks in Node.js
- Debugging Memory Leaks in Node.js Applications
- How JavaScript works: memory management
（完）