JS中的垃圾回收与内存泄漏

JS中的垃圾回收与内存泄漏

1. 介绍

Javascript具有自动垃圾回收机制(GC:Garbage Collecation),也就是说,执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。其原理是:垃圾收集器会定期(周期性)找出那些不在继续使用的变量,然后释放其内存。但是这个过程不是实时的,因为其开销比较大并且GC时停止响应其他操作,所以垃圾回收器会按照固定的时间间隔周期性的执行。

不再使用的变量也就是生命周期结束的变量,当然只可能是局部变量,全局变量的生命周期直至浏览器卸载页面才会结束。局部变量只在函数的执行过程中存在,而在这个过程中会为局部变量在栈或堆上分配相应的空间,以存储它们的值,然后在函数中使用这些变量,直至函数结束,而闭包中由于内部函数的原因,外部函数并不能算是结束。

还是上代码说明吧:

function fn1() {
    var obj = {name: 'hanzichi', age: 10};
}
function fn2() {
    var obj = {name:'hanzichi', age: 10};
    return obj;
}

var a = fn1();
var b = fn2();

我们来看代码是如何执行的。首先定义了两个function,分别叫做fn1和fn2,当fn1被调用时,进入fn1的环境,会开辟一块内存存放对象{name: 'hanzichi', age: 10},而当调用结束后,出了fn1的环境,那么该块内存会被js引擎中的垃圾回收器自动释放;在fn2被调用的过程中,返回的对象被全局变量b所指向,所以该块内存并不会被释放。

这里问题就出现了:到底哪个变量是没有用的?所以垃圾收集器必须跟踪到底哪个变量没用,对于不再有用的变量打上标记,以备将来收回其内存。用于标记的无用变量的策略可能因实现而有所区别,通常情况下有两种实现方式:标记清除引用计数。引用计数不太常用,标记清除较为常用。

2. 标记清除

js中最常用的垃圾回收方式就是标记清除。当变量进入环境时,例如,在函数中声明一个变量,就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲,永远不能释放进入环境的变量所占用的内存,因为只要执行流进入相应的环境,就可能会用到它们。而当变量离开环境时,则将其标记为“离开环境”。

function test(){
    var a = 10 ;             //被标记 ,进入环境 
    var b = 20 ;             //被标记 ,进入环境
}
test();                     //执行完毕 之后 a、b又被标离开环境,被回收。

垃圾回收器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记(当然,可以使用任何标记方式)。然后,它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记(闭包)。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量,原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后,垃圾回收器完成内存清除工作,销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。 到目前为止,IE9+、Firefox、Opera、Chrome、Safari的js实现使用的都是标记清除的垃圾回收策略或类似的策略,只不过垃圾收集的时间间隔互不相同。

3. 引用计数

引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时,则这个值的引用次数就是1。如果同一个值又被赋给另一个变量,则该值的引用次数加1。相反,如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值,则这个值的引用次数减1。当这个值的引用次数变成0时,则说明没有办法再访问这个值了,因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样,当垃圾回收器下次再运行时,它就会释放那些引用次数为0的值所占用的内存。

function test(){
    var a = {} ;         //a的引用次数为0 
    var b = a ;         //a的引用次数加1,为1 
    var c =a;           //a的引用次数再加1,为2
    var b ={};          //a的引用次数减1,为1
}

Netscape Navigator3是最早使用引用计数策略的浏览器,但很快它就遇到一个严重的问题:循环引用。循环引用指的是对象A中包含一个指向对象B的指针,而对象B中也包含一个指向对象A的引用。

function fn() {
    var a = {};
    var b = {};
    a.pro = b;
    b.pro = a;
}
fn();

  以上代码a和b的引用次数都是2,fn()执行完毕后,两个对象都已经离开环境,在标记清除方式下是没有问题的,但是在引用计数策略下,因为a和b的引用次数不为0,所以不会被垃圾回收器回收内存,如果fn函数被大量调用,就会造成内存泄露。在IE7与IE8上,内存直线上升。

我们知道,IE中有一部分对象并不是原生js对象。例如,其内存泄露DOM和BOM中的对象就是使用C++以COM对象的形式实现的,而COM对象的垃圾回收机制采用的就是引用计数策略。因此,即使IE的js引擎采用标记清除策略来实现,但js访问的COM对象依然是基于引用计数策略的。换句话说,只要在IE中涉及COM对象,就会存在循环引用的问题。

var element = document.getElementById("some_element");
var myObject = new Object();
myObject.e = element;
element.o = myObject;

  这个例子在一个DOM元素(element)与一个原生js对象(myObject)之间创建了循环引用。其中,变量myObject有一个属性e指向element对象;而变量element也有一个属性o回指myObject。由于存在这个循环引用,即使例子中的DOM从页面中移除,它也永远不会被回收。

举个栗子:

  • 黄色是指直接被 js变量所引用,在内存里
  • 红色是指间接被 js变量所引用,如上图,refB 被 refA 间接引用,导致即使 refB 变量被清空,也是不会被回收的
  • 子元素 refB 由于 parentNode 的间接引用,只要它不被删除,它所有的父元素(图中红色部分)都不会被删除

另一个例子:

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
};

这段代码看起来没什么问题,但是obj引用了document.getElementById('element'),而document.getElementById('element')的onclick方法会引用外部环境中的变量,自然也包括obj,是不是很隐蔽啊。(在比较新的浏览器中在移除Node的时候已经会移除其上的event了,但是在老的浏览器,特别是ie上会有这个bug)

解决办法:

最简单的方式就是自己手工解除循环引用,比如刚才的函数可以这样

myObject.element = null;
element.o = null;

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
    obj=null;
};

将变量设置为null意味着切断变量与它此前引用的值之间的连接。当垃圾回收器下次运行时,就会删除这些值并回收它们占用的内存。

要注意的是,IE9+并不存在循环引用导致Dom内存泄露问题,可能是微软做了优化,或者Dom的回收方式已经改变

4. 内存管理

4.1 什么时候触发垃圾回收?

垃圾回收器周期性运行,如果分配的内存非常多,那么回收工作也会很艰巨,确定垃圾回收时间间隔就变成了一个值得思考的问题。IE6的垃圾回收是根据内存分配量运行的,当环境中存在256个变量、4096个对象、64k的字符串任意一种情况的时候就会触发垃圾回收器工作,看起来很科学,不用按一段时间就调用一次,有时候会没必要,这样按需调用不是很好吗?但是如果环境中就是有这么多变量等一直存在,现在脚本如此复杂,很正常,那么结果就是垃圾回收器一直在工作,这样浏览器就没法儿玩儿了。

微软在IE7中做了调整,触发条件不再是固定的,而是动态修改的,初始值和IE6相同,如果垃圾回收器回收的内存分配量低于程序占用内存的15%,说明大部分内存不可被回收,设的垃圾回收触发条件过于敏感,这时候把临街条件翻倍,如果回收的内存高于85%,说明大部分内存早就该清理了,这时候把触发条件置回。这样就使垃圾回收工作职能了很多

4.2 合理的GC方案

1. 基础方案

Javascript引擎基础GC方案是(simple GC):mark and sweep(标记清除),即:

  1. 遍历所有可访问的对象。
  2. 回收已不可访问的对象。

2. GC的缺陷

和其他语言一样,javascript的GC策略也无法避免一个问题:GC时,停止响应其他操作,这是为了安全考虑。而Javascript的GC在100ms甚至以上,对一般的应用还好,但对于JS游戏,动画对连贯性要求比较高的应用,就麻烦了。这就是新引擎需要优化的点:避免GC造成的长时间停止响应。

3. GC优化策略

David大叔主要介绍了2个优化方案,而这也是最主要的2个优化方案了:

  1. 分代回收(Generation GC) 这个和Java回收策略思想是一致的,也是V8所主要采用的。目的是通过区分“临时”与“持久”对象;多回收“临时对象”区(young generation),少回收“持久对象”区(tenured generation),减少每次需遍历的对象,从而减少每次GC的耗时。如图:这里需要补充的是:对于tenured generation对象,有额外的开销:把它从young generation迁移到tenured generation,另外,如果被引用了,那引用的指向也需要修改。 这里主要内容可以参考深入浅出Node中关于内存的介绍,很详细~
  2. 增量GC 这个方案的思想很简单,就是“每次处理一点,下次再处理一点,如此类推”。如图:这种方案,虽然耗时短,但中断较多,带来了上下文切换频繁的问题。 因为每种方案都其适用场景和缺点,因此在实际应用中,会根据实际情况选择方案。 比如:低 (对象/s) 比率时,中断执行GC的频率,simple GC更低些;如果大量对象都是长期“存活”,则分代处理优势也不大。

5. vue中的内存泄漏问题

5.1 泄漏点

  1. DOM/BOM 对象泄漏
  2. script 中存在对DOM/BOM 对象的引用导致
  3. js 对象泄漏
  4. 通常由闭包导致,比如事件处理回调,导致DOM对象和脚本中对象双向引用,这个时常见的泄漏原因

5.2 代码关注点

  1. DOM中的 addEventLisner 函数及派生的事件监听, 比如 Jquery 中的 on 函数, vue 组件实例的 $on 函数,第三方库中的初始化函数
  2. 其它BOM对象的事件监听, 比如websocket 实例的on 函数
  3. 避免不必要的函数引用
  4. 如果使用 render 函数,避免在html标签中绑定DOM/BOM 事件

5.3 如何处理

  1. 如果在mounted/created 钩子中绑定了 DOM/BOM 对象中的事件,需要在 beforeDestroy 中做对应解绑处理
  2. 如果在mounted/created 钩子中使用了第三方库初始化,需要在beforeDestroy 中做对应销毁处理
  3. 如果组件中使用了定时器,需要在beforeDestroy中做对应销毁处理
  4. 模板中不要使用表达式来绑定到特定的处理函数,这个逻辑应该放在处理函数中?
  5. 如果在mounted/created 钩子中使用了$on,需要在beforeDestroy 中做对应解绑$off处理
  6. 某些组件在模板中使用事件绑定可能会出现泄漏,使用$on 替换模板中的绑定

5.4 在vue组件中处理addEventListener

created/mounted 生命期钩子函数中定义事件响应函数为对象实例的方法,使用 => 函数来绑定作用域 调用 addEventListener 添加事件监听后在 beforeDestroy 中调用 removeEventListener 移除对应的事件监听,注意前面定义的响应函数方法需要作为第二个参数传入 然后用 delete 从对象实例移除定义的响应方法,或者将属性设置为 null/undefined 为了准确移除监听,不要使用匿名函数或者已有的函数的绑定来直接作为事件监听函数 具体例子请参考如下代码

mounted() {
    const box = document.getElementById('time-line')
    this.width = box.offsetWidth
    this.resizefun = () => {
      this.width = box.offsetWidth
    }
    window.addEventListener('resize', this.resizefun)
  },
  beforeDestroy() {
    window.removeEventListener('resize', this.resizefun)
    this.resizefun = null
  }

5.5 观察者模式引起的内存泄漏

在spa应用中使用观察者模式的时候如果给观察者注册了被观察的方法,而没有在离开组件的时候及时移除,可能造成重复注册而内存泄漏;

举个栗子: 进入组件的时候ob.addListener("enter", _func),如果离开组件beforeDestroy的时候没有ob.removeListener("enter", _func),就会导致内存泄漏

更详细的栗子参考:德州扑克栗子

5.6 上下文绑定引起的内存泄漏

有时候使用 bind/apply/call 上下文绑定方法的时候,会有内存泄漏的隐患。

var ClassA = function(name) {
  this.name = name
  this.func = null
}

var a = new ClassA("a")
var b = new ClassA("b")

b.func = bind(function() {
  console.log("I am " + this.name)
}, a)

b.func()    // 输出: I am a

a = null        // 释放a
//b = null;        // 释放b
//b.func = null;        // 释放b.func

function bind(func, self) {        //模拟上下文绑定
  return function() {
    return func.apply(self)
  }
}

使用chrome dev tool > memory > profiles 查看内存中ClassA的实例数,发现有两个实例,a和b。虽然a设置成null了,但是b的方法中bind的闭包上下文self绑定了a,因此虽然a释放,但是b/b.func没有释放,闭包的self一直存在并保持对a的引用。


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参考: 跟我学习javascript的垃圾回收机制与内存管理 App之性能优化 Vue Web App 内存泄漏-调试和分析 搞定JavaScript内存泄漏 推介阅读: 雅虎网站页面性能优化的34条黄金守则 用 Chrome 开发者工具分析 javascript 的内存回收(GC) JS内存泄漏排查方法——Chrome Profiles

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