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:

  • 第一步:分配申请你需要的内存(申请);
  • 第二步:使用分配的内存(存放一些东西,比如对象等);
  • 第三步: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,它们有自动帮助我们管理内存;

对于开发者来说,JavaScript 的内存管理是自动的、无形的。

  • 我们创建的原始值、对象、函数……这一切都会占用内存;
  • 但是我们并不需要手动来对它们进行管理,JavaScript引擎会帮助我们处理好它;

JavaScript的内存管理

JavaScript会在定义数据时为我们分配内存。

但是内存分配方式是一样的吗?

  • 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;

JavaScript的垃圾回收

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

在手动管理内存的语言中,我们需要通过一些方式自己来释放不再需要的内存,比如free函数:

  • 但是这种管理的方式其实非常的低效,影响我们编写逻辑的代码的效率;
  • 并且这种方式对开发者的要求也很高,并且一不小心就会产生内存泄露;

所以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,我们都称之为是垃圾,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引擎都会内存 垃圾回收器;
  • 垃圾回收器我们也会简称为GC,所以在很多地方你看到GC其实指的是垃圾回收器;

但是这里又出现了另外一个很关键的问题:GC怎么知道哪些对象是不再使用的呢?

  • 这里就要用到GC的实现以及对应的算法;

常见的GC算法 – 引用计数(Reference counting)

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;

常见的GC算法 – 标记清除(mark-Sweep)

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),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,对于哪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;

常见的GC算法 – 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。

V8引擎详细的内存图

事实上,V8引擎为了提供内存的管理效率,对内存进行非常详细的划分:

又爱又恨的闭包

闭包是JavaScript中一个非常容易让人迷惑的知识点:

  • 在《你不知道的JavaScript》中作者有这么一段话;
  • 并且闭包也是各大社区里面大家讨论最多的一个话题;

闭包确实是JavaScript中一个很难理解的知识点,接下来我们就对其一步步来进行剖析,看看它到底有什么神奇之处

JavaScript的函数式编程

我们都了解,JavaScript是支持函数式编程的
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;

所以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

目前在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

闭包的定义

这里先来看一下闭包的定义,分成两个:在计算机科学中和在JavaScript中。

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;

我们再来看一下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;

那么我的理解和总结:

  • 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;

闭包的访问过程

如果我们编写了如下的代码,它一定是形成了闭包的:

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

      var adder5 = createAdder(5); // 每次都会创建新的AO
      adder5(100);
      adder5(12);
      adder5(43);

      var adder8 = createAdder(8); // 每次都会创建新的AO
      adder8(100);
      adder8(12);
      adder8(43);

      console.log(adder5(25));
      console.log(adder8(25));

      // 如果后续永远不会再使用adder8
      // 内存泄漏: 对于哪些我们永远不会在使用的对象,但是对于GC来说,它不知道要释放的adder8依旧有着可达性内存会一直保留
      adder8 = null;

闭包的执行过程

那么函数继续执行呢?

  • 这个时候makeAdder函数执行完毕,正常情况下我们的AO对象会被释放;
  • 但是因为在0xb00的函数中有作用域引用指向了这个AO对象,所以它不会被释放掉;

闭包的内存泄漏

那么我们为什么经常会说闭包是有内存泄露的呢?

  • 在上面的案例中,如果后续我们不再使用add10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add10变量对0xb00的函数对象有引用,而0xb00的作用域中AO(0x200)有引用,所以最终会造成这些内存都是无法被释放的;
  • 所以我们经常说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;

那么,怎么解决这个问题呢?

  • 因为当将add10设置为null时,就不再对函数对象0xb00有引用,那么对应的AO对象0x200也就不可达了;
  • 在GC的下一次检测中,它们就会被销毁掉;

闭包的内存泄漏测试

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>
  <body>
    <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: 1014 -> 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 () {
        totalArr = [];
      };

    </script>
  </body>
</html>

AO不使用的属性优化

我们来研究一个问题:AO对象不会被销毁时,是否里面的所有属性都不会被释放?

  • 下面这段代码中name属于闭包的父作用域里面的变量;
  • 我们知道形成闭包之后count一定不会被销毁掉,那么name是否会被销毁掉呢?
  • 这里我打上了断点,我们可以在浏览器上看看结果;

Q.E.D.