【進階1-4期】JavaScript深入之帶你走進記憶體機制

本期的主題是呼叫堆疊，本計劃一共28期，每期重點攻克一個面試重難點，如果你還不瞭解本進階計劃，文末點選檢視全部文章。

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JS記憶體空間分為棧(stack)、堆(heap)、池(一般也會歸類為棧中)。 其中棧存放變數，堆存放複雜物件，池存放常量，所以也叫常量池。

昨天文章介紹了堆和棧，小結一下：

• 基本型別：--> 棧記憶體（不包含閉包中的變數）
• 引用型別：--> 堆記憶體

今日補充一個知識點，就是閉包中的變數並不儲存中棧記憶體中，而是儲存在堆記憶體中，這也就解釋了函式之後之後為什麼閉包還能引用到函式內的變數。

function A() {
  let a = 1
  function B() {
      console.log(a)
  }
  return B
}
複製程式碼

閉包的簡單定義是：函式 A 返回了一個函式 B，並且函式 B 中使用了函式 A 的變數，函式 B 就被稱為閉包。

函式 A 彈出呼叫棧後，函式 A 中的變數這時候是儲存在堆上的，所以函式B依舊能引用到函式A中的變數。現在的 JS 引擎可以通過逃逸分析辨別出哪些變數需要儲存在堆上，哪些需要儲存在棧上。

閉包的介紹點到為止，【進階2期】 作用域閉包會詳細介紹，敬請期待。

今天文章的重點是記憶體回收和記憶體洩漏。

記憶體回收

JavaScript有自動垃圾收集機制，垃圾收集器會每隔一段時間就執行一次釋放操作，找出那些不再繼續使用的值，然後釋放其佔用的記憶體。

• 區域性變數和全域性變數的銷燬
  • 區域性變數：區域性作用域中，當函式執行完畢，區域性變數也就沒有存在的必要了，因此垃圾收集器很容易做出判斷並回收。
  • 全域性變數：全域性變數什麼時候需要自動釋放記憶體空間則很難判斷，所以在開發中儘量避免使用全域性變數。
• 以Google的V8引擎為例，V8引擎中所有的JS物件都是通過堆來進行記憶體分配的
  • 初始分配：當宣告變數並賦值時，V8引擎就會在堆記憶體中分配給這個變數。
  • 繼續申請：當已申請的記憶體不足以儲存這個變數時，V8引擎就會繼續申請記憶體，直到堆的大小達到了V8引擎的記憶體上限為止。
• V8引擎對堆記憶體中的JS物件進行分代管理
  • 新生代：存活週期較短的JS物件，如臨時變數、字串等。
  • 老生代：經過多次垃圾回收仍然存活，存活週期較長的物件，如主控制器、伺服器物件等。

垃圾回收演算法

對垃圾回收演算法來說，核心思想就是如何判斷記憶體已經不再使用，常用垃圾回收演算法有下面兩種。

• 引用計數（現代瀏覽器不再使用）
• 標記清除（常用）

引用計數

引用計數演算法定義“記憶體不再使用”的標準很簡單，就是看一個物件是否有指向它的引用。如果沒有其他物件指向它了，說明該物件已經不再需要了。

// 建立一個物件person，他有兩個指向屬性age和name的引用
var person = {
    age: 12,
    name: 'aaaa'
};

person.name = null; // 雖然name設定為null，但因為person物件還有指向name的引用，因此name不會回收

var p = person; 
person = 1;         //原來的person物件被賦值為1，但因為有新引用p指向原person物件，因此它不會被回收

p = null;           //原person物件已經沒有引用，很快會被回收
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引用計數有一個致命的問題，那就是迴圈引用

如果兩個物件相互引用，儘管他們已不再使用，但是垃圾回收器不會進行回收，最終可能會導致記憶體洩露。

function cycle() {
    var o1 = {};
    var o2 = {};
    o1.a = o2;
    o2.a = o1; 

    return "cycle reference!"
}

cycle();
複製程式碼

cycle函式執行完成之後，物件o1和o2實際上已經不再需要了，但根據引用計數的原則，他們之間的相互引用依然存在，因此這部分記憶體不會被回收。所以現代瀏覽器不再使用這個演算法。

但是IE依舊使用。

var div = document.createElement("div");
div.onclick = function() {
    console.log("click");
};
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上面的寫法很常見，但是上面的例子就是一個迴圈引用。

變數div有事件處理函式的引用，同時事件處理函式也有div的引用，因為div變數可在函式內被訪問，所以迴圈引用就出現了。

標記清除（常用）

標記清除演算法將“不再使用的物件”定義為“無法到達的物件”。即從根部（在JS中就是全域性物件）出發定時掃描記憶體中的物件，凡是能從根部到達的物件，保留。那些從根部出發無法觸及到的物件被標記為不再使用，稍後進行回收。

無法觸及的物件包含了沒有引用的物件這個概念，但反之未必成立。

所以上面的例子就可以正確被垃圾回收處理了。

所以現在對於主流瀏覽器來說，只需要切斷需要回收的物件與根部的聯絡。最常見的記憶體洩露一般都與DOM元素繫結有關：

email.message = document.createElement(“div”);
displayList.appendChild(email.message);

// 稍後從displayList中清除DOM元素
displayList.removeAllChildren();
複製程式碼

上面程式碼中，div元素已經從DOM樹中清除，但是該div元素還繫結在email物件中，所以如果email物件存在，那麼該div元素就會一直儲存在記憶體中。

記憶體洩漏

對於持續執行的服務程式（daemon），必須及時釋放不再用到的記憶體。否則，記憶體佔用越來越高，輕則影響系統效能，重則導致程式崩潰。 對於不再用到的記憶體，沒有及時釋放，就叫做記憶體洩漏（memory leak）

記憶體洩漏識別方法

1、瀏覽器方法

1. 開啟開發者工具，選擇 Memory
2. 在右側的Select profiling type欄位裡面勾選 timeline
3. 點選左上角的錄製按鈕。
4. 在頁面上進行各種操作，模擬使用者的使用情況。
5. 一段時間後，點選左上角的 stop 按鈕，皮膚上就會顯示這段時間的記憶體佔用情況。

2、命令列方法

使用 Node 提供的 process.memoryUsage 方法。

console.log(process.memoryUsage());

// 輸出
{ 
  rss: 27709440,		// resident set size，所有記憶體佔用，包括指令區和堆疊
  heapTotal: 5685248,   // "堆"佔用的記憶體，包括用到的和沒用到的
  heapUsed: 3449392,	// 用到的堆的部分
  external: 8772 		// V8 引擎內部的 C++ 物件佔用的記憶體
}
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判斷記憶體洩漏，以heapUsed欄位為準。

詳細的JS記憶體分析將在【進階20期】效能優化詳細介紹，敬請期待。

WeakMap

ES6 新出的兩種資料結構：WeakSet 和 WeakMap，表示這是弱引用，它們對於值的引用都是不計入垃圾回收機制的。

const wm = new WeakMap();
const element = document.getElementById('example');

wm.set(element, 'some information');
wm.get(element) // "some information"
複製程式碼

先新建一個 Weakmap 例項，然後將一個 DOM 節點作為鍵名存入該例項，並將一些附加資訊作為鍵值，一起存放在 WeakMap 裡面。這時，WeakMap 裡面對element的引用就是弱引用，不會被計入垃圾回收機制。

昨日思考題解答

昨天文章留了一道思考題，群裡討論很熱烈，大家應該都知道原理了，現在來簡單解答下。

var a = {n: 1};
var b = a;
a.x = a = {n: 2};

a.x 	// --> undefined
b.x 	// --> {n: 2}
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答案已經寫上面了，這道題的關鍵在於

• 1、優先順序。.的優先順序高於=，所以先執行a.x，堆記憶體中的{n: 1}就會變成{n: 1, x: undefined}，改變之後相應的b.x也變化了，因為指向的是同一個物件。
• 2、賦值操作是從右到左，所以先執行a = {n: 2}，a的引用就被改變了，然後這個返回值又賦值給了a.x，需要注意的是這時候a.x是第一步中的{n: 1, x: undefined}那個物件，其實就是b.x，相當於b.x = {n: 2}

今日份思考題

問題一：

從記憶體來看 null 和 undefined 本質的區別是什麼？

問題二：

ES6語法中的 const 宣告一個只讀的常量，那為什麼下面可以修改const的值？

const foo = {}; 
foo = {}; // TypeError: "foo" is read-only
foo.prop = 123;
foo.prop // 123
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問題三：

哪些情況下容易產生記憶體洩漏？

參考

JavaScript 記憶體機制

MDN之運算子優先順序

由ES規範學JavaScript(二)：深入理解“連等賦值”問題

InterviewMap

進階系列目錄

• 【進階1期】 呼叫堆疊
• 【進階2期】 作用域閉包
• 【進階3期】 this全面解析
• 【進階4期】 深淺拷貝原理
• 【進階5期】 原型Prototype
• 【進階6期】 高階函式
• 【進階7期】 事件機制
• 【進階8期】 Event Loop原理
• 【進階9期】 Promise原理
• 【進階10期】Async/Await原理
• 【進階11期】防抖/節流原理
• 【進階12期】模組化詳解
• 【進階13期】ES6重難點
• 【進階14期】計算機網路概述
• 【進階15期】瀏覽器渲染原理
• 【進階16期】webpack配置
• 【進階17期】webpack原理
• 【進階18期】前端監控
• 【進階19期】跨域和安全
• 【進階20期】效能優化
• 【進階21期】VirtualDom原理
• 【進階22期】Diff演算法
• 【進階23期】MVVM雙向繫結
• 【進階24期】Vuex原理
• 【進階25期】Redux原理
• 【進階26期】路由原理
• 【進階27期】VueRouter原始碼解析
• 【進階28期】ReactRouter原始碼解析

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