js 呼叫棧機制與ES6尾呼叫優化介紹

OBKoro1發表於2019-05-21

呼叫棧的英文名叫做Call Stack,大家或多或少是有聽過的,但是對於js呼叫棧的工作方式以及如何在工作中利用這一特性,大部分人可能沒有進行過更深入的研究,這塊內容可以說對我們前端來說就是所謂的基礎知識,咋一看好像用處並沒有很大,但掌握好這個知識點,就可以讓我們在以後可以走的更遠,走的更快!

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目錄

  1. 資料結構:棧
  2. 呼叫棧是什麼?用來做什麼?
  3. 呼叫棧的執行機制
  4. 呼叫棧優化記憶體
  5. 呼叫棧debug大法

資料結構:棧

棧是一種遵從後進先出(LIFO)原則的有序集合,新元素都靠近棧頂,舊元素都接近棧底。

生活中的栗子,幫助一下理解:

餐廳裡面堆放的盤子(棧),一開始放的都在下面(先進),後面放的都在上面(後進),洗盤子的時候先從上面開始洗(先出)。

呼叫棧是什麼?用來做什麼?

  1. 呼叫棧是一種棧結構的資料,它是由呼叫偵組成的
  2. 呼叫棧記錄了函式的執行順序和函式內部變數等資訊

呼叫棧的執行機制

機制

程式執行到一個函式,它就會將其新增到呼叫棧中,當從這個函式返回的時候,就會將這個函式從呼叫棧中刪掉。

看一下例子幫助理解:

// 呼叫棧中的執行步驟用數字表示
printSquare(5); // 1 新增
function printSquare(x) {
    var s = multiply(x, x); // 2 新增 => 3 執行完成,內部沒有再呼叫其他函式,刪掉
    console.log(s); // 4 新增 => 5 刪掉
    // 執行完成 刪掉printSquare
}
function multiply(x, y) {
    return x * y;
}

呼叫棧中的執行步驟如下(刪除multiply的步驟被省略了):

js 呼叫棧機制與ES6尾呼叫優化介紹

呼叫偵

每個進入到呼叫棧中的函式,都會分配到一個單獨的棧空間,稱為“呼叫偵”。

在呼叫棧中每個“呼叫偵”都對應一個函式,最上方的呼叫幀稱為“當前幀”,呼叫棧是由所有的呼叫偵形成的。

找到一張圖片,呼叫偵:

js 呼叫棧機制與ES6尾呼叫優化介紹

呼叫棧優化記憶體

呼叫棧的記憶體消耗

如上圖,函式的變數等資訊會被呼叫偵儲存起來,所以呼叫偵中的變數不會被垃圾收集器回收

當函式巢狀的層級比較深了,呼叫棧中的呼叫偵比較多的時候,這些資訊對記憶體消耗是非常大的。

針對這種情況除了我們要儘量避免函式層級巢狀的比較深之外,ES6提供了“尾呼叫優化”來解決呼叫偵過多,引起的記憶體消耗過大的問題。

何謂尾呼叫

尾呼叫指的是:函式的最後一步是呼叫另一個函式

function f(x){
  return g(x); // 最後一步呼叫另一個函式並且使用return
}
function f(x){
  g(x); // 沒有return 不算尾呼叫 因為不知道後面還有沒有操作
  // return undefined; // 隱式的return
}

尾呼叫優化優化了什麼?

尾呼叫用來刪除外層無用的呼叫偵,只保留內層函式的呼叫偵,來節省瀏覽器的記憶體。

下面這個例子呼叫棧中的呼叫偵一直只有一項,如果不使用尾呼叫的話會出現三個呼叫偵:

a() // 1 新增a到呼叫棧
function a(){
    return b(); // 在呼叫棧中刪除a 新增b
}
function b(){
    return c() // 刪除b 新增c
}

防止爆棧

瀏覽器對呼叫棧都有大小限制,在ES6之前遞迴比較深的話,很容易出現“爆棧”問題(stack overflow)。

現在可以使用“尾呼叫優化”來寫一個“尾遞迴”,只儲存一個呼叫偵,來防止爆棧問題。

注意

  1. 只有不再用到外層函式的內部變數,內層函式的呼叫幀才會取代外層函式的呼叫幀。

如果要使用外層函式的變數,可以通過引數的形式傳到內層函式中

function a(){
    var aa = 1;
    let b = val => aa + val // 使用了外層函式的引數aa
    return b(2) // 無法進行尾呼叫優化
}
  1. 尾呼叫優化只在嚴格模式下開啟,非嚴格模式是無效的。
  2. 如果環境不支援“尾呼叫優化”,程式碼還可以正常執行,是無害的!

更多

關於尾遞迴以及更多尾呼叫優化的內容,推薦查閱ES6入門-阮一峰

呼叫棧debug大法

檢視呼叫棧有什麼用

  1. 檢視函式的呼叫順序是否跟預期一致,比如不同判斷呼叫不同函式。
  2. 快速定位問題/修改三方庫的程式碼。

    當接手一個歷史專案,或者引用第三方庫出現問題的時候,可以先檢視對應API的呼叫棧,找到其中涉及的關鍵函式,針對性的修復它。

    通過檢視呼叫棧的形式,幫助我快速定位問題,修改三方庫的原始碼。

如何檢視呼叫棧

  1. 只檢視呼叫棧:console.trace
a()
function a() {
    b();
}
function b() {
    c()
}
function c() {
    let aa = 1;
    console.trace()
}

如圖所示,點選右側還能檢視程式碼位置:

js 呼叫棧機制與ES6尾呼叫優化介紹

  1. bugger打斷點形式,這也是我最喜歡的除錯方式:

js 呼叫棧機制與ES6尾呼叫優化介紹

積跬步以至千里

平時需要有意識的去做這種小的優化(我現在就是),儘量寫最佳實踐的程式碼。

專案小的時候可能沒什麼影響,當一個專案體量大的時候,尤其是一些小方法拼接巢狀成一個大的API輸出時,這時呼叫棧中對記憶體的消耗將是巨大的!這種優化也是不可小覷的,積跬步以至千里,諸君共勉!

結語

本文主要講了這幾個方面的內容:

  1. 理解呼叫棧的執行機制,對程式碼背後的一些執行機制也可以更加了解,幫助我們在百尺竿頭更進一步。
  2. 我們應該在日常的code中,有意識的使用ES6的“尾呼叫優化”,來減少呼叫棧的長度,節省客戶端記憶體。
  3. 利用呼叫棧,對第三方庫或者不熟悉的專案,可以更快速的定位問題,提高我們debug速度。

最後:之前寫過一篇關於垃圾回收機制與記憶體洩露的文章,感興趣的同學可以擴充套件一下。

如果這篇文章幫助到了你,歡迎點贊和關注,你的支援是對我最大的鼓勵!

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以上2019/5/19

參考資料:

JS垃圾回收機制與常見記憶體洩露的解決方法

ES6入門-阮一峰

JavaScript 如何工作:對引擎、執行時、呼叫堆疊的概述

淺析javascript呼叫棧

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