JS 从内存空间谈到垃圾回收机制

 壹 ❀ 引

从事计算机相关技术工作的同学，对于内存空间相关概念多少有所耳闻，毕竟像我这种非计算机科班出身的人，对于栈堆，垃圾回收都能简单说道几句；当我明白JS 基本类型与引用类型数据存储方式不同，才对于为何要使用深拷贝恍然大悟。只是知道和深入了解是两码事，那么这篇文章从内存空间说起。

 贰 ❀ 栈、堆与队列

与c语言这种底层语言不同，JavaScript并没有提供内存管理的接口，而是在创建变量时自动分配内存，当变量不再需要使用时自动释放，也就是我们所常说的垃圾回收机制。

但不管是什么程序语言，内存的声明周期都满足以下三个阶段：

a.分配你需要的内存空间

b.使用分配到的内存（读、写）

c.不需要时将其释放或归还

大部分语言对于第二步是明确的，但对于JavaScript而言三步都是隐含的，也正是因如此才让JavaScript开发者产生了不用关心内存管理的错觉。

JavaScript内存空间分为栈，堆，池，队列。其中栈存放变量，基本类型数据与指向复杂类型数据的引用指针；堆存放复杂类型数据；池又称为常量池，用于存放常量；而队列在任务队列也会使用。我们一一细说。

1.栈数据结构

栈数据结构具备FILO（first in last out）先进后出的特性，较为经典的就是乒乓球盒结构，先放进去的乒乓球只能最后取出来。我在 一篇文章看懂JS执行上下文 这篇文章中有提到执行上下文栈，它用于存放js代码在执行过程中创建的所有上下文，同样也具备FILO的特性。

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在js中数据类型一般分类基本数据类型（Number Boolean Null Undefined String Symbol）与引用数据类型（Object Array Function ...），其中栈一般用于存放基本类型数据，例如以下代码在栈内存中分布：

var a = 1;
var b = a;
a = 2;

可以看到基本类型数据的变量名与值都存放在栈内存中，当我们将变量a复制给b时，栈会新开内存用于存放变量b，且当我们修改变量a时对变量b不会造成任何影响，因为a与b是互不相关的两份数据。

2.堆数据结构

堆数据结构是一种无序的树状结构，同时它还满足key-value键值对的存储方式；我们只用知道key名，就能通过key查找到对应的value。比较经典的就是书架存书的例子，我们知道书名，就可以找到对应的书籍。

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在js中堆内存一般用于存储引用类型的数据，需要注意的是由于引用类型的数据一般可以拓展，数据大小可变，所以存放在堆内存中；但对引用类型数据的引用地址是固定的，所以地址指向还是会存放在栈内存中。

我们通过内存图来模拟以下代码：

var a = [1,2,3];
var b = a;
a.push(4);

当我们创建数组a时，栈内存中只保存了变量a与指向堆内存中数组的地址指针，而当我们将a复制给变量b时，其实只是复制了一份地址指针，两者还是指向同一数组，无论谁修改，都会影响彼此。

这便是我们熟知的浅拷贝，若想对浅拷贝与深拷贝有更深了解，欢迎阅读博主 深拷贝与浅拷贝的区别，实现深拷贝的几种方法这篇文章。

3.队列

队列具有FIFO（First In First Out）先进先出的特性，与栈内存不同的是，栈内存只存在一个出口用于数据进栈出栈；而队列有一个入口与一个出口，理解队列一个较为实际的例子就像我们排队取餐，先排队的永远能先取到餐。

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在js中使用队列较为突出的就是js执行机制中的event loop事件循环，如果大家对于js事件执行机制有兴趣，可以阅读博主 JS执行机制详解，定时器时间间隔的真正含义 这篇文章，一定会让你有所收获。

 叁 ❀ 垃圾回收机制

我们在前面已经说到JS内存分配回收由计算机自动完成，同时也提到了垃圾回收机制这个概念，这里来细说。

1.js中的内存回收

在js中，垃圾回收器每隔一段时间就会找出那些不再使用的数据，并释放其所占用的内存空间。

以全局变量和局部变量来说，函数中的局部变量在函数执行结束后这些变量已经不再被需要，所以垃圾回收器会识别并释放它们。而对于全局变量，垃圾回收器很难判断这些变量什么时候才不被需要，所以尽量少使用全局变量。

2.垃圾回收的两种模式

那么垃圾回收器是如何检测变量是否需要的呢，大体上分为两种检测手段，引用计数与标记清除。

引用计数

引用计数的判断原理很简单，就是看一份数据是否还有指向它的引用，如果没有任何对象再指向它，那么垃圾回收器就会回收，举个例子：

// 创建一个对象，由变量o指向这个对象的两个属性
var o = {
    name: '听风是风',
    handsome: true
};
// name虽然设置为了null，但o依旧有name属性的引用
o.name = null;
var s = o;
// 我们修改并释放了o对于对象的引用，但变量s依旧存在引用
o = null;
// 变量s也不再引用，对象很快会被垃圾回收器释放
s = null;

引用计数存在一个很大的问题，就是对象间的循环引用，比如如下代码中，对象o1与o2相互引用，即便函数执行完毕，垃圾回收器通过引用计数也无法释放它们。

function f() {
    var o1 = {};
    var o2 = {};
    o1.a = o2; // o1 引用 o2
    o2.a = o1; // o2 引用 o1
    return;
};
f();

标记清除

标记清除的概念也好理解，从根部出发看是否能达到某个对象，如果能达到则认定这个对象还被需要，如果无法达到，则释放它，这个过程大致分为三步：

a.垃圾回收器创建roots列表，roots通常是代码中保留引用的全局变量，在js中，我们一般认定全局对象window作为root，也就是所谓的根部。

b.从根部出发检查所有 的roots，所有的children也会被递归检查，能从root到达的都会被标记为active。

c.未被标记为active的数据被认定为不再需要，垃圾回收器开始释放它们。

当一个对象零引用时，我们从根部一定无法到达；但反过来，从根部无法到达的不一定是严格意义上的零引用，比如循环引用，所以标记清除要更优于引用计数。

从2012年起，所有现代浏览器都使用了标记清除垃圾回收算法，但老版本的IE6除外。

 肆 ❀ 如何避免内存泄漏

我们已经知道了垃圾回收的原理，那么我们如何避免创建无法回收的对象，以至造成内存泄漏的尴尬呢？下面说说常见的四种js内存泄漏。

1.全局变量

尽可能少的去创建全局变量是js开发者的常识，但如下两种方式还是会意外的创建全局变量，第一是在函数中声明变量未使用var：

function fn() {
    a = 1;
};
fn();
window.a //

上述代码中我们在函数体内声明了一个变量a，由于未使用var声明，即便在函数体内，但它依旧是一个全局变量。我们知道全局变量等同于在window上添加属性，所以在函数执行完毕，我们依旧可以访问到它。

第二种是在函数体内通过this来创建变量：

function fn() {
    this.a = 1;
};
fn();
window.a //

我们知道，当直接调用函数fn时，等同于window.fn()，所以函数体内的this会指向window，所以本质上还是创建了一个全局变量。

当然上述问题也不是无法解决，我们可以使用严格模式来避免这个问题，试着在代码头部添加‘use strict’，你会发现a就无法访问了，因为严格模式下，全局对象指向undefined。

有时候我们无法避免使用全局变量，那么记得在使用完毕后手动释放它们，例如让变量指向null。

2.被遗忘的定时器或回调函数

var serverData = loadData();
setInterval(function () {
    var renderer = document.getElementById('renderer');
    if (renderer) {
        renderer.innerHTML = JSON.stringify(serverData);
    }
}, 3000);

在上述代码中，当dom元素renderer被移除时，由于是周期定时器的缘故，定时器回调函数始终无法被回收，这也导致了定时器会一直对数据serverData保持引用，好的做法是在不需要时停止定时器。

在例如我们在使用事件监听时，如果不再需要监听记得移除监听事件。

var element = document.getElementById('button');

function onclick(event) {
    element.innerHTML = 'text';
};

element.addEventListener('click', onclick);
// 移除监听
element.removeEventListener('click', onclick);

3.闭包

闭包在js开发中是极其常见的，我们来看个例子：

var theThing = null;
var replaceThing = function () {
    var originalThing = theThing;
    var unused = function () {
        //unused未执行，但一直保持对theThing的引用
        if (originalThing)
            console.log("hi");
    };
    //创建一个新对象
    theThing = {
        longStr: new Array(1000000).join('*'),
        someMethod: function () {
            console.log("message");
        }
    };
};

setInterval(replaceThing, 1000);

定时器每次调用replaceThing，theThing都会获得一个包含数组longStr与闭包someMethod的新对象。

闭包unused保持着对象originalThing的引用，因为theThing赋值的缘故，也保持了对theThing的引用。虽然unused没执行，但引用关系会导致originalThing一直无法被回收，那么theThing也一样。正确做法是在replaceThing 最后添加originalThing  = null；

所以我们常说，对于闭包中的变量，在不需要时一定记得手动释放。

4.DOM的引用

操作dom总是被认为是不好的，但一定得操作，我们的习惯是通过一个变量来存储它，这样就可以反复使用了，但这也会造成一个问题，dom会被引用2次。

var elements = document.getElementById('button')

function doStuff() {
    elements.innerHTML = '听风是风';
};
// 清除引用
elements = null;
document.body.removeChild(document.getElementById('button'));

在上述代码中，一次引用是基于dom树的引用，第二是变量elements的引用，当我们不需要这个dom时，都做两次清除操作。

 伍 ❀ 参考

JavaScript深入之带你走进内存机制

MDN 内存管理

JS进阶系列之内存空间

JavaScript 工作原理（一）——内存管理与四种常见内存泄漏的处理方法