javascript中的內存管理和垃圾回收

前面的話

　　不管什么程序語言，內存生命周期基本是一致的：首先，分配需要的內存；然后，使用分配到的內存；最后，釋放其內存。而對於第三個步驟，何時釋放內存及釋放哪些變量的內存，則需要使用垃圾回收機制。本文將詳細介紹javascript中的內存管理和垃圾回收

 

分配內存

　　為了不讓程序員費心分配內存，JavaScript 在定義變量時就完成了內存分配

var n = 123; // 給數值變量分配內存
var s = "azerty"; // 給字符串分配內存

var o = {a: 1,b: null}; // 給對象及其包含的值分配內存

　　有些函數調用結果是分配對象內存

var d = new Date(); // 分配一個 Date 對象
var e = document.createElement('div'); // 分配一個 DOM 元素

　　有些方法分配新變量或者新對象

var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
var a2 = ["generation", "nan nan"];
var a3 = a.concat(a2); 
// 新數組有四個元素，是 a 連接 a2 的結果

【存儲方式】

　　因為原始值占據空間固定，是簡單的數據段，為了便於提升變量查詢速度，將其存儲在棧(stack)中

　　由於復雜值的大小會改變，所以不能將其存放在棧中，否則會降低變量查詢速度，因此其存儲在堆(heap)中，存儲在變量處的值是一個指針，指向存儲對象的內存處

 

使用內存

　　使用值的過程實際上是對分配內存進行讀取與寫入的操作。讀取與寫入可能是寫入一個變量或者一個對象的屬性值，甚至傳遞函數的參數

var a = 1;
console.log(a);// 讀取內存中的值
a = 2; // 寫入內存

 

釋放內存

　　大多數內存管理的問題都在這個階段。在這里最艱難的任務是找到“所分配的內存確實已經不再需要了”

　　Javascript內嵌了垃圾收集器，用來跟蹤內存的分配和使用，以便當分配的內存不再使用時，自動釋放它。垃圾收集器會按照固定的時間間隔，或代碼執行中預定的收集時間，周期性地執行這一操作

　　局部變量只在函數執行的過程中存在。而在這個過程中，會為局部變量在棧(或堆)內存上分配相應的空間，以便存儲它們的值。然后在函數中使用這些變量，直到函數執行結束。此時，局部變量就沒有存在的必要了。因此可以釋放它們的內存以供將來使用。在這種情況下，很容易判斷變量是否還有存在的必要；但並非所有情況下都這么容易就能得出結論

　　垃圾收集器必須跟蹤哪個變量有用哪個變量無用，對於不再有用的變量打上標記，以備將來收回其所占用的內存。用於標識無用變量的策略通常有標記清除和引用計數兩種

 

引用計數

　　引用計數是最簡單的垃圾收集算法。此算法把“對象是否不再需要”簡化定義為“對象有沒有其他對象引用到它”。如果沒有引用指向該對象（零引用），對象將被垃圾回收機制回收

　　下面代碼中，兩個對象a、b被創建，一個作為另一個的屬性被引用，另一個被分配給變量o

var o ={ a: {b:2}}

　　o2引用了o

var o2 = o;

　　“這個對象”的原始引用o被o2替換了

o = 1;

　　現在，“這個對象”有兩個引用了，一個是o2，一個是oa

var oa = o2.a;

　　最初的對象現在已經是零引用了，然而它的屬性a的對象還在被oa引用，所以還不能回收

o2 = "yo";

　　a屬性的那個對象現在也是零引用了，它可以被垃圾回收了

oa = null;

【循環引用】

　　Netscape Navigator3.0是最早使用引用計數策略的瀏覽器，但很快它就遇到了一個嚴重的問題——循環引用

　　引用計數算法有個限制：無法處理循環引用。在下面的例子中，兩個對象被創建，並互相引用，形成了一個循環。它們被調用之后不會離開函數作用域，所以它們已經沒有用了，可以被回收了。然而，引用計數算法考慮到它們互相都有至少一次引用，所以它們不會被回收

function f(){
  var o = {};
  var o2 = {};
  o.a = o2; // o 引用 o2
  o2.a = o; // o2 引用 o
  return "azerty";
}
f();

【IE低版本】

　　IE8-瀏覽器中，有一部分對象並不是原生javascript對象，例如，其BOM和DOM中的對象就是使用c++以COM(component Object Model 組件對象模型)對象的形式實現，而COM對象的垃圾回收機制采用的就是引用計數策略。該方式常常造成對象被循環引用時內存發生泄漏

function f(){
    var element = document.getElementById('some_element');
    var myObject = new Object();
    myObject.element = element;
    element.someObject = myObject;
}
fn()

　　這個例子在一個DOM元素(element)與一個原生javascript對象(myObject)之間創建了循環引用。其中，變量myObject有一個名為element的屬性指向element對象，而變量element也有一個屬性名為someObject的屬性指向myObject。由於存在這個循環引用，即使將例子中的DOM從頁面中移除，它也永遠不會被回收

　　為了避免類似這樣的循環引用，最好是在不使用它們的時候手工斷開原生javascript和DOM元素之間的連接

myObject.element = null;
element.someObject = null; 

　　將變量設置為null意味着切斷變量與它此前引用的值之間的連接。當垃圾收集器下次運行時，就會刪除這些值並回收它們占用的內存

　　為了解決此問題，IE9把BOM和DOM對象都轉換成了真正的javascript對象

 

標記清除

　　javascript中最常用的垃圾收集算法是標記清除(mark-and-sweep)，這個算法把“對象是否不再需要”簡化定義為“對象是否可以到達”。如果對象不可到達，對象將被垃圾回收機制回收

　　大多數瀏覽器實現使用的都是標記清除式的垃圾收集策略，只不過垃圾收集的時間互有不同

　　這個算法假定設置一個叫做根（root）的對象（在Javascript里，根是全局對象）。定期的，垃圾回收器將從根開始，找所有從根開始引用的對象，然后找這些對象引用的對象……從根開始，垃圾回收器將找到所有可以到達的對象和所有不能到達的對象

　　該算法稱為標記清除，是因為分為標記(mark)和清除(sweep)兩個階段

　　在標記階段，垃圾回收器會從根對象開始遍歷，每一個可以從根對象訪問到的對象都會被添加一個標識，於是這個對象就被標識為可到達對象

　　在清除階段，垃圾回收器會對內存從頭到尾進行線性遍歷，如果發現有對象沒有被標識為可到達對象，那么就將此對象占用的內存回收，並且將原來標記為可到達對象的標識清除，以便進行下一次垃圾回收操作

　　在標記階段，從根對象1可以訪問到B，從B又可以訪問到E，那么B和E都是可到達對象，同樣的道理，F、G、J和K都是可到達對象。在回收階段，所有未標記為可到達的對象都會被垃圾回收器回收

【循環引用】

　　使用標記清除算法，循環引用不再是問題，上面的示例中，函數調用返回之后，兩個對象從全局對象出發無法獲取。因此，他們將會被垃圾回收器回收

　　

性能問題

　　垃圾收集器是周期性運行的，而且如果為變量分配的內存數量很可觀，那么回收工作量也是相當大的。在這種情況下，確定垃圾收集時間間隔是一個非常重要的問題

　　IE的垃圾收集器是根據內存分配量運行的。具體一點說，就是256個變量，4096個對象(或數組)字面量和數組元素(slot)或者64kb的字符串。達到上述任何一個臨界值，垃圾收集器就會運行

　　這種實現方式的問題在於，如果一個腳本中包含那么多變量，那么該腳本很可能會在其生命周期中一直保有那么多的變量。而這樣一來，垃圾收集器就不得不頻繁地運行。結果，由此引發的嚴重性能問題促使IE7重寫了其垃圾收集例程

　　IE7的javascript引擎的垃圾收集例程改變了工作方式：觸發垃圾收集的變量分配、字面量和數組元素的臨界值被調整為動態修正。IE7中的各項臨界值在初始時與IE6相等。如果垃圾收集例程回收的內存分配量低於15%，則變量、字面量和數組元素的臨界值就會加倍。如果例程回收了85%的內存分配量，則將各種臨界值重置回默認值。這樣，極大地提升了IE在運行包含大量javascript的頁面時的性能

　　事實上，在有的瀏覽器中可以觸發垃圾收集過程。在IE中，調用window.CollectGarbage()方法會立即執行垃圾收集

 

優化內存占用

　　使用具備垃圾收集機制的javascript的主要問題在於：分配給web瀏覽器的可用內存數量通常要比分配給桌面應用程序的少，目的是防止運行javascript的網頁耗盡全部系統內存而導致系統崩潰。內存限制問題不僅會影響給變量分配內存，同時還會影響調用棧以及在一個線程中能夠同時執行的語句數量

　　因此，確保占用最少的內存可以讓頁面獲得更好的性能。而優化內存占用的最佳方式是：為執行中的代碼只保存必要的數據。一旦數據不再有用，最好通過將其值設置為null來釋放其引用，這種做法叫解除引用(dereferencing)。這一做法適用於大多數全局變量和全局對象的屬性，局部變量會在它們離開執行環境時自動被解除引用

function createPerson(name){
    var localPerson = new Object();
    localPerson.name = name;
    return localPerson;
}

var globalPerson = createPerson('test');
globalPerson = null;

　　不過，要注意的是，解除一個值的引用並不意味着自動回收該值所占用的內存。解除引用的真正作用是讓值脫離執行環境，以便垃圾收集器下次運行時將其回收