浏览器中的垃圾回收与内存泄漏

1. 介绍

浏览器的 Javascript 具有自动垃圾回收机制(GC:Garbage Collecation)，也就是说，执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。其原理是：垃圾收集器会定期（周期性）找出那些不在继续使用的变量，然后释放其内存。但是这个过程不是实时的，因为其开销比较大并且GC时停止响应其他操作，所以垃圾回收器会按照固定的时间间隔周期性的执行。

不再使用的变量也就是生命周期结束的变量，当然只可能是局部变量，全局变量的生命周期直至浏览器卸载页面才会结束。局部变量只在函数的执行过程中存在，而在这个过程中会为局部变量在栈或堆上分配相应的空间，以存储它们的值，然后在函数中使用这些变量，直至函数结束，而闭包中由于内部函数的原因，外部函数并不能算是结束。

还是上代码说明吧：

function fn1() {
    var obj = {name: 'hanzichi', age: 10};
}
function fn2() {
    var obj = {name:'hanzichi', age: 10};
    return obj;
}

var a = fn1();
var b = fn2();

我们来看代码是如何执行的。首先定义了两个function，分别叫做fn1和fn2，当fn1被调用时，进入fn1的环境，会开辟一块内存存放对象{name: 'hanzichi', age: 10}，而当调用结束后，出了fn1的环境，那么该块内存会被js引擎中的垃圾回收器自动释放；在fn2被调用的过程中，返回的对象被全局变量b所指向，所以该块内存并不会被释放。

这里问题就出现了：到底哪个变量是没有用的？所以垃圾收集器必须跟踪到底哪个变量没用，对于不再有用的变量打上标记，以备将来收回其内存。用于标记的无用变量的策略可能因实现而有所区别，通常情况下有两种实现方式：标记清除和引用计数。引用计数不太常用，标记清除较为常用。

2. 标记清除

js中最常用的垃圾回收方式就是标记清除。当变量进入环境时，例如，在函数中声明一个变量，就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应的环境，就可能会用到它们。而当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”。

function test(){
var a = 10 ;             //被标记 ，进入环境 
var b = 20 ;             //被标记 ，进入环境
}
test();                     //执行完毕 之后 a、b又被标离开环境，被回收。

垃圾回收器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记（当然，可以使用任何标记方式）。然后，它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记（闭包）。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量，原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后，垃圾回收器完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。到目前为止，IE9+、Firefox、Opera、Chrome、Safari的js实现使用的都是标记清除的垃圾回收策略或类似的策略，只不过垃圾收集的时间间隔互不相同。

3. 引用计数

引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时，则这个值的引用次数就是1。如果同一个值又被赋给另一个变量，则该值的引用次数加1。相反，如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值，则这个值的引用次数减1。当这个值的引用次数变成0时，则说明没有办法再访问这个值了，因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样，当垃圾回收器下次再运行时，它就会释放那些引用次数为0的值所占用的内存。

function test(){
    var a = {} ;         //a的引用次数为0 
    var b = a ;         //a的引用次数加1，为1 
    var c =a;           //a的引用次数再加1，为2
    var b ={};          //a的引用次数减1，为1
}

Netscape Navigator3是最早使用引用计数策略的浏览器，但很快它就遇到一个严重的问题：循环引用。循环引用指的是对象A中包含一个指向对象B的指针，而对象B中也包含一个指向对象A的引用。

function fn() {
    var a = {};
    var b = {};
    a.pro = b;
    b.pro = a;
}
fn();

　　以上代码a和b的引用次数都是2，fn()执行完毕后，两个对象都已经离开环境，在标记清除方式下是没有问题的，但是在引用计数策略下，因为a和b的引用次数不为0，所以不会被垃圾回收器回收内存，如果fn函数被大量调用，就会造成内存泄露。在IE7与IE8上，内存直线上升。

我们知道，IE中有一部分对象并不是原生js对象。例如，其内存泄露DOM和BOM中的对象就是使用C++以COM对象的形式实现的，而COM对象的垃圾回收机制采用的就是引用计数策略。因此，即使IE的js引擎采用标记清除策略来实现，但js访问的COM对象依然是基于引用计数策略的。换句话说，只要在IE中涉及COM对象，就会存在循环引用的问题。

var element = document.getElementById("some_element");
var myObject = new Object();
myObject.e = element;
element.o = myObject;

　　这个例子在一个DOM元素（element)与一个原生js对象（myObject)之间创建了循环引用。其中，变量myObject有一个属性e指向element对象；而变量element也有一个属性o回指myObject。由于存在这个循环引用，即使例子中的DOM从页面中移除，它也永远不会被回收。

举个栗子：

黄色是指直接被 js变量所引用，在内存里
红色是指间接被 js变量所引用，如上图，refB 被 refA 间接引用，导致即使 refB 变量被清空，也是不会被回收的
子元素 refB 由于 parentNode 的间接引用，只要它不被删除，它所有的父元素（图中红色部分）都不会被删除

另一个例子：

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
};

这段代码看起来没什么问题，但是obj引用了document.getElementById('element')，而document.getElementById('element')的onclick方法会引用外部环境中的变量，自然也包括obj，是不是很隐蔽啊。(在比较新的浏览器中在移除Node的时候已经会移除其上的event了，但是在老的浏览器，特别是ie上会有这个bug)

解决办法：

最简单的方式就是自己手工解除循环引用，比如刚才的函数可以这样

myObject.element = null;
element.o = null;

window.onload=function outerFunction(){
    var obj = document.getElementById("element");
    obj.onclick=function innerFunction(){};
    obj=null;
};

将变量设置为null意味着切断变量与它此前引用的值之间的连接。当垃圾回收器下次运行时，就会删除这些值并回收它们占用的内存。

要注意的是，IE9+并不存在循环引用导致Dom内存泄露问题，可能是微软做了优化，或者Dom的回收方式已经改变

4. 内存管理

4.1 什么时候触发垃圾回收？

垃圾回收器周期性运行，如果分配的内存非常多，那么回收工作也会很艰巨，确定垃圾回收时间间隔就变成了一个值得思考的问题。IE6的垃圾回收是根据内存分配量运行的，当环境中存在256个变量、4096个对象、64k的字符串任意一种情况的时候就会触发垃圾回收器工作，看起来很科学，不用按一段时间就调用一次，有时候会没必要，这样按需调用不是很好吗？但是如果环境中就是有这么多变量等一直存在，现在脚本如此复杂，很正常，那么结果就是垃圾回收器一直在工作，这样浏览器就没法儿玩儿了。

微软在IE7中做了调整，触发条件不再是固定的，而是动态修改的，初始值和IE6相同，如果垃圾回收器回收的内存分配量低于程序占用内存的15%，说明大部分内存不可被回收，设的垃圾回收触发条件过于敏感，这时候把临街条件翻倍，如果回收的内存高于85%，说明大部分内存早就该清理了，这时候把触发条件置回。这样就使垃圾回收工作职能了很多

4.2 合理的GC方案

1. 基础方案

Javascript引擎基础GC方案是（simple GC）：mark and sweep（标记清除），即：

遍历所有可访问的对象。
回收已不可访问的对象。

2. GC的缺陷

和其他语言一样，javascript的GC策略也无法避免一个问题：GC时，停止响应其他操作，这是为了安全考虑。而Javascript的GC在100ms甚至以上，对一般的应用还好，但对于JS游戏，动画对连贯性要求比较高的应用，就麻烦了。这就是新引擎需要优化的点：避免GC造成的长时间停止响应。

3. GC优化策略

朴灵在他的书里介绍了2个优化方案，而这也是最主要的2个优化方案了：

分代回收（Generation GC）这个和Java回收策略思想是一致的，也是V8所主要采用的。目的是通过区分“临时”与“持久”对象；多回收“临时对象”区（young generation），少回收“持久对象”区（tenured generation），减少每次需遍历的对象，从而减少每次GC的耗时。如图：

这里需要补充的是：对于tenured generation对象，有额外的开销：把它从young generation迁移到tenured generation，另外，如果被引用了，那引用的指向也需要修改。这里主要内容可以参考深入浅出Node中关于内存的介绍，很详细~
增量GC 这个方案的思想很简单，就是“每次处理一点，下次再处理一点，如此类推”。如图：

这种方案，虽然耗时短，但中断较多，带来了上下文切换频繁的问题。

因为每种方案都其适用场景和缺点，因此在实际应用中，会根据实际情况选择方案。

比如：低 (对象/s) 比率时，中断执行GC的频率，simple GC更低些；如果大量对象都是长期“存活”，则分代处理优势也不大。

5. vue中的内存泄漏问题

JS程序的内存溢出后，会使某一段函数体永远失效（取决于当时的JS代码运行到哪一个函数），通常表现为程序突然卡死或程序出现异常。

这时我们就要对该JS程序进行内存泄漏的排查，找出哪些对象所占用的内存没有释放。这些对象通常都是开发者以为释放掉了，但事实上仍被某个闭包引用着，或者放在某个数组里面。

5.1 泄漏点

DOM/BOM 对象泄漏
script 中存在对DOM/BOM 对象的引用导致
js 对象泄漏
通常由闭包导致，比如事件处理回调，导致DOM对象和脚本中对象双向引用，这个时常见的泄漏原因

5.2 代码关注点

DOM中的 addEventLisner 函数及派生的事件监听，比如 Jquery 中的 on 函数， vue 组件实例的 $on 函数，第三方库中的初始化函数
其它BOM对象的事件监听，比如websocket 实例的on 函数
避免不必要的函数引用
如果使用 render 函数，避免在html标签中绑定DOM/BOM 事件

5.3 如何处理

如果在mounted/created 钩子中绑定了 DOM/BOM 对象中的事件，需要在 beforeDestroy 中做对应解绑处理
如果在mounted/created 钩子中使用了第三方库初始化，需要在beforeDestroy 中做对应销毁处理
如果组件中使用了定时器，需要在beforeDestroy中做对应销毁处理
模板中不要使用表达式来绑定到特定的处理函数，这个逻辑应该放在处理函数中？
如果在mounted/created 钩子中使用了$on，需要在beforeDestroy 中做对应解绑$off处理
某些组件在模板中使用事件绑定可能会出现泄漏，使用$on 替换模板中的绑定

5.4 在vue组件中处理addEventListener

created/mounted 生命期钩子函数中定义事件响应函数为对象实例的方法，使用 => 函数来绑定作用域调用 addEventListener 添加事件监听后在 beforeDestroy 中调用 removeEventListener 移除对应的事件监听，注意前面定义的响应函数方法需要作为第二个参数传入然后用 delete 从对象实例移除定义的响应方法，或者将属性设置为 null/undefined 为了准确移除监听，不要使用匿名函数或者已有的函数的绑定来直接作为事件监听函数

mounted() {
    const box = document.getElementById('time-line')
    this.width = box.offsetWidth
    this.resizefun = () => {
      this.width = box.offsetWidth
    }
    window.addEventListener('resize', this.resizefun)
  },
  beforeDestroy() {
    window.removeEventListener('resize', this.resizefun)
    this.resizefun = null
  }

5.5 观察者模式引起的内存泄漏

在spa应用中使用观察者模式的时候如果给观察者注册了被观察的方法，而没有在离开组件的时候及时移除，可能造成重复注册而内存泄漏；

举个栗子：进入组件的时候ob.addListener("enter", _func)，如果离开组件beforeDestroy的时候没有ob.removeListener("enter", _func)，就会导致内存泄漏

更详细的栗子参考：德州扑克栗子

5.6 上下文绑定引起的内存泄漏

有时候使用 bind/apply/call 上下文绑定方法的时候，会有内存泄漏的隐患。

var ClassA = function(name) {
  this.name = name
  this.func = null
}

var a = new ClassA("a")
var b = new ClassA("b")

b.func = bind(function() {
  console.log("I am " + this.name)
}, a)

b.func()    // 输出: I am a

a = null        // 释放a
//b = null;        // 释放b
//b.func = null;        // 释放b.func

function bind(func, self) {        //模拟上下文绑定
  return function() {
    return func.apply(self)
  }
}

使用chrome dev tool > memory > profiles 查看内存中ClassA的实例数，发现有两个实例，a和b。虽然a设置成null了，但是b的方法中bind的闭包上下文self绑定了a，因此虽然a释放，但是b/b.func没有释放，闭包的self一直存在并保持对a的引用。

网上的帖子大多深浅不一，甚至有些前后矛盾，在下的文章都是学习过程中的总结，如果发现错误，欢迎留言指出~

参考：

跟我学习javascript的垃圾回收机制与内存管理

App之性能优化

Vue Web App 内存泄漏-调试和分析

搞定JavaScript内存泄漏

推介阅读：

雅虎网站页面性能优化的34条黄金守则

用 Chrome 开发者工具分析 javascript 的内存回收（GC）

JS内存泄漏排查方法——Chrome Profiles

Javascript典型内存泄漏及chrome的排查方法

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