重读JavaScript-内存管理/垃圾回收

你要请我吃海底捞呐
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写在前面

像C语言这种底层语言，一般都有底层的内存管理接口，比如malloc()和free()。相反，JavaScript是在创建变量（对象，字符串等）时自动进行了分配内存，并且在不使用它们时“自动”释放。 释放的过程称为垃圾回收。这个“自动”是混乱的根源，并让JavaScript（和其他高级语言）开发者错误的感觉他们可以不关心内存管理。

内存管理

内存的生命周期

不管是什么语言，内存的生命周期基本是一致的：

  • 分配所需要的内存
  • 使用分配到的内存（读，写）
  • 不需要时将其释放/归还

内存分配

在定义变量时，就完成了内存分配。

var n = 123; // 给数值变量分配内存
var s = "azerty"; // 给字符串分配内存

var o = {
  a: 1,
  b: null
}; // 给对象及其包含的值分配内存

使用内存

这个过程实际上就是对分配的内存进行读取和写入的操作。

当内存不再需要时释放

大部分内存管理问题出现在这里，原因是难以找到哪些被分配的内存确实不再需要了，需要开发人员手动来释放。

JavaScript嵌入了‘垃圾回收器’，主要目的是跟踪内存的分配和使用，以便当分配的内存不再需要时，自动释放。

但这并不能完全解决上述的问题，因为要知道是否仍然需要这块内存是无法判定的。

垃圾回收

如上所述自动寻找是否一些内存“不再需要”的问题是无法判定的。因此，垃圾回收实现只能有限制的解决一般问题。

引用

垃圾回收算法主要依赖于引用的概念。在内存管理的环境中，一个对象如果有访问另一个对象的权限（隐式或者显式），叫做一个对象引用另一个对象。例如，一个Javascript对象具有对它原型的引用（隐式引用）和对它属性的引用（显式引用）。

在这里，“对象”的概念不仅特指 JavaScript 对象，还包括函数作用域（或者全局词法作用域）。

分类

现在垃圾回收机制一般有两种方式：

  • 引用计数
  • 标记-清除

引用计数

这是最初级的算法，此算法把‘对象是否不再需要’简化为‘对象有没有被其他对象引用’。 如果没有引用该对象（零引用），对象将被回收。

var o = { 
  a: {
    b:2
  }
}; 
// 两个对象被创建，一个作为另一个的属性被引用，另一个被分配给变量o
// 很显然，没有一个可以被垃圾收集


var o2 = o; // o2变量是第二个对“这个对象”的引用

o = 1;      // 现在，“这个对象”的原始引用o被o2替换了

var oa = o2.a; // 引用“这个对象”的a属性
// 现在，“这个对象”有两个引用了，一个是o2，一个是oa

o2 = "yo"; // 最初的对象现在已经是零引用了
           // 他可以被垃圾回收了
           // 然而它的属性a的对象还在被oa引用，所以还不能回收

oa = null; // a属性的那个对象现在也是零引用了
           // 它可以被垃圾回收了

限制

此算法有个限制：无法处理循环引用的事例。

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

  return "azerty";
}

f();

此事例中，两个对象被创建，并互相引用，形成了一个循环。它们被调用之后会离开函数作用域，所以它们已经没有用了，可以被回收了。然而，引用计数算法考虑到它们互相都有至少一次引用，所以它们不会被回收。

IE 6, 7 使用引用计数方式对 DOM 对象进行垃圾回收。该方式常常造成对象被循环引用时内存发生泄漏。

var div;
window.onload = function(){
  div = document.getElementById("myDivElement");
  div.circularReference = div;
  div.lotsOfData = new Array(10000).join("*");
};

myDivElement 这个 DOM 元素里的 circularReference 属性引用了 myDivElement，造成了循环引用。如果该属性没有显示移除或者设为 null，引用计数式垃圾收集器将总是且至少有一个引用，并将一直保持在内存里的 DOM 元素，即使其从DOM 树中删去了。如果这个 DOM 元素拥有大量的数据 (如上的 lotsOfData 属性)，而这个数据占用的内存将永远不会被释放。

标记-清除

这个算法把‘对象是否不再需要’定义为 ‘对象是否可以获得’, 这个算法假定设置一个叫做根（root）的对象（在Javascript里，根是全局对象）。垃圾回收器将定期从根开始，找所有从根开始引用的对象，然后找这些对象引用的对象……从根开始，垃圾回收器将找到所有可以获得的对象和收集所有不能获得的对象。

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。所有对JavaScript垃圾回收算法的改进都是基于标记-清除算法的改进，并没有改进标记-清除算法本身和它对“对象是否不再需要”的简化定义。

循环引用不再是问题

在上面的示例中，函数调用返回之后，两个对象从全局对象出发无法获取。因此，他们将会被垃圾回收器回收。第二个示例同样，一旦 div 和其事件处理无法从根获取到，他们将会被垃圾回收器回收。

但依然有个小小限制，即那些无法从根对象查询到的对象将会被清除。 但在实践中，很少会碰到类似情况，这也是我们不太关心垃圾回收机制的原因。

总结

内存的生命周期分为三个部分，我们在定义变量时，占用了内存，在经历了相关操作后，变量不再需要时，将相关对象回收，释放内存。那如何回收呢，提供了两种方法，引用计数和标记清除，引用计数有个比较大的限制，那就是无法回收循环引用的对象，而标记清除方法不存在这个问题，虽然依然有个小小限制，但无伤大雅，二者区别在于算法定义的不同，以及基于此的算法方式不同。由此可见，垃圾回收并不能完全将不再需要的变量回收，这只是个优化内存的方式。

参考文章

内存管理

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