js垃圾回收与内存泄漏

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2023年09月28日 22:16 · 阅读数 12

引言

JavaScript的垃圾回收机制是一种自动化的内存管理机制，用于检测和回收不再使用的内存资源，以便重新分配给其他需要的部分。JavaScript中的垃圾回收器负责跟踪和管理内存的分配和释放，使开发人员无需手动管理内存。

内存泄漏指的是程序中分配的内存空间无法被释放和回收，并且随着时间推移导致可用内存逐渐减少。

垃圾回收机制

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）找出那些不再继续使用的变量，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。

JavaScript中的垃圾回收机制主要基于以下两个原则：

1. 引用计数（Reference Counting）

这是一种简单的垃圾回收算法，它通过跟踪每个对象被引用的次数来确定是否是垃圾。当一个对象被引用时，引用计数加1；当一个对象不再被引用时，引用计数减1。当引用计数为0时，表示该对象不再被使用，可以被回收。但是，引用计数算法无法解决循环引用问题。如果两个或多个对象相互引用，并且没有其他地方对它们进行引用，则它们的引用计数永远不会为0，导致内存泄漏。

2. 标记-清除（Mark and Sweep）

它通过标记活动对象并清除未标记对象来进行垃圾回收。

标记阶段：从根对象（如全局变量、活动函数调用栈等）开始，垃圾回收器遍历对象图，并标记所有可达的对象。可达对象是指那些仍然被引用的对象。
清除阶段：在标记阶段后，垃圾回收器清除未被标记的对象，即那些不再被引用的垃圾对象。这些未被标记的对象将被释放，并且内存空间可以重新分配给其他需要的部分。
压缩阶段（可选）：在清除阶段后，可能会产生内存碎片。为了解决这个问题，垃圾回收器可以进行内存压缩操作，将活动对象紧凑地放置在一起，以便更好地利用内存空间。

示例

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。

IE9+、Firefox、Opera、Chrome、Safari 的 JS 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。

引用计数

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 指向对象的引用次数为 1
    var b = a;	// a 指向对象的引用次数加 1，为 2
    var c = a;	// a 指向对象的引用次数再加 1，为 3
    var b = {};	// a 指向对象的引用次数减 1，为 2
}

但是，如果循环引用就会造成内存泄漏的问题，例如：

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。

内存泄漏

1. 未清理的定时器或事件监听器

function startProcess() {
  setInterval(() => {
  // 执行一些操作
  }, 1000)
}
startProcess()

在上述代码中，我们创建了一个定时器，但没有清除它。每次定时器触发时，都会执行一些操作。如果我们没有在不再需要定时器时调用 clearInterval() 方法来清除它，定时器将持续运行并占用内存资源。

解决方法

function startProcess() {
  const intervalId = setInterval(() => {
    // 执行一些操作
  }, 1000)
  // 在不再需要定时器时清除它
  setTimeout(() => {
    clearInterval(intervalId)
  }, 5000)
}
startProcess()

在上述代码中，我们使用 setInterval() 创建了一个定时器，并在5秒后使用 clearInterval() 清除它。这样可以确保在一段时间后停止定时器并释放相关资源。

2. 闭包中的循环引用

function createClosure() {
  let data = "Sensitive Data"
  return function() {
    console.log(data)
  }
}
let closure = createClosure()

在上述代码中，我们创建了一个闭包函数，并将其赋值给变量 closure。闭包函数中引用了外部变量 data。如果我们在使用完闭包函数后不解除对它的引用，则闭包函数和其引用的外部变量 data 将无法被垃圾回收。

解决方法

closure = null // 解除对闭包函数的引用

在上述代码中，我们将变量 closure 设置为 null，解除了对闭包函数的引用。这样，在下一次垃圾回收周期中，闭包函数及其引用的外部变量将被标记为不再使用，并被释放。

3. 未释放的DOM元素事件监听器

const button = document.querySelector("#myButton")
button.addEventListener("click", () => {
 // 执行一些操作
})

在上述代码中，我们给一个按钮元素添加了一个点击事件监听器。如果我们忘记在不再需要该按钮时移除事件监听器，该按钮元素将继续保持对事件监听器的引用，导致内存泄漏。

解决方法

const button = document.querySelector("#myButton")
function handleClick() {
 // 执行一些操作
}
button.addEventListener("click", handleClick)
// 在不再需要按钮时移除事件监听器
button.removeEventListener("click", handleClick)

在上述代码中，我们使用 addEventListener() 添加了一个点击事件监听器，并在不再需要按钮时使用 removeEventListener() 移除它。这样可以确保在不再需要按钮时，相关的事件监听器被正确地移除，从而避免内存泄漏。

这些示例展示了一些常见的JavaScript内存泄漏场景。在实际开发中，我们应该注意及时清理不再使用的定时器、事件监听器、闭包和DOM元素等，以避免内存泄漏问题。

总结

垃圾回收是一种自动化的内存管理机制，通过标记-清除和压缩等步骤来回收不再使用的内存资源。然而，如果代码中存在内存泄漏问题，可能导致垃圾回收器无法正确释放内存。为了避免内存泄漏，需要注意及时释放资源、避免循环引用，并确保显式地解除绑定和移除不再需要的对象。