不管什么程序语言,内存生命周期基本是一致的:首先,分配需要的内存;然后,使用分配到的内存;最后,释放其内存。而对于第三个步骤,何时释放内存及释放哪些变量的内存,则需要使用垃圾回收机制。本文将详细介绍javascript中的内存管理和垃圾回收

分配内存

为了不让程序员费心分配内存,JavaScript 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

有些函数调用结果是分配对象内存

var d = new Date(); // 分配一个 Date 对象
var e = document.createElement('div'); // 分配一个 DOM 元素

有些方法分配新变量或者新对象

var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
var a2 = ["generation", "nan nan"];
var a3 = a.concat(a2); 
// 新数组有四个元素,是 a 连接 a2 的结果

【存储方式】

因为原始值占据空间固定,是简单的数据段,为了便于提升变量查询速度,将其存储在栈(stack)中

由于复杂值的大小会改变,所以不能将其存放在栈中,否则会降低变量查询速度,因此其存储在堆(heap)中,存储在变量处的值是一个指针,指向存储对象的内存处

使用内存

使用值的过程实际上是对分配内存进行读取与写入的操作。读取与写入可能是写入一个变量或者一个对象的属性值,甚至传递函数的参数

var a = 1;
console.log(a);// 读取内存中的值
a = 2; // 写入内存

释放内存

大多数内存管理的问题都在这个阶段。在这里最艰难的任务是找到“所分配的内存确实已经不再需要了”

Javascript内嵌了垃圾收集器,用来跟踪内存的分配和使用,以便当分配的内存不再使用时,自动释放它。垃圾收集器会按照固定的时间间隔,或代码执行中预定的收集时间,周期性地执行这一操作

局部变量只在函数执行的过程中存在。而在这个过程中,会为局部变量在栈(或堆)内存上分配相应的空间,以便存储它们的值。然后在函数中使用这些变量,直到函数执行结束。此时,局部变量就没有存在的必要了。因此可以释放它们的内存以供将来使用。在这种情况下,很容易判断变量是否还有存在的必要;但并非所有情况下都这么容易就能得出结论

垃圾收集器必须跟踪哪个变量有用哪个变量无用,对于不再有用的变量打上标记,以备将来收回其所占用的内存。用于标识无用变量的策略通常有标记清除和引用计数两种

引用计数

引用计数是最简单的垃圾收集算法。此算法把“对象是否不再需要”简化定义为“对象有没有其他对象引用到它”。如果没有引用指向该对象(零引用),对象将被垃圾回收机制回收.

下面代码中,两个对象a、b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

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

o2引用了o

var o2 = o;

“这个对象”的原始引用o被o2替换了

o = 1;

现在,“这个对象”有两个引用了,一个是o2,一个是oa

var oa = o2.a;

最初的对象现在已经是零引用了,然而它的属性a的对象还在被oa引用,所以还不能回收

o2 = "yo";

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

oa = null;

【循环引用】

Netscape Navigator3.0是最早使用引用计数策略的浏览器,但很快它就遇到了一个严重的问题——循环引用

引用计数算法有个限制:无法处理循环引用。在下面的例子中,两个对象被创建,并互相引用,形成了一个循环。它们被调用之后不会离开函数作用域,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

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-浏览器中,有一部分对象并不是原生javascript对象,例如,其BOM和DOM中的对象就是使用c++以COM(component Object Model 组件对象模型)对象的形式实现,而COM对象的垃圾回收机制采用的就是引用计数策略。该方式常常造成对象被循环引用时内存发生泄漏

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

这个例子在一个DOM元素(element)与一个原生javascript对象(myObject)之间创建了循环引用。其中,变量myObject有一个名为element的属性指向element对象,而变量element也有一个属性名为someObject的属性指向myObject。由于存在这个循环引用,即使将例子中的DOM从页面中移除,它也永远不会被回收.

为了避免类似这样的循环引用,最好是在不使用它们的时候手工断开原生javascript和DOM元素之间的连接

myObject.element = null;
element.someObject = 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。当垃圾收集器下次运行时,就会删除这些值并回收它们占用的内存.

为了解决此问题,IE9把BOM和DOM对象都转换成了真正的javascript对象.

标记清除

javascript中最常用的垃圾收集算法是标记清除(mark-and-sweep),这个算法把“对象是否不再需要”简化定义为“对象是否可以到达”。如果对象不可到达,对象将被垃圾回收机制回收.

大多数浏览器实现使用的都是标记清除式的垃圾收集策略,只不过垃圾收集的时间互有不同

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)。定期的,垃圾回收器将从根开始,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到达的对象和所有不能到达的对象.

该算法称为标记清除,是因为分为标记(mark)和清除(sweep)两个阶段.

在标记阶段,垃圾回收器会从根对象开始遍历,每一个可以从根对象访问到的对象都会被添加一个标识,于是这个对象就被标识为可到达对象.

在清除阶段,垃圾回收器会对内存从头到尾进行线性遍历,如果发现有对象没有被标识为可到达对象,那么就将此对象占用的内存回收,并且将原来标记为可到达对象的标识清除,以便进行下一次垃圾回收操作.

在标记阶段,从根对象1可以访问到B,从B又可以访问到E,那么B和E都是可到达对象,同样的道理,F、G、J和K都是可到达对象。在回收阶段,所有未标记为可到达的对象都会被垃圾回收器回收

【循环引用】

使用标记清除算法,循环引用不再是问题,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

性能问题

垃圾收集器是周期性运行的,而且如果为变量分配的内存数量很可观,那么回收工作量也是相当大的。在这种情况下,确定垃圾收集时间间隔是一个非常重要的问题

IE的垃圾收集器是根据内存分配量运行的。具体一点说,就是256个变量,4096个对象(或数组)字面量和数组元素(slot)或者64kb的字符串。达到上述任何一个临界值,垃圾收集器就会运行

这种实现方式的问题在于,如果一个脚本中包含那么多变量,那么该脚本很可能会在其生命周期中一直保有那么多的变量。而这样一来,垃圾收集器就不得不频繁地运行。结果,由此引发的严重性能问题促使IE7重写了其垃圾收集例程

IE7的javascript引擎的垃圾收集例程改变了工作方式:触发垃圾收集的变量分配、字面量和数组元素的临界值被调整为动态修正。IE7中的各项临界值在初始时与IE6相等。如果垃圾收集例程回收的内存分配量低于15%,则变量、字面量和数组元素的临界值就会加倍。如果例程回收了85%的内存分配量,则将各种临界值重置回默认值。这样,极大地提升了IE在运行包含大量javascript的页面时的性能

事实上,在有的浏览器中可以触发垃圾收集过程。在IE中,调用window.CollectGarbage()方法会立即执行垃圾收集

优化内存占用

使用具备垃圾收集机制的javascript的主要问题在于:分配给web浏览器的可用内存数量通常要比分配给桌面应用程序的少,目的是防止运行javascript的网页耗尽全部系统内存而导致系统崩溃。内存限制问题不仅会影响给变量分配内存,同时还会影响调用栈以及在一个线程中能够同时执行的语句数量

因此,确保占用最少的内存可以让页面获得更好的性能。而优化内存占用的最佳方式是:为执行中的代码只保存必要的数据。一旦数据不再有用,最好通过将其值设置为null来释放其引用,这种做法叫解除引用(dereferencing)。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性,局部变量会在它们离开执行环境时自动被解除引用

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

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

不过,要注意的是,解除一个值的引用并不意味着自动回收该值所占用的内存。解除引用的真正作用是让值脱离执行环境,以便垃圾收集器下次运行时将其回收。