✨ 垃圾回收与内存泄漏

经典真题

  • 请介绍一下 JavaScript 中的垃圾回收站机制

什么是内存泄露

程序的运行需要内存。只要程序提出要求，操作系统或者运行时（runtime）就必须供给内存。

对于持续运行的服务进程（daemon），必须及时释放不再用到的内存。否则，内存占用越来越高，轻则影响系统性能，重则导致进程崩溃。

也就是说，不再用到的内存，如果没有及时释放，就叫做内存泄漏（memory leak）。

JavaScript 中的垃圾回收

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。

下面是一段示例代码：

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

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

在上面的代码中，我们首先声明了两个函数，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: 'zhangsan', age: 10}。而当调用结束后，出了 fn1 的环境，那么该块内存会被 JavaScript 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。

标记清除

JavaScript 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。

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 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
}

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。

真题解答

  • 请介绍一下 JavaScript 中的垃圾回收站机制

参考答案：

JavaScript 具有自动垃圾回收机制。垃圾收集器会按照固定的时间间隔周期性的执行。

JavaScript 常见的垃圾回收方式：标记清除、引用计数方式。

1、标记清除方式：

  • 工作原理：当变量进入环境时，将这个变量标记为“进入环境”。当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”。标记“离开环境”的就回收内存。

  • 工作流程：

  • 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；

  • 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；

  • 被加上标记的会被视为准备删除的变量；

  • 垃圾回收器完成内存清理工作，销毁那些带标记的值并回收他们所占用的内存空间。

2、引用计数方式：

  • 工作原理：跟踪记录每个值被引用的次数。

  • 工作流程：

  • 声明了一个变量并将一个引用类型的值赋值给这个变量，这个引用类型值的引用次数就是 1；

  • 同一个值又被赋值给另一个变量，这个引用类型值的引用次数加 1；

  • 当包含这个引用类型值的变量又被赋值成另一个值了，那么这个引用类型值的引用次数减 1；

  • 当引用次数变成 0 时，说明没办法访问这个值了；

  • 当垃圾收集器下一次运行时，它就会释放引用次数是 0 的值所占的内存。

-EOF-

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Contributors: AK