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JavaScript内存泄漏知多少？
垃圾回收解放了我們，它讓我們可將精力集中在應用程序邏輯（而不是內(nèi)存管理）上。但是，垃圾收集并不神奇。了解它的工作原理，以及如何使它保留本應在很久以前釋放的內(nèi)存，就可以實現(xiàn)更快更可靠的應用程序。在本文中，學習一種定位?JavaScript?應用程序中內(nèi)存泄漏的系統(tǒng)方法、幾種常見的泄漏模式，以及解決這些泄漏的適當方法。
簡介
當處理 JavaScript 這樣的腳本語言時，很容易忘記每個對象、類、字符串、數(shù)字和方法都需要分配和保留內(nèi)存。語言和運行時的垃圾回收器隱藏了內(nèi)存分配和釋放的具體細節(jié)。
許多功能無需考慮內(nèi)存管理即可實現(xiàn)，但卻忽略了它可能在程序中帶來重大的問題。不當清理的對象可能會存在比預期要長得多的時間。這些對象繼續(xù)響應事件和消耗資源。它們可強制瀏覽器從一個虛擬磁盤驅(qū)動器分配內(nèi)存頁，這顯著影響了計算機的速度（在極端的情形中，會導致瀏覽器崩潰）。
內(nèi)存泄漏指任何對象在您不再擁有或需要它之后仍然存在。在最近幾年中，許多瀏覽器都改善了在頁面加載過程中從 JavaScript 回收內(nèi)存的能力。但是，并不是所有瀏覽器都具有相同的運行方式。Firefox 和舊版的 Internet Explorer 都存在過內(nèi)存泄漏，而且內(nèi)存泄露一直持續(xù)到瀏覽器關閉。
過去導致內(nèi)存泄漏的許多經(jīng)典模式在現(xiàn)代瀏覽器中以不再導致泄漏內(nèi)存。但是，如今有一種不同的趨勢影響著內(nèi)存泄漏。許多人正設計用于在沒有硬頁面刷新的單頁中運行的?web?應用程序。在那樣的單頁中，從應用程序的一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)時，很容易保留不再需要或不相關的內(nèi)存。
在本文中，了解對象的基本生命周期，垃圾回收如何確定一個對象是否被釋放，以及如何評估潛在的泄漏行為。另外，學習如何使用 Google Chrome 中的 Heap Profiler 來診斷內(nèi)存問題。一些示例展示了如何解決閉包、控制臺日志和循環(huán)帶來的內(nèi)存泄漏。
對象生命周期
要了解如何預防內(nèi)存泄漏，需要了解對象的基本生命周期。當創(chuàng)建一個對象時，JavaScript 會自動為該對象分配適當?shù)膬?nèi)存。從這一刻起，垃圾回收器就會不斷對該對象進行評估，以查看它是否仍是有效的對象。
垃圾回收器定期掃描對象，并計算引用了每個對象的其他對象的數(shù)量。如果一個對象的引用數(shù)量為 0（沒有其他對象引用過該對象），或?qū)υ搶ο蟮奈┮灰檬茄h(huán)的，那么該對象的內(nèi)存即可回收。圖 1 顯示了垃圾回收器回收內(nèi)存的一個示例。
圖 1. 通過垃圾收集回收內(nèi)存
看到該系統(tǒng)的實際應用會很有幫助，但提供此功能的工具很有限。了解您的 JavaScript 應用程序占用了多少內(nèi)存的一種方式是使用系統(tǒng)工具查看瀏覽器的內(nèi)存分配。有多個工具可為您提供當前的使用，并描繪一個進程的內(nèi)存使用量隨時間變化的趨勢圖。
例如，如果在 Mac OSX 上安裝了 XCode，您可以啟動 Instruments 應用程序，并將它的活動監(jiān)視器工具附加到您的瀏覽器上，以進行實時分析。在 Windows? 上，您可以使用任務管理器。如果在您使用應用程序的過程中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存使用量隨時間變化的曲線穩(wěn)步上升，那么您就知道存在內(nèi)存泄漏。
觀察瀏覽器的內(nèi)存占用只能非常粗略地顯示 JavaScript 應用程序的實際內(nèi)存使用。瀏覽器數(shù)據(jù)不會告訴您哪些對象發(fā)生了泄漏，也無法保證數(shù)據(jù)與您應用程序的真正內(nèi)存占用確實匹配。而且，由于一些瀏覽器中存在實現(xiàn)問題，DOM 元素（或備用的應用程序級對象）可能不會在頁面中銷毀相應元素時釋放。視頻標記尤為如此，視頻標記需要瀏覽器實現(xiàn)一種更加精細的基礎架構(gòu)。
人們曾多次嘗試在客戶端 JavaScript 庫中添加對內(nèi)存分配的跟蹤。不幸的是，所有嘗試都不是特別可靠。例如，流行的 stats.js 包由于不準確性而無法支持。一般而言，嘗試從客戶端維護或確定此信息存在一定的問題，是因為它會在應用程序中引入開銷且無法可靠地終止。
理想的解決方案是瀏覽器供應商在瀏覽器中提供一組工具，幫助您監(jiān)視內(nèi)存使用，識別泄漏的對象，以及確定為什么一個特殊對象仍標記為保留。
目前，只有 Google Chrome（提供了 Heap Profile）實現(xiàn)了一個內(nèi)存管理工具作為它的開發(fā)人員工具。我在本文中使用 Heap Profiler 測試和演示 JavaScript 運行時如何處理內(nèi)存。
分析堆快照
在創(chuàng)建內(nèi)存泄漏之前，請查看一次適當收集內(nèi)存的簡單交互。首先創(chuàng)建一個包含兩個按鈕的簡單?HTML?頁面，如清單 1 所示。
清單 1. index.html
<html> <head><script src="//ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.7.2/jquery.min.js" type="text/javascript"></script> </head> <body><button id="start_button">Start</button><button id="destroy_button">Destroy</button><script src="assets/scripts/leaker.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script><script src="assets/scripts/main.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script> </body> </html>包含?jQuery?是為了確保一種管理事件綁定的簡單語法適合不同的瀏覽器，而且嚴格遵守最常見的開發(fā)實踐。為?leaker?類和主要 JavaScript 方法添加腳本標記。在開發(fā)環(huán)境中，將 JavaScript 文件合并到單個文件中通常是一種更好的做法。出于本示例的用途，將邏輯放在獨立的文件中更容易。
您可以過濾 Heap Profiler 來僅顯示特殊類的實例。為了利用該功能，創(chuàng)建一個新類來封裝泄漏對象的行為，而且這個類很容易在 Heap Profiler 中找到，如清單 2 所示。
清單 2. assets/scripts/leaker.js
var Leaker = function(){}; Leaker.prototype = {init:function(){} };綁定 Start 按鈕以初始化?Leaker?對象，并將它分配給全局命名空間中的一個變量。還需要將 Destroy 按鈕綁定到一個應清理?Leaker?對象的方法，并讓它為垃圾收集做好準備，如清單 3 所示。
清單 3. assets/scripts/main.js
$("#start_button").click(function(){if(leak !== null || leak !== undefined){return;}leak = new Leaker();leak.init(); });$("#destroy_button").click(function(){leak = null; });var leak = new Leaker();現(xiàn)在，您已準備好創(chuàng)建一個對象，在內(nèi)存中查看它，然后釋放它。
圖 2. Profiles 選項卡
圖 3. 快照實例
萬歲！垃圾回收有效的。現(xiàn)在是時候破壞它了。
內(nèi)存泄漏 1：閉包
一種預防一個對象被垃圾回收的簡單方式是設置一個在回調(diào)中引用該對象的間隔或超時。要查看實際應用，可更新 leaker.js 類，如清單 4 所示。
清單 4. assets/scripts/leaker.js
var Leaker = function(){};Leaker.prototype = {init:function(){this._interval = null;this.start();},start: function(){var self = this;this._interval = setInterval(function(){self.onInterval();}, 100);},destroy: function(){if(this._interval !== null){clearInterval(this._interval); }},onInterval: function(){console.log("Interval");} };現(xiàn)在，當重復?上一節(jié)?中的第 1-9 步時，您應在第三個快照中看到，Leaker?對象被持久化，并且該間隔會永遠繼續(xù)運行。那么發(fā)生了什么？在一個閉包中引用的任何局部變量都會被該閉包保留，只要該閉包存在就永遠保留。要確保對?setInterval?方法的回調(diào)在訪問 Leaker 實例的范圍時執(zhí)行，需要將?this?變量分配給局部變量?self，這個變量用于從閉包內(nèi)觸發(fā)?onInterval。當?onInterval?觸發(fā)時，它就能夠訪問Leaker?對象中的任何實例變量（包括它自身）。但是，只要事件偵聽器存在，Leaker?對象就不會被垃圾回收。
要解決此問題，可在清空所存儲的?leaker?對象引用之前，觸發(fā)添加到該對象的?destroy?方法，方法是更新 Destroy 按鈕的單擊處理程序，如清單 5 所示。
清單 5. assets/scripts/main.js
$("#destroy_button").click(function(){leak.destroy();leak = null; });銷毀對象和對象所有權
一種不錯的做法是，創(chuàng)建一個標準方法來負責讓一個對象有資格被垃圾回收。destroy 功能的主要用途是，集中清理該對象完成的具有以下后果的操作的職責：
- 阻止它的引用計數(shù)下降到 0（例如，刪除存在問題的事件偵聽器和回調(diào)，并從任何服務取消注冊）。
- 使用不必要的 CPU 周期，比如間隔或動畫。
destroy?方法常常是清理一個對象的必要步驟，但在大多數(shù)情況下它還不夠。在理論上，在銷毀相關實例后，保留對已銷毀對象的引用的其他對象可調(diào)用自身之上的方法。因為這種情形可能會產(chǎn)生不可預測的結(jié)果，所以僅在對象即將無用時調(diào)用 destroy 方法，這至關重要。
一般而言，destroy 方法最佳使用是在一個對象有一個明確的所有者來負責它的生命周期時。此情形常常存在于分層系統(tǒng)中，比如 MVC 框架中的視圖或控制器，或者一個畫布呈現(xiàn)系統(tǒng)的場景圖。
內(nèi)存泄漏 2：控制臺日志
一種將對象保留在內(nèi)存中的不太明顯的方式是將它記錄到控制臺中。清單 6 更新了?Leaker?類，顯示了此方式的一個示例。
清單 6. assets/scripts/leaker.js
var Leaker = function(){};Leaker.prototype = {init:function(){console.log("Leaking an object: %o", this);},destroy: function(){} };可采取以下步驟來演示控制臺的影響。
控制臺日志記錄對總體內(nèi)存配置文件的影響可能是許多開發(fā)人員都未想到的極其重大的問題。記錄錯誤的對象可以將大量數(shù)據(jù)保留在內(nèi)存中。注意，這也適用于：
- 在用戶鍵入 JavaScript 時，在控制臺中的一個交互式會話期間記錄的對象。
- 由?console.log?和?console.dir?方法記錄的對象。
內(nèi)存泄漏 3：循環(huán)
在兩個對象彼此引用且彼此保留時，就會產(chǎn)生一個循環(huán)，如圖 4 所示。
圖 4. 創(chuàng)建一個循環(huán)的引用
清單 7 顯示了一個簡單的代碼示例。
清單 7. assets/scripts/leaker.js
var Leaker = function(){};Leaker.prototype = {init:function(name, parent){this._name = name;this._parent = parent;this._child = null;this.createChildren();},createChildren:function(){if(this._parent !== null){// Only create a child if this is the rootreturn;}this._child = new Leaker();this._child.init("leaker 2", this);},destroy: function(){} };Root 對象的實例化可以修改，如清單 8 所示。
清單 8. assets/scripts/main.js
leak = new Leaker(); leak.init("leaker 1", null);如果在創(chuàng)建和銷毀對象后執(zhí)行一次堆分析，您應該會看到垃圾收集器檢測到了這個循環(huán)引用，并在您選擇 Destroy 按鈕時釋放了內(nèi)存。
但是，如果引入了第三個保留該子對象的對象，該循環(huán)會導致內(nèi)存泄漏。例如，創(chuàng)建一個?registry?對象，如清單 9 所示。
清單 9. assets/scripts/registry.js
var Registry = function(){};Registry.prototype = {init:function(){this._subscribers = [];},add:function(subscriber){if(this._subscribers.indexOf(subscriber) >= 0){// Already registered so bail outreturn;}this._subscribers.push(subscriber);},remove:function(subscriber){if(this._subscribers.indexOf(subscriber) < 0){// Not currently registered so bail outreturn;}this._subscribers.splice(this._subscribers.indexOf(subscriber), 1);} };registry?類是讓其他對象向它注冊，然后從注冊表中刪除自身的對象的簡單示例。盡管這個特殊的類與注冊表毫無關聯(lián)，但這是事件調(diào)度程序和通知系統(tǒng)中的一種常見模式。
將該類導入 index.html 頁面中，放在 leaker.js 之前，如清單 10 所示。
清單 10. index.html
<script src="assets/scripts/registry.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>更新?Leaker?對象，以向注冊表對象注冊該對象本身（可能用于有關一些未實現(xiàn)事件的通知）。這創(chuàng)建了一個來自要保留的 leaker 子對象的 root 節(jié)點備用路徑，但由于該循環(huán)，父對象也將保留，如清單 11 所示。
清單 11. assets/scripts/leaker.js
var Leaker = function(){}; Leaker.prototype = {init:function(name, parent, registry){this._name = name;this._registry = registry;this._parent = parent;this._child = null;this.createChildren();this.registerCallback();},createChildren:function(){if(this._parent !== null){// Only create child if this is the rootreturn;}this._child = new Leaker();this._child.init("leaker 2", this, this._registry);},registerCallback:function(){this._registry.add(this);},destroy: function(){this._registry.remove(this);} };最后，更新 main.js 以設置注冊表，并將對注冊表的一個引用傳遞給?leaker?父對象，如清單 12 所示。
清單 12. assets/scripts/main.js
$("#start_button").click(function(){var leakExists = !(window["leak"] === null || window["leak"] === undefined);if(leakExists){return;}leak = new Leaker();leak.init("leaker 1", null, registry); });$("#destroy_button").click(function(){leak.destroy();leak = null; });registry = new Registry(); registry.init();現(xiàn)在，當執(zhí)行堆分析時，您應看到每次選擇 Start 按鈕時，會創(chuàng)建并保留?Leaker?對象的兩個新實例。圖 5 顯示了對象引用的流程。
圖 5. 由于保留引用導致的內(nèi)存泄漏
從表面上看，它像一個不自然的示例，但它實際上非常常見。更加經(jīng)典的面向?qū)ο罂蚣苤械氖录陕犉鞒３Ｗ裱愃茍D 5 的模式。這種類型的模式也可能與閉包和控制臺日志導致的問題相關聯(lián)。
盡管有多種方式來解決此類問題，但在此情況下，最簡單的方式是更新?Leaker?類，以在銷毀它時銷毀它的子對象。對于本示例，更新destroy?方法（如清單 13 所示）就足夠了。
清單 13. assets/scripts/leaker.js
destroy: function(){if(this._child !== null){this._child.destroy(); }this._registry.remove(this); }有時，兩個沒有足夠緊密關系的對象之間也會存在循環(huán)，其中一個對象管理另一個對象的生命周期。在這樣的情況下，在這兩個對象之間建立關系的對象應負責在自己被銷毀時中斷循環(huán)。
結(jié)束語
即使 JavaScript 已被垃圾回收，仍然會有許多方式會將不需要的對象保留在內(nèi)存中。目前大部分瀏覽器都已改進了內(nèi)存清理功能，但評估您應用程序內(nèi)存堆的工具仍然有限（除了使用 Google Chrome）。通過從簡單的測試案例開始，很容易評估潛在的泄漏行為并確定是否存在泄漏。
不經(jīng)過測試，就不可能準確度量內(nèi)存使用。很容易使循環(huán)引用占據(jù)對象曲線圖中的大部分區(qū)域。Chrome 的 Heap Profiler 是一個診斷內(nèi)存問題的寶貴工具，在開發(fā)時定期使用它也是一個不錯的選擇。在預測對象曲線圖中要釋放的具體資源時請設定具體的預期，然后進行驗證。任何時候當您看到不想要的結(jié)果時，請仔細調(diào)查。
在創(chuàng)建對象時要計劃該對象的清理工作，這比在以后將一個清理階段移植到應用程序中要容易得多。常常要計劃刪除事件偵聽器，并停止您創(chuàng)建的間隔。如果認識到了您應用程序中的內(nèi)存使用，您將得到更可靠且性能更高的應用程序。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的JavaScript内存泄漏知多少？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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