JavaScript内存管理

在使用垃圾回收的编程环境中,开发者通常无须关心内存管理。不过,JavaScript 运行在一个内存

管理与垃圾回收都很特殊的环境。分配给浏览器的内存通常比分配给桌面软件的要少很多,分配给移动

浏览器的就更少了。这更多出于安全考虑而不是别的,就是为了避免运行大量 JavaScript 的网页耗尽系

统内存而导致操作系统崩溃。这个内存限制不仅影响变量分配,也影响调用栈以及能够同时在一个线程

中执行的语句数量。

将内存占用量保持在一个较小的值可以让页面性能更好。优化内存占用的最佳手段就是保证在执行

代码时只保存必要的数据。如果数据不再必要,那么把它设置为 null,从而释放其引用。这也可以叫

作解除引用。这个建议最适合全局变量和全局对象的属性。局部变量在超出作用域后会被自动解除引用,

如下面的例子所示:

function createPerson(name){

let localPerson = new Object();

localPerson.name = name;

return localPerson;

}

let globalPerson = createPerson("Nicholas");

// 解除 globalPerson 对值的引用

globalPerson = null;

在上面的代码中,变量 globalPerson 保存着 createPerson()函数调用返回的值。在 createPerson()

内部,localPerson 创建了一个对象并给它添加了一个 name 属性。然后,localPerson 作为函数值

被返回,并被赋值给 globalPerson。localPerson 在 createPerson()执行完成超出上下文后会自

动被解除引用,不需要显式处理。但 globalPerson 是一个全局变量,应该在不再需要时手动解除其

引用,最后一行就是这么做的。

不过要注意,解除对一个值的引用并不会自动导致相关内存被回收。解除引用的关键在于确保相关

的值已经不在上下文里了,因此它在下次垃圾回收时会被回收。

  1. 通过 constlet声明提升性能

ES6 增加这两个关键字不仅有助于改善代码风格,而且同样有助于改进垃圾回收的过程。因为 const

和 let 都以块(而非函数)为作用域,所以相比于使用 var,使用这两个新关键字可能会更早地让垃圾回

收程序介入,尽早回收应该回收的内存。在块作用域比函数作用域更早终止的情况下,这就有可能发生。

  1. 隐藏类和删除操作

根据 JavaScript 所在的运行环境,有时候需要根据浏览器使用的 JavaScript 引擎来采取不同的性能优

化策略。截至 2017 年,Chrome 是最流行的浏览器,使用 V8 JavaScript 引擎。V8 在将解释后的 JavaScript

代码编译为实际的机器码时会利用"隐藏类"。如果你的代码非常注重性能,那么这一点可能对你很

重要。

运行期间,V8 会将创建的对象与隐藏类关联起来,以跟踪它们的属性特征。能够共享相同隐藏类

的对象性能会更好,V8 会针对这种情况进行优化,但不一定总能够做到。比如下面的代码:

function Article() {

this.title = 'Inauguration Ceremony Features Kazoo Band';

}

let a1 = new Article();

let a2 = new Article();

V8 会在后台配置,让这两个类实例共享相同的隐藏类,因为这两个实例共享同一个构造函数和原

型。假设之后又添加了下面这行代码:

a2.author = 'Jake';

此时两个 Article 实例就会对应两个不同的隐藏类。根据这种操作的频率和隐藏类的大小,这有

可能对性能产生明显影响。

当然,解决方案就是避免 JavaScript 的"先创建再补充"(ready-fire-aim)式的动态属性赋值,并在

构造函数中一次性声明所有属性,如下所示:

function Article(opt_author) {

this.title = 'Inauguration Ceremony Features Kazoo Band';

this.author = opt_author;

}

let a1 = new Article();

let a2 = new Article('Jake');

这样,两个实例基本上就一样了(不考虑 hasOwnProperty 的返回值),因此可以共享一个隐藏类,

从而带来潜在的性能提升。不过要记住,使用 delete 关键字会导致生成相同的隐藏类片段。看一下这

个例子:

function Article() {

this.title = 'Inauguration Ceremony Features Kazoo Band';

this.author = 'Jake';

}

let a1 = new Article();

let a2 = new Article();

delete a1.author;

在代码结束后,即使两个实例使用了同一个构造函数,它们也不再共享一个隐藏类。动态删除属性

与动态添加属性导致的后果一样。最佳实践是把不想要的属性设置为 null。这样可以保持隐藏类不变

和继续共享,同时也能达到删除引用值供垃圾回收程序回收的效果。比如:

function Article() {

this.title = 'Inauguration Ceremony Features Kazoo Band';

this.author = 'Jake';

}

let a1 = new Article();

let a2 = new Article();

a1.author = null;

  1. 内存泄漏

写得不好的 JavaScript 可能出现难以察觉且有害的内存泄漏问题。在内存有限的设备上,或者在函

数会被调用很多次的情况下,内存泄漏可能是个大问题。JavaScript 中的内存泄漏大部分是由不合理的

引用导致的。

意外声明全局变量是最常见但也最容易修复的内存泄漏问题。下面的代码没有使用任何关键字声明

变量:

function setName() {

name = 'Jake';

}

此时,解释器会把变量 name 当作 window 的属性来创建(相当于 window.name = 'Jake')。

可想而知,在 window 对象上创建的属性,只要 window 本身不被清理就不会消失。这个问题很容易

解决,只要在变量声明前头加上 var、let 或 const 关键字即可,这样变量就会在函数执行完毕后离

开作用域。

定时器也可能会悄悄地导致内存泄漏。下面的代码中,定时器的回调通过闭包引用了外部变量:

let name = 'Jake';

setInterval(() => {

console.log(name);

}, 100);

只要定时器一直运行,回调函数中引用的 name 就会一直占用内存。垃圾回收程序当然知道这一点,

因而就不会清理外部变量。

使用 JavaScript 闭包很容易在不知不觉间造成内存泄漏。请看下面的例子:

let outer = function() {

let name = 'Jake';

return function() {

return name;

};

};

调用 outer()会导致分配给 name 的内存被泄漏。以上代码执行后创建了一个内部闭包,只要返回

的函数存在就不能清理 name,因为闭包一直在引用着它。假如 name 的内容很大(不止是一个小字符

串),那可能就是个大问题了。

  1. 静态分配与对象池

为了提升 JavaScript 性能,最后要考虑的一点往往就是压榨浏览器了。此时,一个关键问题就是如

何减少浏览器执行垃圾回收的次数。开发者无法直接控制什么时候开始收集垃圾,但可以间接控制触发

垃圾回收的条件。理论上,如果能够合理使用分配的内存,同时避免多余的垃圾回收,那就可以保住因

释放内存而损失的性能。

浏览器决定何时运行垃圾回收程序的一个标准就是对象更替的速度。如果有很多对象被初始化,然

后一下子又都超出了作用域,那么浏览器就会采用更激进的方式调度垃圾回收程序运行,这样当然会影

响性能。看一看下面的例子,这是一个计算二维矢量加法的函数:

function addVector(a, b) {

let resultant = new Vector();

resultant.x = a.x + b.x;

resultant.y = a.y + b.y;

return resultant;

}

调用这个函数时,会在堆上创建一个新对象,然后修改它,最后再把它返回给调用者。如果这个

矢量对象的生命周期很短,那么它会很快失去所有对它的引用,成为可以被回收的值。假如这个矢量

加法函数频繁被调用,那么垃圾回收调度程序会发现这里对象更替的速度很快,从而会更频繁地安排

垃圾回收。

该问题的解决方案是不要动态创建矢量对象,比如可以修改上面的函数,让它使用一个已有的矢量

对象:

function addVector(a, b, resultant) {

resultant.x = a.x + b.x;

resultant.y = a.y + b.y;

return resultant;

}

当然,这需要在其他地方实例化矢量参数 resultant,但这个函数的行为没有变。那么在哪里创

建矢量可以不让垃圾回收调度程序盯上呢?

一个策略是使用对象池。在初始化的某一时刻,可以创建一个对象池,用来管理一组可回收的对象。

应用程序可以向这个对象池请求一个对象、设置其属性、使用它,然后在操作完成后再把它还给对象池。

由于没发生对象初始化,垃圾回收探测就不会发现有对象更替,因此垃圾回收程序就不会那么频繁地运

行。下面是一个对象池的伪实现:

// vectorPool 是已有的对象池

let v1 = vectorPool.allocate();

let v2 = vectorPool.allocate();

let v3 = vectorPool.allocate();

v1.x = 10;

v1.y = 5;

v2.x = -3;

v2.y = -6;

addVector(v1, v2, v3);

console.log([v3.x, v3.y]); // [7, -1]

vectorPool.free(v1);

vectorPool.free(v2);

vectorPool.free(v3);

// 如果对象有属性引用了其他对象

// 则这里也需要把这些属性设置为 null

v1 = null;

v2 = null;

v3 = null;

如果对象池只按需分配矢量(在对象不存在时创建新的,在对象存在时则复用存在的),那么这个

实现本质上是一种贪婪算法,有单调增长但为静态的内存。这个对象池必须使用某种结构维护所有对

象,数组是比较好的选择。不过,使用数组来实现,必须留意不要招致额外的垃圾回收。比如下面这

个例子:

let vectorList = new Array(100);

let vector = new Vector();

vectorList.push(vector);

由于 JavaScript 数组的大小是动态可变的,引擎会删除大小为 100 的数组,再创建一个新的大小为

200 的数组。垃圾回收程序会看到这个删除操作,说不定因此很快就会跑来收一次垃圾。要避免这种动

态分配操作,可以在初始化时就创建一个大小够用的数组,从而避免上述先删除再创建的操作。不过,

必须事先想好这个数组有多大。

注意 静态分配是优化的一种极端形式。如果你的应用程序被垃圾回收严重地拖了后腿,

可以利用它提升性能。但这种情况并不多见。大多数情况下,这都属于过早优化,因此不

用考虑。