JavaScript深入理解作用域链与闭包
本文深入解析JavaScript中的作用域链与闭包机制。通过[[wp:a0]]串起的词法环境解释作用域链形成原理,阐述函数实例与闭包的绑定关系。结合V8引擎实现,分析[[wp:a16]]与[[wp:a27]]在循环中的不同表现,揭示闭包作为运行期概念如何保持外部变量状态,并通过代码实例验证闭包的独立性与变量绑定特性。
深入作用域链与闭包
为何将作用域链与闭包合并讲解,二者存在何种关联?
若内部函数引用外部变量,该过程通过[[outerEnv]]串接的词法环境(各类环境记录)实现,此即浏览器层面的作用域链[[Scope]]。
闭包的触发要求在一个独立空间中管理从外部获取的变量,而该外部变量的获取与绑定需依赖作用域链。
因此,理解作用域链的形成原理是深入理解闭包的前提。
作用域链
前文对函数中变量记录的阐释尚不完整,仅简单指出VariableEnvironemnt.[[outerEnv]]指向外部。鉴于JavaScript中函数亦为对象,若每次均需解析全局词法以获取函数外部环境,将严重损耗性能。
[[Environment]]
故在函数声明时,其内部属性[[Environment]]即被设定,依据规范,该属性亦为环境记录,其[[outerEnv]]指向声明函数时的词法环境。
10.2 ECMAScript Function Objects) Internal Slots of ECMAScript Function Objects
| Internal Slot | Type | Description |
|---|---|---|
| [[Environment]] | an Environment Record | The Environment Record that the function was closed over. Used as the outer environment when evaluating the code of the function. |
完善环境记录
函数执行期间,所创建的词法环境与变量环境均存储于[[Environment]]中。
function foo() {
var a = 1;
let b = 2;
}
foo();函数执行前创建上下文时,更严谨的解释如下:
ExecutionContext: {
[[Environment]](0x00): {
LexicalEnvironment(0x01): {
b -> nothing
[[outerEnv]]: 0x02
}
VariableEnvironment(0x02): {
a -> undefined
[[outerEnv]]: 0x00
}
...
[[outerEnv]]: global
}
}闭包
函数实例
为阐释闭包,需先理解函数实例化:声明函数时可使用new Function来实例化函数对象。
- 函数声明:可视为函数实例化,创建了原型
Function的一个实例。 - 函数表达式:则用于创建函数的实例。
以下示例展示同一函数代码块可生成多个函数实例:
function foo() {
return function myFun() {}
}
const fun1 = foo()
const fun2 = foo()
console.log(fun1 === fun2) // false此处,myFun为函数表达式,而fun1/fun2代表两个不同的实例。
什么是闭包
基于此概念,作用域链与闭包的关系可表述为:
每生成一个函数实例,其内部均存在一条由环境记录(含函数自身)串成的作用域链;闭包可视为与该函数实例作用域链绑定的映像。
具体实践中(如V8引擎),函数预编译时解析内部词法,无论深度或子函数是否调用,只要内部引用外部变量,便将其存入同一闭包;因变量通过作用域链获取绑定,故闭包可视为作用域链的简化副本。
此外,该闭包可视为父函数的属性,且同一实例中所有子函数共享同一闭包,后文将对此验证。
变量绑定
为何提及绑定?
- 当外部变量变更时,闭包内对应变量亦随之变更。
- 在闭包中修改外部变量,其绑定的环境记录中的变量亦会变化。
let a = 1;
let b = 2;
function foo() {
return function () {
a += 1;
b += 10;
console.log(a, b);
};
}
const bar = foo();
bar(); // 2 12
bar(); // 3 22
a += 10;
bar(); // 14 32
a = 0;
bar(); // 1 42
cnsole.log(a) // 1 (在闭包中+1,全局环境中的 a 也对应+1)此绑定亦可解释一道经典面试题(前置知识参考《环境变量》)。
function foo() {
for (var i = 0; i < 6; i++) {
setTimeout(() => {
console.log(i);
}, i * 100);
}
}
foo(); // 6 6 6 6 6因i由var声明,故“逸出”至foo的变量环境中;因此setTimeout中匿名函数闭包内的i与foo环境绑定。执行i++(即foo的i++)时,闭包内i随之变化。因所有闭包绑定同一环境记录,故显示相同值;退出循环后仍执行一次i++,故输出6而非5。
反之,考察由let声明的i表现。
function foo() {
for (let i = 0; i < 6; i++) {
setTimeout(() => {
console.log(i);
}, i * 100);
}
}
foo(); // 1 2 3 4 5此处i由let声明,故保存至最近词法环境(块级作用域)。每次循环形成新块级作用域,因此i保存的环境各异,即每个setTimeout匿名函数闭包内i绑定不同环境记录,可单独管理。
同一个闭包
前文提及,同一函数实例中所有子函数共用一个闭包,现用代码验证。
function foo() {
let a = 1;
const b = 2;
let c = 3;
let d = 4;
function bar() { // 验证深度以及没有被调用的情况
console.log(a);
function barSon() {
console.log(b);
}
}
return function () {
console.log(d);
return {
addNum() {
d = "new" + d;
},
};
};
}
const fun1 = foo();
fun1().addNum(); // 验证不同实例的闭包空间独立
fun1();
const fun2 = foo();
fun2();新建两个实例,依理论,二者闭包应独立,且所有子函数无论深度及是否调用均共用一个闭包。

上图含变量a,b的子函数虽未调用,但在闭包中仍存在。
返回的匿名函数与bar所用变量位于同一闭包foo.Closure中。


调用fun1.addNum修改d值,但实例fun2闭包内d仍为4,表明两闭包独立。
总结
与静态函数实例对应,闭包为运行期概念,在函数执行过程中处于激活、可访问状态,并在函数实例调用结束后保持数据最终状态,直至闭包销毁。(体现为不断调用同一函数输出不同值,这些值源自上次调用的最终数据状态)。
实际上,若当前函数引用外部变量,会新建环境记录作为闭包(规范定义),其存在于[[Environment]].[[outerEnv]]的可变绑定中。(浏览器中,只要函数内部引用外部变量,其内部属性[[Scope]]中将包含名为Closure的闭包)。
以下为上一例执行完毕后两个函数实例的[[Scope]]。

最后举例形象说明闭包在作用域链中的位置。
function foo() {
let a = 1;
const b = 2;
let c = 3;
let d = 4;
function bar() { // 验证深度以及没有被调用的情况
console.log(a);
function barSon() {
console.log(b);
}
}
return function myFun() {
console.log(d);
};
}
const fun1 = foo(); // 词法编译时,假设每个空间都有一个的堆内存
ExecutionContext(foo): {
[[outerEnv]]: global
...
[[Environment]](0x00): {
LexicalEnviroemnt(0x01): {
[[outerEnv]]: 0x00
...
a —> nothing, b -> nothing, c -> nothing, d -> nothing
bar: {
LexicalEnviroemnt(0x02): {...}
[[Environment]] : {
[[outerEnv]] : 0x10 // 指向闭包
...
}
barSon: {
[[Environment]] : {
// 指向上一层函数的词法环境,如果有闭包则会指向上一层函数的闭包
[[outerEnv]] : 0x02
...
}
}
}
myFun: {
[[Environment]] : {
[[outerEnv]] : 0x10 // 指向闭包
...
}
}
}
// 即所谓的闭包,这里面变量的来源于外部的环境记录(某种映射)
EnvironmentRecord(0x10): {
a -> nothing, b -> nothing, d -> nothing
[[outerEnv]]: 0x01 // 指向外部词法环境
}
}
...
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