JavaScript内存管理详解：从生命周期到垃圾回收算法

JavaScript内存管理概述

介绍

在C等低级语言中，开发者需通过malloc()和free()等命令手动管理内存；而JavaScript作为高级语言，对象（如字符串、对象等）创建时自动分配内存，不再使用时由系统自动回收，这一过程称为垃圾回收。正因如此，许多JavaScript开发者误以为无需关注内存管理细节。

内存生命周期与分配机制

内存生命周期

无论何种编程语言，内存的生命周期通常遵循一致的模式。

1. 分配所需的内存空间。

2. 对该内存进行读写操作。

3. 当内存不再需要时，释放所占资源。

步骤1与步骤2在所有编程语言中均一致，且易于察觉。步骤3则因语言层级而异：低级语言需由开发者手动执行；而在JavaScript等高级语言中，该过程由解析器自动处理，因此用户无法直接感知。

JavaScript中的内存分配操作

值的初始化过程

当为变量赋值时，JavaScript会自动完成内存分配。

var n = 123; // 为数字分配内存
var s = "azerty"; // 为字符串分配内存
var o = {
a: 1,
b: null
}; // 为包含属性值的对象分配内存
var a = [1, null, "abra"]; // 为包含值的数组分配内存
function f(a){
return a + 2;
} // 为函数分配内存（函数是可调用的对象）
// 函数表达式同样也是对象，存在分配内存的情况
someElement.addEventListener('click', function(){
someElement.style.backgroundColor = 'blue';
}, false);

通过函数调用完成内存分配

部分函数在执行完毕后，也会产生对象分配。

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

某些方法会分配新值或新对象。

var s = "azerty";
var s2 = s.substr(0, 3); // s2是一个新字符串
// 由于字符串不可变，JavaScript会为[0, 3]范围的内容创建一个新的字符串
var a = ["ouais ouais", "nan nan"];
var a2 = ["generation", "nan nan"];
var a3 = a.concat(a2); // 将a和a2结合，产生一个新数组

对值的使用

使用值即是对已分配内存进行读写操作，包括读取或修改变量及对象属性，或向函数传递参数。

内存释放与垃圾回收原理

当不再需要时，释放内存

绝大多数内存管理问题发生在此阶段。最难的任务是判断分配的内存何时不再需要，这通常要求开发者确定程序何时不再使用某块内存并释放其资源。

高级语言解析器内置了“垃圾收集器”，负责跟踪内存的分配与使用，判断内存是否仍被需要，并在不再需要时释放资源。由于判断内存是否必要是一个不确定问题（无法通过单一算法完全解决），垃圾收集器只能提供近似解。

垃圾回收

如前所述，自动判定“内存不再需要”存在局限。本节将解释相关概念，介绍主要的垃圾收集算法及其局限性。

引用计数算法及其局限性

引用

垃圾回收的核心概念是“引用”。在内存管理中，若一个对象（无论显式或隐式）使用了另一个对象，则称前者引用了后者。例如，JavaScript对象隐式指向原型，并显式指向其属性值。

此处“对象”概念超越传统JavaScript对象，还包括函数作用域和全局作用域。

使用引用计数算法的垃圾回收

接下来介绍一种理想化算法，引入“对象不再需要”和“没有其他对象引用该对象”的概念。当对象的引用指针降为0时，即认为该对象可被回收。

例子：

var o = {
a: {
b:2
}
}; // 创建了两个对象。一个对象（a）被另一个对象（o引用的对象）引用，并将a作为其属性
// 该对象又被变量o引用
// 显然，此时没有对象能被回收
var o2 = o; // 变量o2再次引用了该对象
o = 1; // o不再引用该对象，只有o2仍在引用
var oa = o2.a; // oa引用o2的属性对象a
// 该对象被其他两个对象引用，分别是o2的属性a和oa变量
o2 = "yo"; // 该对象已不再被其他对象引用，但其属性a仍被oa变量引用，因此还不能释放
oa = null; // 现在属性a也不再被其他对象引用，该对象可被回收

限制：循环引用

该算法存在局限性：当对象间形成循环引用时，即使它们不再被需要，垃圾收集器也不会回收它们。

function f(){
var o = {};
var o2 = {};
o.a = o2; // o引用o2
o2.a = o; // o2引用o
return "azerty";
}
f();
// 两个对象被创建，并形成相互引用
// 函数调用结束后，它们不会脱离函数作用域，虽然不再被使用，但不会被释放
// 这是因为引用计数算法判定：只要对象存在被引用的情况，就不能执行垃圾回收

现实中的例子

在IE6、7中，DOM对象使用引用计数算法，此处存在内存泄漏问题。

var div = document.createElement("div");
div.onclick = function(){
doSomething();
}; // div通过click属性引用了事件处理程序
// 当事件处理函数中访问div变量时，会形成循环引用，导致两个对象都不会被回收，造成内存泄漏

标记-清除算法与优化

标记-清除算法

该算法引入“对象不再需要”和“对象不可访问（对象不可达）”的概念。假设存在一组根对象（JavaScript中根对象即全局对象），垃圾收集器定期从根对象开始，遍历其引用的所有对象，再遍历这些对象引用的对象，依此类推。通过这种方式，垃圾收集器能获取所有可访问对象，并回收那些不可访问的对象。

此算法优于前一种，0引用的对象会被设为不可访问对象，同时避免了循环引用带来的困扰。

截至2012年，大多数现代浏览器采用这种“标记-清除算法”的垃圾收集器。JavaScript垃圾收集领域（代/增量/并发/并行垃圾收集）在过去几年改进了相关算法，但垃圾收集算法本身（标记-清除算法）及“如何判定一个对象不再需要”并未得到根本改善。

周期不再是一个问题

在第一个例子中，函数调用结束后，这两个对象不会被全局对象引用，也不会被全局对象引用的对象引用。因此，它们会被JavaScript垃圾回收器标记为不可访问对象。这种情况同样发生在第二个例子中，当div和事件处理函数被垃圾回收器标记为不可访问时，它们就会被释放。

限制：对象需要明确标记为不可访问

这种标记方法存在局限，但我们在编程中并未直接接触到它，因此很少关心垃圾回收的具体细节。