JavaScript垃圾回收机制与内存泄漏详解
本文深入解析JavaScript的自动垃圾回收机制,对比标记清除与引用计数两种策略,详细列举意外全局变量、遗忘计时器、闭包及DOM引用等常见内存泄漏场景,并提供Chrome开发者工具检测方法及数组复用、对象复用等性能优化建议。
JavaScript垃圾回收机制与内存泄漏详解
前言
程序运行依赖内存资源,当程序请求时,操作系统或运行时环境需予以供给。内存泄漏指已不再使用的内存未被及时释放的现象。为有效规避此类问题,首先需理解JavaScript的垃圾回收机制。
在C与C++等语言中,开发者需手动控制内存的申请与释放。而在Java、C#及JavaScript等语言中,内存空间的分配与回收由程序自动处理,开发者无需介入。这意味着JavaScript内置了自动垃圾回收机制(Garbage Collection)。
垃圾回收的必要性
一、垃圾回收的必要性
以下内容摘自《JavaScript权威指南(第四版)》。
由于字符串、对象和数组没有固定大小,所有当他们的大小已知时,才能对他们进行动态的存储分配。JavaScript程序每次创建字符串、数组或对象时,解释器都必须分配内存来存储那个实体。只要像这样动态地分配了内存,最终都要释放这些内存以便他们能够被再用,否则,JavaScript的解释器将会消耗完系统中所有可用的内存,造成系统崩溃。

这段引文阐明了系统需要垃圾回收的原因:JavaScript不同于C/C++,它拥有独立的垃圾回收机制以管理动态分配的内存。
JavaScript的垃圾回收机制核心在于识别并释放不再使用的变量所占内存。该过程并非实时执行,因开销较大,垃圾回收器会按固定时间间隔周期性运行。
var a = "浪里行舟";
var b = "前端工匠";
var a = b; //重写a
代码执行后,字符串“浪里行舟”失去引用(原由变量a引用),系统检测到这一状态后,将释放该字符串的存储空间,使其可被再次利用。
垃圾回收机制
二、垃圾回收机制
垃圾回收机制如何判断哪些内存不再需要?
主要存在两种方法:标记清除(Mark-and-Sweep)和引用计数(Reference Counting)。其中,引用计数较少使用,标记清除更为常见。
标记清除
1.标记清除
这是JavaScript中最主流的垃圾回收方式。当变量进入执行环境时,将其标记为“进入环境”。从逻辑上看,进入环境的变量内存不可释放,因为执行流可能随时访问它们。当变量离开环境时,则标记为“离开环境”。
垃圾收集器运行时,会给内存中所有变量添加标记。随后,它移除环境中的变量及其引用的变量的标记。剩余带有标记的变量被视为待删除变量,因为环境已无法访问它们。最后,垃圾收集器清除这些带标记的值,并回收其占用的内存空间。

通过以下示例解释该方法:
var m = 0,n = 19 // 把 m,n,add() 标记为进入环境。
add(m, n) // 把 a, b, c标记为进入环境。
console.log(n) // a,b,c标记为离开环境,等待垃圾回收。
function add(a, b) {
a++
var c = a + b
return c
}
引用计数
2.引用计数
“引用计数”指语言引擎维护一张“引用表”,记录内存中所有资源(通常为各种值)的引用次数。若某值的引用次数为0,表示该值不再被使用,可释放其内存。

上图中,左下角的两个值无任何引用,因此可以释放。
若某值不再需要但引用数不为0,垃圾回收机制无法释放该内存,从而导致内存泄漏。
var arr = [1, 2, 3, 4];
arr = [2, 4, 5]
console.log('浪里行舟');
上述代码中,数组[1, 2, 3, 4]占用内存。变量arr是唯一引用,故引用次数为1。即使后续代码未使用arr,它仍持续占用内存。关于如何释放内存,下文将介绍。
第三行代码中,数组[1, 2, 3, 4]引用的变量arr获取了新值,导致数组[1, 2, 3, 4]的引用次数减1,变为0。此时无法再访问该值,其占用的内存空间可被回收。
然而,引用计数存在最大缺陷:循环引用。
function func() {
let obj1 = {};
let obj2 = {};
obj1.a = obj2; // obj1 引用 obj2
obj2.a = obj1; // obj2 引用 obj1
}
当函数func执行结束,返回值为undefined,整个函数及内部变量应被回收。但根据引用计数法,obj1和obj2的引用次数均不为0,因此不会被回收。
解决循环引用问题的最佳方式是在不再使用时手动将其设为空。上述示例可如此处理:
obj1 = null;
obj2 = null;
引起内存泄漏的情况
三、哪些情况会引起内存泄漏?
尽管JavaScript具备自动垃圾收集功能,若代码编写不当,变量可能长期处于“进入环境”状态而无法回收。以下列举常见的内存泄漏情况:
意外的全局变量
1.意外的全局变量
function foo(arg) {
bar = "this is a hidden global variable";
}
bar未被声明,将成为全局变量,直至页面关闭前不会被释放。
另一种意外的全局变量可能由this创建:
function foo() {
this.variable = "potential accidental global";
}
// foo 调用自己,this 指向了全局对象(window)
foo();
在JavaScript文件头部添加'use strict'可避免此类错误。启用严格模式解析JavaScript,能有效防止意外全局变量的产生。
被遗忘的计时器或回调函数
2.被遗忘的计时器或回调函数
var someResource = getData();
setInterval(function() {
var node = document.getElementById('Node');
if(node) {
// 处理 node 和 someResource
node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
}
}, 1000);
此类代码常见。若id为Node的元素从DOM中移除,该定时器依然存在。同时,因回调函数引用了someResource,定时器外部的someResource也无法被释放。
闭包
3.闭包
function bindEvent(){
var obj=document.createElement('xxx')
obj.onclick=function(){
// Even if it is a empty function
}
}
闭包可维持函数内的局部变量,使其无法释放。上例在定义事件回调时,由于在函数内定义函数,且内部函数(事件回调)引用外部函数,形成了闭包。
// 将事件处理函数定义在外面
function bindEvent() {
var obj = document.createElement('xxx')
obj.onclick = onclickHandler
}
// 或者在定义事件处理函数的外部函数中,删除对dom的引用
function bindEvent() {
var obj = document.createElement('xxx')
obj.onclick = function() {
// Even if it is a empty function
}
obj = null
}
解决方法是将事件处理函数定义在外部以解除闭包,或在定义事件处理函数的外部函数中删除对DOM的引用。
没有清理的DOM元素引用
4.没有清理的DOM元素引用
有时保存DOM节点内部数据结构很有用。假如你想快速更新表格的几行内容,把每一行DOM存成字典(JSON键值对)或者数组很有意义。此时,同样的DOM元素存在两个引用:一个在DOM树中,另一个在字典中。将来你决定删除这些行时,需要把两个引用都清除。
var elements = {
button: document.getElementById('button'),
image: document.getElementById('image'),
text: document.getElementById('text')
};
function doStuff() {
image.src = 'http://some.url/image';
button.click();
console.log(text.innerHTML);
}
function removeButton() {
document.body.removeChild(document.getElementById('button'));
// 此时,仍旧存在一个全局的 #button 的引用
// elements 字典。button 元素仍旧在内存中,不能被 GC 回收。
}
虽然使用removeChild移除了button,但elements对象中仍保存着#button的引用,换言之,DOM元素仍在内存中。
内存泄漏的识别方法
四、内存泄漏的识别方法
新版本的Chrome可在performance中查看:

步骤:
- 打开开发者工具Performance
- 勾选Screenshots和memory
- 左上角小圆点开始录制(record)
- 停止录制
图中Heap对应的部分可以看到内存在周期性的回落,也能看到垃圾回收的周期。如果垃圾回收之后的最低值(我们称为min)在不断上涨,那么肯定是有较为严重的内存泄漏问题。
避免内存泄漏的方式
避免内存泄漏的一些方式:
- 减少不必要的全局变量,或者生命周期较长的对象,及时对无用的数据进行垃圾回收
- 注意程序逻辑,避免“死循环”之类的
- 避免创建过多的对象
总而言之需要遵循一条原则:不用了的东西要及时归还
垃圾回收的使用场景优化
五、垃圾回收的使用场景优化
数组array优化
1.数组array优化
将[]赋值给一个数组对象,是清空数组的捷径(例如:arr = [];),但是需要注意的是,这种方式又创建了一个新的空对象,并且将原来的数组对象变成了一小片内存垃圾!实际上,将数组长度赋值为0(arr.length = 0)也能达到清空数组的目的,并且同时能实现数组重用,减少内存垃圾的产生。
const arr = [1, 2, 3, 4];
console.log('浪里行舟');
arr.length = 0 // 可以直接让数字清空,而且数组类型不变。
// arr = []; 虽然让a变量成一个空数组,但是在堆上重新申请了一个空数组对象。
对象尽量复用
2.对象尽量复用
对象尽量复用,尤其是在循环等地方出现创建新对象,能复用就复用。不用的对象,尽可能设置为null,尽快被垃圾回收掉。
var t = {} // 每次循环都会创建一个新对象。
for (var i = 0; i < 10; i++) {
// var t = {};// 每次循环都会创建一个新对象。
t.age = 19
t.name = '123'
t.index = i
console.log(t)
}
t = null //对象如果已经不用了,那就立即设置为null;等待垃圾回收。
循环中的函数表达式优化
3.在循环中的函数表达式,能复用最好放到循环外面。
// 在循环中最好也别使用函数表达式。
for (var k = 0; k < 10; k++) {
var t = function(a) {
// 创建了10次 函数对象。
console.log(a)
}
t(k)
}
// 推荐用法
function t(a) {
console.log(a)
}
for (var k = 0; k < 10; k++) {
t(k)
}
t = null
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对本站的支持。
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