【探究】JavaScript内存回收机制

写在前面

JavaScript语言是一门优秀的脚本语言.其中包含脚本语言的灵活性外还拥有许多高级语言的特性.例如充许构建和实例化一个对象,垃圾回收机制(GC:Garbage Collecation).通常我们使用new创建对象,GC负责回收对象占用内存区域.因此了解GC,可以加深对JavaScript垃圾回收机制的理解。

认识GC

用局部变量和全局变量解释GC

GC在回收内存时,首先会判断该对象是否被其它对象引用.在确定没有其它对象引用便释放该对象内存区域.因此如何确定对象不再被引用是GC的关键所在.

function aa(){     this.rr = "弹窗"; } function bb(){     this.rr = "弹窗"; } var b1; function cc(){     var a1 = new aa();     b1 = new bb();     return b1; } cc(); alert(b1.rr) 

上面的代码中：执行完cc()后a1被回收了,此后我们可以通过b1.rr弹出文字窗口.在一些基础书籍中解释为:a1为局部变量,b1是全局变量.局部变量执行完后会被GC回收.但不全是这样,如下代码:

function aa(){     this.rr = "弹窗"; } function bb(){     this.rr = "弹窗"; } function cc(){     var a1 = new aa();     var b1 = new bb();     return b1; } var b1 = cc(); alert(b1.rr); 

此时cc函数中的 a1,b1都是局部变量,但仍然会弹出文字窗口.说明b1并没有被GC回收.因此javascript中局部变量不是所有时候都被GC回收的.

抽象理解GC

GC回收机制还需要近一步了解。在此时引入几个概念:双向链表,作用域链,活动对象(为了方便理解，简化了原文的概念[http://softbbs.pconline.com.cn/9497825.html]) , 其中双向链表描述复杂对象的上下层级关系. 作用域链与活动对象分别是双向链表中的某个节点.以函数cc为例变量层级关系为:

window<=>cc<=>a1<=>rr  <=>b1<=>rr 

在执行cc()方法时，内存中变量的引用关系如上图,文字解释如下:window的活动对象包括cc,假设window是顶级对象(因为运行中不会被回收)，cc的活动对象包括a1和b1，其作用域链是window，a1的活动对象包括rr，其作用域链是cc，b1的活动对象包括rr，其作用域链是cc。

执行cc()时，cc的执行环境会创建一个活动对象和一个作用域链.其局部变量a1,b1都会挂在cc的活动对象中.当cc()执行完毕后，执行环境会尝试回收活动对象占用的内存.但因局部变量b1 通过return b1,为其增加了一条作用域链:window<=>b1<=>rr,所以GC停止对b1回收。

因此如果想将一个局部变量/函数提升为全局的，为其增加一条作用域链就OK了。同时控制好对象的作用域链也变得重要了.因作用域链会意外导致GC无法回收目标对象.例如:

//猫 function cat(name){     var zhuren ;     this.name = name;     //设置主人     this.addZhuRen = function(zr){         zhuren = zr;     }     this.getZhuRen = function(){         return zhuren;     } } //主人 function zhuren(name){     this.name = name; } //创建主人: var zr = new zhuren("zhangsan"); //创建猫 var cat1 = new cat("asan"); //设置该猫的主人 cat1.addZhuRen(zr); //释放主人 zr = null ; //此处还存在对主人对象的引用 alert(cat1.getZhuRen().name);

原理

垃圾收集器会定期（周期性）找出那些不在继续使用的变量，然后释放其内存。

JavaScript垃圾回收的机制很简单：找出不再使用的变量，然后释放掉其占用的内存，但是这个过程不是实时的，因为其开销比较大，所以垃圾回收器会按照固定的时间间隔周期性的执行。

不再使用的变量也就是生命周期结束的变量，当然只可能是局部变量，全局变量的生命周期直至浏览器卸载页面才会结束。局部变量只在函数的执行过程中存在，而在这个过程中会为局部变量在栈或堆上分配相应的空间，以存储它们的值，然后在函数中使用这些变量，直至函数结束，而闭包中由于内部函数的原因，外部函数并不能算是结束。

举个例子：

function fn1() {    var obj = {name: 'hanzichi', age: 10};}function fn2() {    var obj = {name:'hanzichi', age: 10};    return obj;}var a = fn1();var b = fn2();

我们来看代码是如何执行的。首先定义了两个function，分别叫做fn1和fn2，当fn1被调用时，进入fn1的环境，会开辟一块内存存放对象{name: ‘hanzichi’, age: 10}，而当调用结束后，出了fn1的环境，那么该块内存会被js引擎中的垃圾回收器自动释放；在fn2被调用的过程中，返回的对象被全局变量b所指向，所以该块内存并不会被释放。

这里问题就出现了：到底哪个变量是没有用的？所以垃圾收集器必须跟踪到底哪个变量没用，对于不再有用的变量打上标记，以备将来收回其内存。用于标记的无用变量的策略可能因实现而有所区别，通常情况下有两种实现方式：标记清除和引用计数。引用计数不太常用，标记清除较为常用。

标记清除

js中最常用的垃圾回收方式就是标记清除。当变量进入环境时，例如，在函数中声明一个变量，就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应的环境，就可能会用到它们。而当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”。

function test(){    var a = 10 ; //被标记 ，进入环境     var b = 20 ; //被标记 ，进入环境}test(); //执行完毕 之后 a、b又被标离开环境，被回收。

垃圾回收器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记（当然，可以使用任何标记方式）。然后，它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记（闭包）。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量，原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后，垃圾回收器完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

到目前为止，IE、Firefox、Opera、Chrome、Safari的js实现使用的都是标记清除的垃圾回收策略或类似的策略，只不过垃圾收集的时间间隔互不相同。

引用计数

引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时，则这个值的引用次数就是1。如果同一个值又被赋给另一个变量，则该值的引用次数加1。相反，如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值，则这个值的引用次数减1。当这个值的引用次数变成0时，则说明没有办法再访问这个值了，因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样，当垃圾回收器下次再运行时，它就会释放那些引用次数为0的值所占用的内存。

function test(){    var a = {} ; //a的引用次数为0     var b = a ; //a的引用次数加1，为1     var c =a; //a的引用次数再加1，为2    var b ={}; //a的引用次数减1，为1}

Netscape Navigator3是最早使用引用计数策略的浏览器，但很快它就遇到一个严重的问题：循环引用。循环引用指的是对象A中包含一个指向对象B的指针，而对象B中也包含一个指向对象A的引用。

function fn() {    var a = {};    var b = {};    a.pro = b;    b.pro = a;}fn();

以上代码a和b的引用次数都是2，fn()执行完毕后，两个对象都已经离开环境，在标记清除方式下是没有问题的，但是在引用计数策略下，因为a和b的引用次数不为0，所以不会被垃圾回收器回收内存，如果fn函数被大量调用，就会造成内存泄露。在IE7与IE8上，内存直线上升。

我们知道，IE中有一部分对象并不是原生js对象。例如，其内存泄露DOM和BOM中的对象就是使用C++以COM对象的形式实现的，而COM对象的垃圾回收机制采用的就是引用计数策略。因此，即使IE的js引擎采用标记清除策略来实现，但js访问的COM对象依然是基于引用计数策略的。换句话说，只要在IE中涉及COM对象，就会存在循环引用的问题。

var element = document.getElementById("some_element");var myObject = new Object();myObject.e = element;element.o = myObject;

这个例子在一个DOM元素（element)与一个原生js对象（myObject)之间创建了循环引用。其中，变量myObject有一个名为element的属性指向element对象；而变量element也有一个属性名为o回指myObject。由于存在这个循环引用，即使例子中的DOM从页面中移除，它也永远不会被回收。

看上面的例子，有同学回觉得太弱了，谁会做这样无聊的事情，其实我们是不是就在做：

window.onload=function outerFunction(){    var obj = document.getElementById("element");    obj.onclick=function innerFunction(){};};

这段代码看起来没什么问题，但是obj引用了document.getElementById(“element”)，document.getElementById(“element”) 的onclick方法会引用外部环境中德变量，自然也包括obj，是不是很隐蔽啊。

解决办法

最简单的方式就是自己手工解除循环引用，比如刚才的函数可以这样：

myObject.element = null;element.o = null;

window.onload=function outerFunction(){    var obj = document.getElementById("element");    obj.onclick=function innerFunction(){};    obj=null;};

将变量设置为null意味着切断变量与它此前引用的值之间的连接。当垃圾回收器下次运行时，就会删除这些值并回收它们占用的内存。要注意的是，IE9+并不存在循环引用导致Dom内存泄露问题，可能是微软做了优化，或者Dom的回收方式已经改变

内存管理

什么时候触发垃圾回收？

垃圾回收器周期性运行，如果分配的内存非常多，那么回收工作也会很艰巨，确定垃圾回收时间间隔就变成了一个值得思考的问题。IE6的垃圾回收是根据内存分配量运行的，当环境中存在256个变量、4096个对象、64k的字符串任意一种情况的时候就会触发垃圾回收器工作，看起来很科学，不用按一段时间就调用一次，有时候会没必要，这样按需调用不是很好吗？但是如果环境中就是有这么多变量等一直存在，现在脚本如此复杂，很正常，那么结果就是垃圾回收器一直在工作，这样浏览器就没法儿玩儿了。

微软在IE7中做了调整，触发条件不再是固定的，而是动态修改的，初始值和IE6相同，如果垃圾回收器回收的内存分配量低于程序占用内存的15%，说明大部分内存不可被回收，设的垃圾回收触发条件过于敏感，这时候把临街条件翻倍，如果回收的内存高于85%，说明大部分内存早就该清理了，这时候把触发条件置回。这样就使垃圾回收工作提升了很多。

合理的GC方案

1、Javascript引擎基础GC方案是（simple GC）：mark and sweep（标记清除），即：
（1）遍历所有可访问的对象。
（2）回收已不可访问的对象。

2、GC的缺陷
和其他语言一样，javascript的GC策略也无法避免一个问题：GC时，停止响应其他操作，这是为了安全考虑。而Javascript的GC在100ms甚至以上，对一般的应用还好，但对于JS游戏，动画对连贯性要求比较高的应用，就麻烦了。这就是新引擎需要优化的点：避免GC造成的长时间停止响应。

3、GC优化策略

David大叔主要介绍了2个优化方案，而这也是最主要的2个优化方案了：

（1）分代回收（Generation GC）

这个和Java回收策略思想是一致的。目的是通过区分“临时”与“持久”对象；多回收“临时对象”区（young generation），少回收“持久对象”区（tenured generation），减少每次需遍历的对象，从而减少每次GC的耗时。如图：

这里需要补充的是：对于tenured generation对象，有额外的开销：把它从young generation迁移到tenured generation，另外，如果被引用了，那引用的指向也需要修改。

（2）增量GC

这个方案的思想很简单，就是“每次处理一点，下次再处理一点，如此类推”。

这种方案，虽然耗时短，但中断较多，带来了上下文切换频繁的问题。因为每种方案都其适用场景和缺点，因此在实际应用中，会根据实际情况选择方案。比如：低 (对象/s) 比率时，中断执行GC的频率，simple GC更低些；如果大量对象都是长期“存活”，则分代处理优势也不大。

@参考：《javascript 内存回收机制理解》
@参考：《跟我学习javascript的垃圾回收机制与内存管理》