JavaScript隱藏機(jī)制之垃圾回收知識(shí)點(diǎn)有哪些

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一、前言

垃圾回收是JavaScript的隱藏機(jī)制，我們通常無需為垃圾回收勞心費(fèi)力，只需要專注功能的開發(fā)就好了。但是這并不意味著我們?cè)诰帉?code>JavaScript的時(shí)候就可以高枕無憂了，伴隨著我們實(shí)現(xiàn)的功能越來越復(fù)雜，代碼量越積越大，性能問題就變的越來越突出。如何寫出執(zhí)行速度更快，而且占用內(nèi)存更小的代碼是程序員永無止歇的追求。一個(gè)優(yōu)秀的程序員總是能在極其有限的資源下，實(shí)現(xiàn)驚人的效果，這也正式蕓蕓眾生和高高在上的神祗之間的區(qū)別。

二、何為垃圾

代碼執(zhí)行在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，我們?cè)诖a中定義的所有變量、對(duì)象、函數(shù)都會(huì)在內(nèi)存中占用一定的內(nèi)存空間。在計(jì)算機(jī)中，內(nèi)存空間是非常緊張的資源，我們必須時(shí)時(shí)刻刻注意內(nèi)存的占用量，畢竟內(nèi)存條非常貴！如果一個(gè)變量、函數(shù)或者對(duì)象在創(chuàng)建之后不再被后繼的代碼執(zhí)行所需要，那么它就可以被稱作垃圾。

雖然從直觀上理解垃圾的定義非常容易，但是對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來說，我們很難在某一時(shí)刻斷定當(dāng)前存在的變量、函數(shù)或者對(duì)象在未來不再使用。為了降低計(jì)算機(jī)內(nèi)存的開銷，同時(shí)又保證計(jì)算機(jī)程序正常執(zhí)行，我們通常規(guī)定滿足以下任一條件的對(duì)象或者變量為垃圾：

1. 沒有被引用的對(duì)象或者變量；

2. 無法訪問到的對(duì)象（多個(gè)對(duì)象之間循環(huán)引用）；

沒有被引用的變量或者對(duì)象相當(dāng)于一座沒有門的房子，我們永遠(yuǎn)都無法進(jìn)入其中，因此不可能在用到它們。無法訪問到的對(duì)象之間雖然具備連通性，但是仍然無法從外部進(jìn)入其中，因此也無法再次被利用。滿足以上條件的對(duì)象或者變量，在程序未來執(zhí)行過程中絕對(duì)不會(huì)再次被采用，因此可以放心的當(dāng)作垃圾回收。

當(dāng)我們通過以上定義明確了需要丟棄的對(duì)象，是否就意味著剩余的變量、對(duì)象中就沒有垃圾了呢？

不是的！我們當(dāng)前分辨出的垃圾只是所有垃圾的一部分，仍然會(huì)有其他垃圾不滿足以上條件，但是也不會(huì)再次被使用了。

這是否可以說滿足以上定義的垃圾是“絕對(duì)垃圾”，其他隱藏在程序中的為“相對(duì)垃圾”呢？

三、垃圾回收

垃圾回收機(jī)制（GC,Garbage Collection）負(fù)責(zé)在程序執(zhí)行過程中回收無用的變量和內(nèi)存占用的空間。一個(gè)對(duì)象雖然沒有再次使用的可能，但是仍然存在于內(nèi)存中的現(xiàn)象被稱為內(nèi)存泄漏。內(nèi)存泄漏是非常危險(xiǎn)的現(xiàn)象，尤其在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的程序中。如果一個(gè)程序出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏，它占用的內(nèi)存空間就會(huì)越來越多，直至耗盡內(nèi)存。

字符串、對(duì)象和數(shù)組沒有固定的大小，所以只有當(dāng)它們大小已知時(shí)才能對(duì)它們進(jìn)行動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)分配。JavaScript程序每次創(chuàng)建字符串、數(shù)組或?qū)ο髸r(shí)，解釋器都要分配內(nèi)存才存儲(chǔ)這個(gè)實(shí)體。只要像這樣動(dòng)態(tài)地分配了內(nèi)存，最終都要釋放這些內(nèi)存以便它們能夠被再次利用;否則，JavaScript的解釋器將會(huì)消耗完系統(tǒng)中所有可用的內(nèi)存，造成系統(tǒng)崩潰。

JavaScript的垃圾回收機(jī)制會(huì)間歇性的檢查沒有用途的變量、對(duì)象（垃圾），并釋放條它們占用的空間。

四、可達(dá)性（Reachability）

不同的編程語言采用不同的垃圾回收策略，例如C++就沒有垃圾回收機(jī)制，所有的內(nèi)存管理靠程序員本身的技能，這也就造成了C++比較難以掌握的現(xiàn)狀。JavaScript采用可達(dá)性管理內(nèi)存，從字面意思上看，可達(dá)的意思是可以到達(dá)，也就是指程序可以通過某種方式訪問、使用的變量和對(duì)象，這些變量所占用的內(nèi)存是不可以被釋放的。

JavaScript規(guī)定了一個(gè)固有的可達(dá)值集合，集合中的值天生就是可達(dá)的：

1. 當(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)上下文（包括函數(shù)內(nèi)的局部變量、函數(shù)的參數(shù)等）；

2. 當(dāng)前嵌套調(diào)用鏈上的其他函數(shù)、它們的局部變量和參數(shù)；

3. 全局變量；

4. 其他內(nèi)部的變量；

以上變量稱為根，是可達(dá)性樹的頂層節(jié)點(diǎn)。

如果一個(gè)變量或則對(duì)象，直接或者間接的被根變量應(yīng)用，則認(rèn)為這個(gè)變量是可達(dá)的。

換一個(gè)說法，如果一個(gè)值能夠通過根訪問到（例如，A.b.c.d.e），那么這個(gè)值就是可達(dá)的。

五、可達(dá)性舉例

層次關(guān)聯(lián)：

let people = {
    boys:{
        boys1:{name:'xiaoming'},
        boys2:{name:'xiaojun'},
    },
    girls:{
        girls1:{name:'xiaohong'},
        girls2:{name:'huahua'},
    }};

以上代碼創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，并賦值給了變量people，變量people中包含了兩個(gè)對(duì)象boys和girls，boys和girls中又分別包含了兩個(gè)子對(duì)象。這也就創(chuàng)建了一個(gè)包含了3層引用關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（不考慮基礎(chǔ)類型數(shù)據(jù)的情況下），如下圖：

其中，people節(jié)點(diǎn)由于是全局變量，所以天然可達(dá)。boys和girls節(jié)點(diǎn)由于被全局變量直接引用，構(gòu)成間接可達(dá)。boys1、boys2、girls1和girls2由于被全局變量間接應(yīng)用，可以通過people.boys.boys訪問，因此也屬于可達(dá)變量。

如果我們?cè)谝陨洗a的后面加上以下代碼：

people.girls.girls2 = null;people.girls.girls1 = people.boys.boys2;

那么，以上引用層次圖將會(huì)變成如下形式：

其中，girls1和girls2由于和grils節(jié)點(diǎn)斷開連接，從而變成了不可達(dá)節(jié)點(diǎn)，意味著將被垃圾回收機(jī)制回收。

而如果此時(shí)，我們?cè)賵?zhí)行以下代碼：

people.boys.boys2 = null;

那么引用層次圖將變成如下形式：

此時(shí)，雖然boys節(jié)點(diǎn)和boys2節(jié)點(diǎn)斷開了連接，但是由于boys2節(jié)點(diǎn)和girls節(jié)點(diǎn)之間存在引用關(guān)系，所以boys2仍然屬于可達(dá)的，不會(huì)被垃圾回收機(jī)制回收。

以上關(guān)聯(lián)關(guān)系圖證明了為何稱全局變量等值為根，因?yàn)樵陉P(guān)聯(lián)關(guān)系圖中，這一類值通常作為關(guān)系樹的根節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。

相互關(guān)聯(lián)：

let people = {
    boys:{
        boys1:{name:'xiaoming'},
        boys2:{name:'xiaojun'},
    },
    girls:{
        girls1:{name:'xiaohong'},
        girls2:{name:'huahua'},
    }};people.boys.boys2.girlfriend = people.girls.girls1;	
    //boys2引用girls1people.girls.girls1.boyfriend = people.boys.boys2;	//girls1引用boys2

以上代碼在boys2和girls1之間創(chuàng)建了一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，關(guān)系結(jié)構(gòu)圖如下：

此時(shí)，如果我們切斷boys和boys2之間的關(guān)聯(lián)：

delete people.boys.boys2;

對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖如下：

顯然，并沒有不可達(dá)的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。

此時(shí)，如果我們切斷boyfriend關(guān)系連接：

delete people.girls.girls1;

關(guān)系圖變?yōu)椋?/p>

此時(shí)，雖然boys2和girls1之間還存在girlfriend關(guān)系，但是，boys2以及變?yōu)椴豢蛇_(dá)節(jié)點(diǎn)，將被垃圾回收機(jī)制收回。

可達(dá)孤島：

let people = {
    boys:{
        boys1:{name:'xiaoming'},
        boys2:{name:'xiaojun'},
    },
    girls:{
        girls1:{name:'xiaohong'},
        girls2:{name:'huahua'},
    }};delete people.boys;delete people.girls;

以上代碼形成的引用層次圖如下：

此時(shí)，雖然虛線框內(nèi)部的對(duì)象之間仍然存在相互引用的關(guān)系，但是這些對(duì)象同樣是不可達(dá)的，并會(huì)被垃圾回收機(jī)制刪除。這些節(jié)點(diǎn)已經(jīng)和根脫離了關(guān)系，變的不可達(dá)。

六、垃圾回收算法

引用計(jì)數(shù)

所謂引用計(jì)-數(shù)，顧名思義，就是每次對(duì)象被引用時(shí)都進(jìn)行計(jì)數(shù)，增加引用就加一，刪除引用就減一，如果引用數(shù)變?yōu)?，那么就被認(rèn)定為垃圾，從而刪除對(duì)象回收內(nèi)存。

舉個(gè)例子：

let user = {username:'xiaoming'};
//對(duì)象被user變量引用，計(jì)數(shù)+1
let user2 = user;
//對(duì)象被新的變量引用，計(jì)數(shù)+1
user = null;
//變量不再引用對(duì)象，計(jì)數(shù)-1
user2 = null;
//變量不再引用對(duì)象，奇數(shù)-1
//此時(shí)，對(duì)象引用數(shù)為0，會(huì)被刪除

雖然看起來引用計(jì)數(shù)方法非常合理，實(shí)際上，采用引用計(jì)數(shù)方法的內(nèi)存回收機(jī)制存在明顯的漏洞。

例如：

let boy = {};	
let girl = {};	
boy.girlfriend = girl;
girl.boyfriend = boy;
boy = null;
girl = null;

以上代碼在boy和girl之間存在相互引用，計(jì)數(shù)刪掉boy和girl內(nèi)的引用，二者對(duì)象并不會(huì)被回收。由于循環(huán)引用的存在，兩個(gè)匿名對(duì)象的引用計(jì)數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)歸零，也就產(chǎn)生了內(nèi)存泄漏。

在C++中存在一個(gè)智能指針（shared_ptr）的概念，程序員可以通過智能指針，利用對(duì)象析構(gòu)函數(shù)釋放引用計(jì)數(shù)。但是對(duì)于循環(huán)引用的狀況就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。

好在JavaScript已經(jīng)采用了另外一種更為安全的策略，更大程度上避免了內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

標(biāo)記清除

標(biāo)記清除（mark and sweep）是JavaScript引擎采取的垃圾回收算法，其基本原理是從根出發(fā)，廣度優(yōu)先遍歷變量之間的引用關(guān)系，對(duì)于遍歷過的變量打上一個(gè)標(biāo)記（優(yōu)秀員工徽章），最后刪除沒有標(biāo)記的對(duì)象。

算法基本過程如下：

1. 垃圾收集器找到所有的根，并頒發(fā)優(yōu)秀員工徽章（標(biāo)記）；

2. 然后它遍歷優(yōu)秀員工，并將優(yōu)秀員工引用的對(duì)象同樣打上優(yōu)秀員工標(biāo)記；

3. 反復(fù)執(zhí)行第2步，直至無新的優(yōu)秀員工加入；

4. 沒有被標(biāo)記的對(duì)象都會(huì)被刪除。

舉個(gè)栗子：

如果我們程序中存在如下圖所示的對(duì)象引用關(guān)系：

我們可以清晰的看到，在整個(gè)圖片的右側(cè)存在一個(gè)“可達(dá)孤島”，從根出發(fā)，永遠(yuǎn)無法到達(dá)孤島。但是垃圾回收器并沒有我們這種上帝視角，它們只會(huì)根據(jù)算法會(huì)首先把根節(jié)點(diǎn)打上優(yōu)秀員工標(biāo)記。

然后從優(yōu)秀員工出發(fā)，找到所有被優(yōu)秀員工引用的節(jié)點(diǎn)，如上圖中虛線框中的三個(gè)節(jié)點(diǎn)。然后把新找到的節(jié)點(diǎn)同樣打上優(yōu)秀員工標(biāo)記。

反復(fù)執(zhí)行查找和標(biāo)記的過程，直至所有能找到的節(jié)點(diǎn)都被成功標(biāo)記。

最終達(dá)到下圖所示的效果：

由于在算法執(zhí)行周期結(jié)束之后，右側(cè)的孤島仍然沒有標(biāo)記，因此會(huì)被垃圾回收器任務(wù)無法到達(dá)這些節(jié)點(diǎn)，最終被清除。

如果學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的童鞋可能會(huì)驚奇的發(fā)現(xiàn)，這不就是圖的遍歷嗎，類似于連通圖算法。

七、性能優(yōu)化

垃圾回收是一個(gè)規(guī)模龐大的工作，尤其在代碼量非常大的時(shí)候，頻繁執(zhí)行垃圾回收算法會(huì)明顯拖累程序的執(zhí)行。JavaScript算法在垃圾回收上做了很多優(yōu)化，從而在保證回收工作正常執(zhí)行的前提下，保證程序能夠高效的執(zhí)行。

性能優(yōu)化采取的策略通常包括以下幾點(diǎn)：

分代回收

JavaScript程序在執(zhí)行過程中會(huì)維持相當(dāng)量級(jí)的變量數(shù)目，頻繁掃描這些變量會(huì)造成明顯的開銷。但是這些變量在生命周期上各有特點(diǎn)，例如局部變量會(huì)頻繁的創(chuàng)建，迅速的使用，然后丟棄，而全局變量則會(huì)長(zhǎng)久的占據(jù)內(nèi)存。JavaScript把兩類對(duì)象分開管理，對(duì)于快速創(chuàng)建、使用并丟棄的局部變量，垃圾回收器會(huì)頻繁的掃描，保證這些變量在失去作用后迅速被清理。而對(duì)于哪些長(zhǎng)久把持內(nèi)存的變量，降低檢查它們的頻率，從而節(jié)約一定的開銷。

增量收集

增量式的思想在性能優(yōu)化上非常常見，同樣可以用于垃圾回收。在變量數(shù)目非常大時(shí)，一次性遍歷所有變量并頒發(fā)優(yōu)秀員工標(biāo)記顯然非常耗時(shí)，導(dǎo)致程序在執(zhí)行過程中存在卡頓。所以，引擎會(huì)把垃圾回收工作分成多個(gè)子任務(wù)，并在程序執(zhí)行的過程中逐步執(zhí)行每個(gè)小任務(wù)，這樣就會(huì)造成一定的回收延遲，但通常不會(huì)造成明顯的程序卡頓。

空閑收集

CPU即使是在復(fù)雜的程序中也不是一直都有工作的，這主要是因?yàn)?code>CPU工作的速度非?？?，外圍IO往往慢上幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以在CPU空閑的時(shí)候安排垃圾回收策略是一種非常有效的性能優(yōu)化手段，而且基本不會(huì)對(duì)程序本身造成不良影響。這種策略就類似于系統(tǒng)的空閑時(shí)間升級(jí)一樣，用戶根本察覺不到后臺(tái)的執(zhí)行。

到此，關(guān)于“JavaScript隱藏機(jī)制之垃圾回收知識(shí)點(diǎn)有哪些”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！