JavaScript內(nèi)存泄漏監(jiān)測(cè)工具M(jìn)emLab怎么安裝使用

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一、MemLab簡介

上周，F(xiàn)acebook母公司Meta 宣布了開源 MemLab，一個(gè)基于 Chromium 的瀏覽器的 JavaScript 應(yīng)用程序內(nèi)存泄漏監(jiān)測(cè)工具。同時(shí)，F(xiàn)acebook 技術(shù)團(tuán)隊(duì)指出：“應(yīng)用程序的性能和功能正確性問題通常會(huì)被用戶立即留意到。然而內(nèi)存泄漏卻不一樣，它不容易被立即察覺，但它每次都會(huì)吃掉一大塊內(nèi)存，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)話的響應(yīng)變得非常慢。”

為了幫助開發(fā)人員解決這個(gè)問題，Meta 構(gòu)建了MemLab，它可以自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存泄漏檢測(cè)并更容易找到泄漏的根本原因。據(jù)官方公告稱，Meta 內(nèi)部使用它成功地控制了不可持續(xù)的內(nèi)存增長，并識(shí)別了產(chǎn)品和基礎(chǔ)設(shè)施中的內(nèi)存泄漏和內(nèi)存優(yōu)化機(jī)會(huì)。目前，Meta 已經(jīng)在 GitHub 上開源了 MemLab。

Facebook在 2020 年被重新設(shè)計(jì)為單頁應(yīng)用程序 (SPA)，該應(yīng)用程序的大部分渲染和導(dǎo)航使用客戶端 JavaScript。而 Meta 的大多數(shù)其他流行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序都使用了類似的架構(gòu)來構(gòu)建，包括 Instagram 和 Workplace。

雖然這種架構(gòu)使其能夠提供更快的用戶交互、更好的開發(fā)人員體驗(yàn)和更像應(yīng)用程序的感覺，但在客戶端維護(hù) Web 應(yīng)用程序狀態(tài)會(huì)使有效管理客戶端內(nèi)存變得更加復(fù)雜。且內(nèi)存泄漏的后果在單頁應(yīng)用程序（SPA）中更為嚴(yán)重，因?yàn)橛脩艨赡軙?huì)在較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)與頁面交互，而 MemLab 就是專為這種場(chǎng)景設(shè)計(jì)的。

在許多情況下，JavaScript 可能會(huì)泄漏內(nèi)存。比如，F(xiàn)acebook 工程師 Liang Gong 和 Glenn Conner 就在公告中談到，當(dāng)你向 Chrome 控制臺(tái)發(fā)送一個(gè)對(duì)象時(shí)，Chrome 會(huì)對(duì)其進(jìn)行隱藏引用，以防止它被收集。另外，auth0 工程師 Sebastian Peyrott 也曾談到，其他可能出現(xiàn)泄漏或未綁定內(nèi)存增長的情況則與意外使用全局變量、忘記計(jì)時(shí)器或回調(diào)以及 DOM 外引用有關(guān)。

雖然 Chrome 開發(fā)者工具提供了檢查 JavaScript 代碼的內(nèi)存行為的基本手段，比如時(shí)間線視圖和配置文件視圖，但這并不直接，也不能自動(dòng)化。相反，MemLab 則可以很容易地集成到 CI/CD 管道中，Gong 和 Conner 介紹道。

二、工作原理

MemLab 的工作原理是通過預(yù)定義的測(cè)試場(chǎng)景運(yùn)行 headless 瀏覽器并對(duì) JavaScript heap snapshots 進(jìn)行差異分析來發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏。要達(dá)到這一目的，需要經(jīng)過如下幾步：

• 導(dǎo)航到頁面并返回；

• 查找未釋放的對(duì)象；

• 顯示泄露追蹤結(jié)果。

據(jù)悉，MemLab 使用了一個(gè)名為“Puppeteer”的 Node.js 庫。它可以控制 Google Chrome 或其它基于 Chromium 內(nèi)核打造的瀏覽器，且默認(rèn)情況下以 headless 模式運(yùn)行（方便命令行交互）。

Facebook 工程師解釋稱，MemLab 的工作方式就是導(dǎo)航到一個(gè)頁面、然后離開。正常情況下，可預(yù)計(jì)該頁面分配的大部分內(nèi)存也將被釋放。但若沒有被釋放，則意味其存在極高的內(nèi)存泄露可能性。

  我們知道，React 使用存儲(chǔ)在樹結(jié)構(gòu)中、被稱作 Fibers 的對(duì)象，來表示內(nèi)存中的瀏覽器文檔對(duì)象模型（DOM）。據(jù)該團(tuán)隊(duì)所述，這可能是存在“巨大內(nèi)存泄露”的一個(gè)主要原因。擁有強(qiáng)連接圖的缺點(diǎn)很是顯著，若有任何外部引用指向圖的任何部分，就無法對(duì)整個(gè)圖開展垃圾回收。

對(duì)于瀏覽器內(nèi)存泄漏檢測(cè)，MemLab 需要開發(fā)人員提供的唯一輸入是一個(gè)測(cè)試場(chǎng)景文件，該文件定義了如何通過 overriding Puppeteer API 和 CSS 選擇器的三個(gè)回調(diào)來與網(wǎng)頁進(jìn)行交互。MemLab 會(huì)自動(dòng)對(duì) JavaScript heap 進(jìn)行差異化處理，完善內(nèi)存泄漏，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行匯總。

MemLab 的另一特性，就是提供了 JavaScript 堆的圖形視圖、啟用了用于檢查堆快照的 API 。這意味著開發(fā)者能夠編寫開展內(nèi)存斷言的測(cè)試，例如聲明某個(gè)對(duì)象將不再存在于內(nèi)存中。

此外還有一個(gè)用于查找重復(fù)字符串實(shí)例的工具，在某個(gè)案例中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)字符串占用了 70% 的堆、且其中半數(shù)至少有一個(gè)重復(fù)的實(shí)例。包括 Chrome、Edge、Firefox 在內(nèi)的瀏覽器，都有附帶內(nèi)存檢查工具。但正如以為開發(fā)者在 Hacker News 上吐槽的那樣，這些開發(fā)工具難以在調(diào)試過程中揪出內(nèi)存泄露的問題。

最后，MemLab 的另一項(xiàng)強(qiáng)大功能，就是可以在測(cè)試期間作為命令過程的一部分而運(yùn)行。這意味著如果代碼中引入了嚴(yán)重的泄露，開發(fā)者們也能夠在投入生產(chǎn)環(huán)境前加以捕獲。

除了內(nèi)存泄漏檢測(cè)之外，MemLab還包括一組用于查找內(nèi)存優(yōu)化機(jī)會(huì)的內(nèi)置CLI命令和api，并提供如下的功能：

• 堆內(nèi)容分解

• 監(jiān)測(cè)單個(gè)對(duì)象的內(nèi)存使用情況

• 查找重復(fù)的字符串實(shí)例

比如，監(jiān)測(cè)瀏覽內(nèi)存泄漏部分UI。

跟蹤UI內(nèi)存泄漏的整個(gè)鏈路。

三、基本使用

3.1 安裝與使用

首先，需要全局安裝MemLab插件，安裝的命令如下：

npm install -g memlab

例如下面是找到谷歌Maps中的內(nèi)存泄漏的例子，我媽可以創(chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景文件來定義如何與谷歌Maps進(jìn)行交互，比如將其命名為test-google-maps.js。

function url() {
  return 'https://www.google.com/maps/@37.386427,-122.0428214,11z';
}
async function action(page) {
  await page.click('button[aria-label="Hotels"]');
}
async function back(page) {
  await page.click('[aria-label="Clear search"]');
}
module.exports = {action, back, url};

現(xiàn)在使用下面的命令運(yùn)行上面的js代碼, 當(dāng)memlab與web頁面進(jìn)行交互時(shí)就會(huì)運(yùn)行內(nèi)置的泄漏檢測(cè)器檢測(cè)內(nèi)存泄漏。

memlab run --scenario test-google-maps.js

執(zhí)行結(jié)束之后，Memlab就會(huì)打印內(nèi)存泄漏結(jié)果，顯示每個(gè)泄漏對(duì)象集群的一個(gè)代表性保留跟蹤。  

MemLab found 46 leak(s)
--Similar leaks in this run: 4--
--Retained size of leaked objects: 8.3MB--
[Window] (native) @35847 [8.3MB]
  --20 (element)--->  [InternalNode] (native) @130981728 [8.3MB]
  --8 (element)--->  [InternalNode] (native) @130980288 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [EventListener] (native) @131009888 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [V8EventListener] (native) @224808192 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [eventHandler] (closure) @168079 [8.3MB]
  --context (internal)--->  [<function scope>] (object) @181905 [8.3MB]
  --bigArray (variable)--->  [Array] (object) @182925 [8.3MB]
  --elements (internal)--->  [(object elements)] (array) @182929 [8.3MB]
...

接著，我們就可以通過這些捕獲的跟蹤信息定位到里面的方法。

當(dāng)然，我沒也可以使用Memlab查看基于從Chromium、Hermes、memlab或任何node.js或electronic .js程序中獲取的單個(gè)JavaScript堆快照檢測(cè)到的內(nèi)存問題。

memlab view-heap --snapshot <PATH TO .heapsnapshot FILE>

然后，我沒可以使用對(duì)象的id，比如node-id @28173來精確定位特定的堆對(duì)象。

當(dāng)然，Memlab也支持自定義的檢漏器，自定義檢漏器時(shí)需要在場(chǎng)景文件中添加一個(gè)filterLeak文檔。對(duì)于目標(biāo)交互分配的每個(gè)未釋放的堆對(duì)象(節(jié)點(diǎn))將調(diào)用filterLeak。

function filterLeak(node, heap) {
  // ... your leak detector logic
  // return true to mark the node as a memory leak
};

heap是最終JavaScript堆快照的圖形表示。

3.2 堆分析與研究

除了檢測(cè)內(nèi)存泄露意外，Memlab還提供了很多其他有用的命令，比如查看某個(gè)對(duì)象在運(yùn)行的交互過程中的整個(gè)鏈路。

memlab analyze unbound-object

獲取V8/hermes .heapsnapshot文件。

memlab analyze unbound-object --snapshot-dir <DIR_OF_SNAPSHOT_FILES>

使用memlab analyze查看所有內(nèi)置內(nèi)存分析。

memlab trace --node-id <HEAP_OBJECT_ID>

3.3 Memlab API

Memlab的npm包支持在瀏覽器中啟動(dòng)端到端運(yùn)行并檢測(cè)內(nèi)存泄漏。

const memlab = require('memlab');
const scenario = {
    url: () => 'https://www.google.com/maps/@37.386427,-122.0428214,11z',
    action: async (page) => await page.click('button[aria-label="Hotels"]'),
    back: async (page) => await page.click('[aria-label="Clear search"]'),
}
memlab.run({scenario});

3.4 內(nèi)存斷言

Memlab支持在Node.js程序中進(jìn)行Jest測(cè)試，也可以使用圖視圖API來獲得其自身狀態(tài)的堆圖視圖，執(zhí)行自內(nèi)存檢查，并編寫各種內(nèi)存斷言。

import type {IHeapSnapshot} from '@memlab/core';
import {config, takeNodeMinimalHeap, tagObject} from '@memlab/core';
test('memory test', async () => {
  config.muteConsole = true;
  const o1 = {};
  let o2 = {};
  tagObject(o1, 'memlab-mark-1');
  tagObject(o2, 'memlab-mark-2');
  o2 = null;
  const heap: IHeapSnapshot = await takeNodeMinimalHeap();
   //斷言函數(shù)
  expect(heap.hasObjectWithTag('memlab-mark-1')).toBe(true);
  //斷言函數(shù)
  expect(heap.hasObjectWithTag('memlab-mark-2')).toBe(false);
}, 30000);

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