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JavaScript内存管理

对于JavaScript这样有垃圾回收机制的语言来说，内存管理可能是一个比较无关紧要的话题。但是有一点了解总不是坏事，毕竟有时也会碰到内存泄漏等情况。

1. 内存生命周期(Memory life cycle)

一句话来说，内存的生命周期就是：先分配内存，再使用内存，最后释放内存。分配和释放内存，JavaScript都会帮我们做；使用内存则是读/写分配好的内存空间，也就相当于读/写我们声明的常量、变量、对象等等。比如定义let a = 2，首先需要在内存里开辟一个存储a的空间；然后我们就可以对其进行读和写，比如赋值为2；当这个a不再被需要的时候，就将这块空间释放。

2. 堆内存和栈内存(The memory heap and stack)

对于任何我们定义的常量、变量、对象等等，他们都被存放在堆内存或者栈内存中。

2.1 栈内存

所有静态的数据都会被存储在栈内存中。这个静态意味着他们的大小在编译时(compile time)就是固定的，只需要开辟一个固定大小的空间就可以。在JavaScript里，静态的数据包括原始值(primitive values)：String、Number、Boolean、Undefined、Null，以及对象的引用。这里并不是对象本身，而是指向这个对象的引用。可以想象，对象本身是动态的，但是这个引用是静态的。

2.2 堆内存

相对应的，JavaScript中函数(function)与对象(object)的大小并不在编译时确定，它们是动态的。JavaScript不会事先给它们分配固定大小的空间，而是会在执行时(runtime)进行动态的调整。

下表做了一个简单的比较：

栈内存 堆内存

原始值和引用函数和对象

所需内存大小在编译时确定所需内存大小在运行时确定

分配的内存有固定上限无限制

2.3 对象的引用

前面提到对象的引用存储在栈内存中，而对象存储在堆内存中。这一点在第四版JavaScript高级程序设计的第四章中可以找到清晰的图解，或者也可以看这张图：

3. 垃圾回收

正因为JavaScript有垃圾回收机制，开发者才无需过多操心内存的管理。垃圾回收的基本思想就是周期性地确定哪些变量再也用不到了，就把它们所占用的内存给释放出去。但是，如何确定“一个变量再也用不到了”一听就是一个非常棘手的问题。实际上这个问题是**不可判定(undecidable)**的，所以现有的垃圾回收机制只是一个近似的，并且不完美的方案。

两种主流的垃圾回收机制：引用计数(Reference counting)和标记清除(Mark-and-sweep)。

3.1 引用计数

引用计数的思路是记录每个值被引用的次数，如果被引用的次数为0，则说明这个值不会被访问到，可以回收它占用的内存。但是这有一个严重的缺陷：循环引用。例如：

function problem() {
  let objA = {}
  let objB = {}
  objA.refToB = objB
  objB.refToA = objA
}

problem()

这个例子中objA和objB相互引用，它们的引用计数都是2。函数结束运行之后，objA和objB都不在作用域中，照理可以被清除，但是由于引用计数是2而不是0，它们不会被清除。如果problem()函数被多次调用，大量的内存会被占用而不会被清除，也就造成了内存泄漏。

3.2 标记清除

标记清除策略的关键是判断一个变量是否能被访问到(reachable)。这个思路把上文所提到的“确定一个变量再也用不到了”降级为了“确定一个变量再也不会被访问到“。

假定有一个**根对象(root)**。在浏览器中，这个根对象就是window对象；在NodeJS中，这个根对象是global对象。垃圾回收程序会从根对象开始，找到所有能被根对象访问到的对象，再继续找能被这些对象访问到的对象，循环往复。这样下来，所有可访问到(reachable)的对象都被找到了，剩余的则是不可访问(non-reachable)的对象。不可访问的对象都能够被释放。

标记清除解决了循环引用的问题。在上文的例子中，一旦problem()运行结束，objA和objB都会离开作用域，它们就成为不可访问的了，也就可以被清理。

4. 内存泄漏

JavaScript是一门特殊的语言：大部分情况下运行在浏览器中，而分配给浏览器的内存往往是很有限的。因此内存泄漏是一个大问题。下面列举一些容易造成内存泄漏的操作。

全局变量

不使用var、let或者const关键字声明变量，会导致该变量挂在window对象上。

function setAge() {
  age = 18
}

console.log(window.age) // 18

只要window不被清理，window对象上的属性就永远不会消失。当然只要在age前加上var、let或者const，变量就会在函数执行完毕后离开作用域。

定时器

没被销毁的定时器很容易造成内存泄漏。

let name = 'joe'
setInterval(() => {
  console.log(name)
}, 1000)

定时器的回调函数一直运行，引用的name就永远不会被清除。

闭包

let outer = function() {
  let name = 'joe'
  return function() {
    return name
  }
}

调用outer()之后，分配给name的内存就被泄漏了。

— May 13, 2022