JavaScript垃圾回收機制知識實例分析

本文小編為大家詳細介紹“JavaScript垃圾回收機制知識實例分析”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“JavaScript垃圾回收機制知識實例分析”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

一、前言

垃圾回收是JavaScript的隱藏機制，我們通常無需為垃圾回收勞心費力，只需要專注功能的開發就好了。但是這并不意味著我們在編寫JavaScript的時候就可以高枕無憂了，伴隨著我們實現的功能越來越復雜，代碼量越積越大，性能問題就變的越來越突出。如何寫出執行速度更快，而且占用內存更小的代碼是程序員永無止歇的追求。一個優秀的程序員總是能在極其有限的資源下，實現驚人的效果，這也正式蕓蕓眾生和高高在上的神祗之間的區別。

二、何為垃圾

代碼執行在計算機的內存中，我們在代碼中定義的所有變量、對象、函數都會在內存中占用一定的內存空間。在計算機中，內存空間是非常緊張的資源，我們必須時時刻刻注意內存的占用量，畢竟內存條非常貴！如果一個變量、函數或者對象在創建之后不再被后繼的代碼執行所需要，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，但是對于一個計算機程序來說，我們很難在某一時刻斷定當前存在的變量、函數或者對象在未來不再使用。為了降低計算機內存的開銷，同時又保證計算機程序正常執行，我們通常規定滿足以下任一條件的對象或者變量為垃圾：

• 沒有被引用的對象或者變量；

• 無法訪問到的對象（多個對象之間循環引用）；

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

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

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

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

三、垃圾回收

垃圾回收機制（GC,Garbage Collection）負責在程序執行過程中回收無用的變量和內存占用的空間。一個對象雖然沒有再次使用的可能，但是仍然存在于內存中的現象被稱為內存泄漏。內存泄漏是非常危險的現象，尤其在長時間運行的程序中。如果一個程序出現了內存泄漏，它占用的內存空間就會越來越多，直至耗盡內存。

字符串、對象和數組沒有固定的大小，所以只有當它們大小已知時才能對它們進行動態的存儲分配。JavaScript程序每次創建字符串、數組或對象時，解釋器都要分配內存才存儲這個實體。只要像這樣動態地分配了內存，最終都要釋放這些內存以便它們能夠被再次利用;否則，JavaScript的解釋器將會消耗完系統中所有可用的內存，造成系統崩潰。

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

四、可達性（Reachability）

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

JavaScript規定了一個固有的可達值集合，集合中的值天生就是可達的：

當前正在執行的函數上下文（包括函數內的局部變量、函數的參數等）；當前嵌套調用鏈上的其他函數、它們的局部變量和參數；全局變量；其他內部的變量；

以上變量稱為根，是可達性樹的頂層節點。

如果一個變量或則對象，直接或者間接的被根變量應用，則認為這個變量是可達的。

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

五、可達性舉例

層次關聯

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

以上代碼創建了一個對象，并賦值給了變量people，變量people中包含了兩個對象boys和girls，boys和girls中又分別包含了兩個子對象。這也就創建了一個包含了3層引用關系的數據結構（不考慮基礎類型數據的情況下），

如下圖：

其中，people節點由于是全局變量，所以天然可達。boys和girls節點由于被全局變量直接引用，構成間接可達。boys1、boys2、girls1和girls2由于被全局變量間接應用，可以通過people.boys.boys訪問，因此也屬于可達變量。

如果我們在以上代碼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變成如下形式：

其中，girls1和girls2由于和grils節點斷開連接，從而變成了不可達節點，意味著將被垃圾回收機制回收。

而如果此時，我們再執行以下代碼：

people.boys.boys2 = null;

那么引用層次圖將變成如下形式：

此時，雖然boys節點和boys2節點斷開了連接，但是由于boys2節點和girls節點之間存在引用關系，所以boys2仍然屬于可達的，不會被垃圾回收機制回收。

以上關聯關系圖證明了為何稱全局變量等值為根，因為在關聯關系圖中，這一類值通常作為關系樹的根節點出現。

相互關聯

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girls1
people.girls.girls1.boyfriend = people.boys.boys2;	//girls1引用boys2

以上代碼在boys2和girls1之間創建了一個相互關聯的關系，關系結構圖如下：

此時，如果我們切斷boys和boys2之間的關聯：

delete people.boys.boys2;

對象之間的關聯關系圖如下：

顯然，并沒有不可達的節點出現。

此時，如果我們切斷boyfriend關系連接：

delete people.girls.girls1;

關系圖變為：

此時，雖然boys2和girls1之間還存在girlfriend關系，但是，boys2以及變為不可達節點，將被垃圾回收機制收回。

可達孤島

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，雖然虛線框內部的對象之間仍然存在相互引用的關系，但是這些對象同樣是不可達的，并會被垃圾回收機制刪除。這些節點已經和根脫離了關系，變的不可達。

六、垃圾回收算法

引用計數

所謂引用計-數，顧名思義，就是每次對象被引用時都進行計數，增加引用就加一，刪除引用就減一，如果引用數變為0，那么就被認定為垃圾，從而刪除對象回收內存。

舉個例子：

let user = {username:'xiaoming'};//對象被user變量引用，計數+1
let user2 = user;//對象被新的變量引用，計數+1
user = null;//變量不再引用對象，計數-1
user2 = null;//變量不再引用對象，奇數-1
//此時，對象引用數為0，會被刪除

雖然看起來引用計數方法非常合理，實際上，采用引用計數方法的內存回收機制存在明顯的漏洞。

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，計數刪掉boy和girl內的引用，二者對象并不會被回收。由于循環引用的存在，兩個匿名對象的引用計數永遠不會歸零，也就產生了內存泄漏。

在C++中存在一個智能指針（shared_ptr）的概念，程序員可以通過智能指針，利用對象析構函數釋放引用計數。但是對于循環引用的狀況就會產生內存泄漏。

好在JavaScript已經采用了另外一種更為安全的策略，更大程度上避免了內存泄漏的風險。

標記清除

標記清除（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，廣度優先遍歷變量之間的引用關系，對于遍歷過的變量打上一個標記（優秀員工徽章），最后刪除沒有標記的對象。

算法基本過程如下：

• 垃圾收集器找到所有的根，并頒發優秀員工徽章（標記）；

• 然后它遍歷優秀員工，并將優秀員工引用的對象同樣打上優秀員工標記；

• 反復執行第2步，直至無新的優秀員工加入；

• 沒有被標記的對象都會被刪除。

舉個栗子：

如果我們程序中存在如下圖所示的對象引用關系：

我們可以清晰的看到，在整個圖片的右側存在一個“可達孤島”，從根出發，永遠無法到達孤島。但是垃圾回收器并沒有我們這種上帝視角，它們只會根據算法會首先把根節點打上優秀員工標記。

然后從優秀員工出發，找到所有被優秀員工引用的節點，如上圖中虛線框中的三個節點。然后把新找到的節點同樣打上優秀員工標記。

反復執行查找和標記的過程，直至所有能找到的節點都被成功標記。

最終達到下圖所示的效果：

由于在算法執行周期結束之后，右側的孤島仍然沒有標記，因此會被垃圾回收器任務無法到達這些節點，最終被清除。

如果學過數據結構和算法的童鞋可能會驚奇的發現，這不就是圖的遍歷嗎，類似于連通圖算法。

七、性能優化

垃圾回收是一個規模龐大的工作，尤其在代碼量非常大的時候，頻繁執行垃圾回收算法會明顯拖累程序的執行。JavaScript算法在垃圾回收上做了很多優化，從而在保證回收工作正常執行的前提下，保證程序能夠高效的執行。

性能優化采取的策略通常包括以下幾點：

分代回收

JavaScript程序在執行過程中會維持相當量級的變量數目，頻繁掃描這些變量會造成明顯的開銷。但是這些變量在生命周期上各有特點，例如局部變量會頻繁的創建，迅速的使用，然后丟棄，而全局變量則會長久的占據內存。JavaScript把兩類對象分開管理，對于快速創建、使用并丟棄的局部變量，垃圾回收器會頻繁的掃描，保證這些變量在失去作用后迅速被清理。而對于哪些長久把持內存的變量，降低檢查它們的頻率，從而節約一定的開銷。

增量收集

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

空閑收集

CPU即使是在復雜的程序中也不是一直都有工作的，這主要是因為CPU工作的速度非常快，外圍IO往往慢上幾個數量級，所以在CPU空閑的時候安排垃圾回收策略是一種非常有效的性能優化手段，而且基本不會對程序本身造成不良影響。這種策略就類似于系統的空閑時間升級一樣，用戶根本察覺不到后臺的執行。

讀到這里，這篇“JavaScript垃圾回收機制知識實例分析”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。