4 Arten von JavaScript-Speicherlecks und wie man sie vermeidet, ausführliche Einführung

In diesem Artikel werden häufige clientseitige JavaScript-Speicherlecks untersucht und wie man sie mithilfe der Chrome Dev Tools findet.

Einführung

Speicherlecks sind ein Problem, mit dem jeder Entwickler irgendwann konfrontiert wird, und sie sind die Ursache vieler Probleme: langsame Reaktion, Abstürze, hohe Latenz und andere Anwendungsprobleme.

Was ist ein Speicherverlust?

Im Wesentlichen kann ein Speicherverlust wie folgt definiert werden: Wenn die Anwendung den Speicher aus irgendeinem Grund nicht mehr belegen muss, wird der Speicher nicht vom Betriebssystem oder dem verfügbaren Speicherpool zurückgefordert. Programmiersprachen unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie den Speicher verwalten. Nur Entwickler wissen am besten, welcher Speicher nicht mehr benötigt wird und vom Betriebssystem zurückgefordert werden kann. Einige Programmiersprachen bieten Sprachfunktionen, die Entwicklern dabei helfen, solche Dinge zu tun. Andere verlassen sich darauf, dass Entwickler sich darüber im Klaren sind, ob Speicher benötigt wird.

JavaScript-Speicherverwaltung

JavaScript ist eine Garbage-Collected-Sprache. Garbage-Collection-Sprachen helfen Entwicklern bei der Speicherverwaltung, indem sie regelmäßig prüfen, ob zuvor zugewiesener Speicher erreichbar ist. Mit anderen Worten, durch Müll gesammelte Sprachen lindern die Probleme „Speicher ist noch verfügbar“ und „Speicher ist noch erreichbar“. Der Unterschied zwischen den beiden ist subtil, aber wichtig: Nur der Entwickler weiß, welcher Speicher in Zukunft noch verwendet wird, während nicht erreichbarer Speicher algorithmisch ermittelt und markiert wird und vom Betriebssystem umgehend zurückgefordert wird.

JavaScript-Speicherlecks

Die Hauptursache für Speicherlecks in Garbage-Collected-Sprachen sind unerwünschte Verweise. Bevor Sie es verstehen, müssen Sie verstehen, wie die Garbage-Collection-Sprache zwischen erreichbarem und nicht erreichbarem Speicher unterscheidet.

Mark-and-Sweep

Der von den meisten Garbage-Collection-Sprachen verwendete Algorithmus heißt Mark-and-Sweep. Der Algorithmus besteht aus den folgenden Schritten:

1. Der Garbage Collector erstellt eine Liste von „Wurzeln“. Wurzeln sind normalerweise Verweise auf globale Variablen in Ihrem Code. In JavaScript ist das „window“-Objekt eine globale Variable und wird als Root behandelt. Das Fensterobjekt ist immer vorhanden, sodass der Garbage Collector überprüfen kann, ob es und alle seine untergeordneten Objekte vorhanden sind (d. h. kein Müll sind).

2. Alle Wurzeln werden überprüft und als aktiv markiert (d. h. nicht). Müll). Alle Unterobjekte werden ebenfalls rekursiv überprüft. Wenn alle Objekte ab Root erreichbar sind, gelten sie nicht als Müll.

3. Der gesamte nicht markierte Speicher wird als Müll behandelt und der Collector kann den Speicher nun freigeben und an das Betriebssystem zurückgeben.

Moderne Garbage Collectors verfügen über verbesserte Algorithmen, aber das Wesentliche ist dasselbe: Der erreichbare Speicher wird markiert und der Rest wird durch Garbage Collection gesammelt.

Unnötige Referenz bedeutet, dass der Entwickler weiß, dass die Speicherreferenz nicht mehr benötigt wird, sie aber aus irgendeinem Grund immer noch im aktiven Stammbaum verbleibt. In JavaScript ist eine unerwünschte Referenz eine Variable, die im Code verbleibt und nicht mehr benötigt wird, aber auf einen Speicherbereich verweist, der freigegeben werden sollte. Einige Leute denken, dass dies ein Entwicklerfehler ist.

Um die häufigsten Speicherlecks in JavaScript zu verstehen, müssen wir verstehen, wie Referenzen leicht vergessen werden.

Drei Arten häufiger JavaScript-Speicherlecks

1: Unerwartete globale Variablen

JavaScript behandelt undefinierte Variablen locker: Undefinierte Variablen werden im globalen Objekt erstellt Variable. Im Browser ist das globale Objekt window .

function foo(arg) {
    bar = "this is a hidden global variable";
}

Die Wahrheit ist:

function foo(arg) {
    window.bar = "this is an explicit global variable";
}

Ich habe vergessen, foo intern in der Funktion var zu verwenden, und habe versehentlich eine globale Variable erstellt. Dieses Beispiel lässt eine einfache Zeichenfolge durchsickern, was harmlos ist, aber es gibt schlimmere Dinge.

Eine weitere unerwartete globale Variable kann durch this erstellt werden:

function foo() {
    this.variable = "potential accidental global";
}

// Foo 调用自己，this 指向了全局对象（window）
// 而不是 undefined
foo();

Fügen Sie 'use strict' am Anfang Ihrer JavaScript-Datei hinzu, um diese Art von Fehler zu vermeiden. Aktivieren Sie das Parsen von JavaScript im strikten Modus, um unerwartete globale Variablen zu vermeiden.

Hinweise zu globalen Variablen

Obwohl wir einige unerwartete globale Variablen besprochen haben, gibt es immer noch Müll, der durch explizite globale Variablen generiert wird. Sie gelten als nicht recycelbar (sofern sie nicht als leer oder neu zugewiesen definiert sind). Insbesondere wenn globale Variablen zur temporären Speicherung und Verarbeitung großer Informationsmengen verwendet werden, ist Vorsicht geboten. Wenn Sie eine globale Variable zum Speichern einer großen Datenmenge verwenden müssen, stellen Sie sicher, dass Sie sie nach der Verwendung auf Null setzen oder neu definieren. Eine Hauptursache für den erhöhten Speicherverbrauch im Zusammenhang mit globalen Variablen ist das Caching. Das Zwischenspeichern von Daten dient der Wiederverwendung und der Cache muss eine Obergrenze für seine Größe haben, um nützlich zu sein. Ein hoher Speicherverbrauch führt dazu, dass der Cache seine Obergrenze überschreitet, da der zwischengespeicherte Inhalt nicht wiederhergestellt werden kann.

2: Vergessener Timer oder Rückruffunktion

Die Verwendung von setInterval in JavaScript ist sehr verbreitet. Ein häufiger Code:

var someResource = getData();
setInterval(function() {
    var node = document.getElementById('Node');
    if(node) {
        // 处理 node 和 someResource
        node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
    }
}, 1000);

Was dieses Beispiel veranschaulicht: Der mit dem Knoten oder den Daten verknüpfte Timer wird nicht mehr benötigt, das node-Objekt kann gelöscht werden und die gesamte Rückruffunktion wird nicht mehr benötigt benötigt. Die Timer-Rückruffunktion wurde jedoch immer noch nicht recycelt (sie wird erst recycelt, wenn der Timer stoppt). Gleichzeitig gilt: someResource Wenn große Datenmengen gespeichert werden, können diese nicht recycelt werden.

对于观察者的例子，一旦它们不再需要（或者关联的对象变成不可达），明确地移除它们非常重要。老的 IE 6 是无法处理循环引用的。如今，即使没有明确移除它们，一旦观察者对象变成不可达，大部分浏览器是可以回收观察者处理函数的。

观察者代码示例：

var element = document.getElementById('button');
function onClick(event) {
    element.innerHTML = 'text';
}

element.addEventListener('click', onClick);

对象观察者和循环引用注意事项

老版本的 IE 是无法检测 DOM 节点与 JavaScript 代码之间的循环引用，会导致内存泄露。如今，现代的浏览器（包括 IE 和 Microsoft Edge）使用了更先进的垃圾回收算法，已经可以正确检测和处理循环引用了。换言之，回收节点内存时，不必非要调用 removeEventListener 了。

3：脱离 DOM 的引用

有时，保存 DOM 节点内部数据结构很有用。假如你想快速更新表格的几行内容，把每一行 DOM 存成字典（JSON 键值对）或者数组很有意义。此时，同样的 DOM 元素存在两个引用：一个在 DOM 树中，另一个在字典中。将来你决定删除这些行时，需要把两个引用都清除。

var elements = {
    button: document.getElementById('button'),
    image: document.getElementById('image'),
    text: document.getElementById('text')
};

function doStuff() {
    image.src = 'http://some.url/image';
    button.click();
    console.log(text.innerHTML);
    // 更多逻辑
}

function removeButton() {
    // 按钮是 body 的后代元素
    document.body.removeChild(document.getElementById('button'));

    // 此时，仍旧存在一个全局的 #button 的引用
    // elements 字典。button 元素仍旧在内存中，不能被 GC 回收。
}

此外还要考虑 DOM 树内部或子节点的引用问题。假如你的 JavaScript 代码中保存了表格某一个 <td> 的引用。将来决定删除整个表格的时候，直觉认为 GC 会回收除了已保存的 <code><td> 以外的其它节点。实际情况并非如此：此<code><td> 是表格的子节点，子元素与父元素是引用关系。由于代码保留了 <code><td> 的引用，导致整个表格仍待在内存中。保存 DOM 元素引用的时候，要小心谨慎。<h2>4：<span class="wp_keywordlink">闭包</span> </h2> <p>闭包是 JavaScript 开发的一个关键方面：匿名函数可以访问父级作用域的变量。</p> <p>代码示例：</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>var theThing = null; var replaceThing = function () { var originalThing = theThing; var unused = function () { if (originalThing) console.log(&quot;hi&quot;); }; theThing = { longStr: new Array(1000000).join(&amp;#39;*&amp;#39;), someMethod: function () { console.log(someMessage); } }; }; setInterval(replaceThing, 1000);</pre><p>代码片段做了一件事情：每次调用 <code>replaceThing ，theThing 得到一个包含一个大数组和一个新闭包（someMethod）的新对象。同时，变量 unused 是一个引用 originalThing 的闭包（先前的 replaceThing 又调用了 theThing ）。思绪混乱了吗？最重要的事情是，闭包的作用域一旦创建，它们有同样的父级作用域，作用域是共享的。someMethod 可以通过 theThing 使用，someMethod 与 unused 分享闭包作用域，尽管 unused从未使用，它引用的 originalThing 迫使它保留在内存中（防止被回收）。当这段代码反复运行，就会看到内存占用不断上升，垃圾回收器（GC）并无法降低内存占用。本质上，闭包的链表已经创建，每一个闭包作用域携带一个指向大数组的间接的引用，造成严重的内存泄露。

Meteor 的博文 解释了如何修复此种问题。在 replaceThing 的最后添加 originalThing = null 。

Chrome 内存剖析工具概览

Chrome 提供了一套很棒的检测 JavaScript 内存占用的工具。与内存相关的两个重要的工具：timeline 和 profiles。

Timeline

timeline 可以检测代码中不需要的内存。在此截图中，我们可以看到潜在的泄露对象稳定的增长，数据采集快结束时，内存占用明显高于采集初期，Node（节点）的总量也很高。种种迹象表明，代码中存在 DOM 节点泄露的情况。

Profiles

Profiles 是你可以花费大量时间关注的工具，它可以保存快照，对比 JavaScript 代码内存使用的不同快照，也可以记录时间分配。每一次结果包含不同类型的列表，与内存泄露相关的有 summary（概要） 列表和 comparison（对照） 列表。

summary（概要） 列表展示了不同类型对象的分配及合计大小：shallow size（特定类型的所有对象的总大小），retained size（shallow size 加上其它与此关联的对象大小）。它还提供了一个概念，一个对象与关联的 GC root 的距离。

对比不同的快照的 comparison list 可以发现内存泄露。

实例：使用 Chrome 发现内存泄露

实质上有两种类型的泄露：周期性的内存增长导致的泄露，以及偶现的内存泄露。显而易见，周期性的内存泄露很容易发现；偶现的泄露比较棘手，一般容易被忽视，偶尔发生一次可能被认为是优化问题，周期性发生的则被认为是必须解决的 bug。

以 Chrome 文档中的代码为例：

var x = [];

function createSomeNodes() {
    var p,
        i = 100,
        frag = document.createDocumentFragment();

    for (;i > 0; i--) {
        p = document.createElement("p");
        p.appendChild(document.createTextNode(i + " - "+ new Date().toTimeString()));
        frag.appendChild(p);
    }

    document.getElementById("nodes").appendChild(frag);
}

function grow() {
    x.push(new Array(1000000).join('x'));
    createSomeNodes();
    setTimeout(grow,1000);
}

当 grow 执行的时候，开始创建 p 节点并插入到 DOM 中，并且给全局变量分配一个巨大的数组。通过以上提到的工具可以检测到内存稳定上升。

找出周期性增长的内存

timeline 标签擅长做这些。在 Chrome 中打开例子，打开 Dev Tools ，切换到 timeline，勾选 memory 并点击记录按钮，然后点击页面上的 The Button 按钮。过一阵停止记录看结果：

两种迹象显示出现了内存泄露，图中的 Nodes（绿线）和 JS heap（蓝线）。Nodes 稳定增长，并未下降，这是个显著的信号。

JS heap 的内存占用也是稳定增长。由于垃圾收集器的影响，并不那么容易发现。图中显示内存占用忽涨忽跌，实际上每一次下跌之后，JS heap 的大小都比原先大了。换言之，尽管垃圾收集器不断的收集内存，内存还是周期性的泄露了。

确定存在内存泄露之后，我们找找根源所在。

保存两个快照

切换到 Chrome Dev Tools 的 profiles 标签，刷新页面，等页面刷新完成之后，点击 Take Heap Snapshot 保存快照作为基准。而后再次点击 The Button 按钮，等数秒以后，保存第二个快照。

筛选菜单选择 Summary，右侧选择 Objects allocated between Snapshot 1 and Snapshot 2，或者筛选菜单选择 Comparison ，然后可以看到一个对比列表。

此例很容易找到内存泄露，看下 (string) 的 Size Delta Constructor，8MB，58个新对象。新对象被分配，但是没有释放，占用了8MB。

如果展开 (string) Constructor，会看到许多单独的内存分配。选择某一个单独的分配，下面的 retainers 会吸引我们的注意。

我们已选择的分配是数组的一部分，数组关联到 window 对象的 x 变量。这里展示了从巨大对象到无法回收的 root（window）的完整路径。我们已经找到了潜在的泄露以及它的出处。

我们的例子还算简单，只泄露了少量的 DOM 节点，利用以上提到的快照很容易发现。对于更大型的网站，Chrome 还提供了 Record Heap Allocations 功能。

Record heap allocations 找内存泄露

回到 Chrome Dev Tools 的 profiles 标签，点击 Record Heap Allocations。工具运行的时候，注意顶部的蓝条，代表了内存分配，每一秒有大量的内存分配。运行几秒以后停止。

上图中可以看到工具的杀手锏：选择某一条时间线，可以看到这个时间段的内存分配情况。尽可能选择接近峰值的时间线，下面的列表仅显示了三种 constructor：其一是泄露最严重的（string），下一个是关联的 DOM 分配，最后一个是 Text constructor（DOM 叶子节点包含的文本）。

从列表中选择一个 HTMLpElement constructor，然后选择 Allocation stack。

现在知道元素被分配到哪里了吧（grow -> createSomeNodes），仔细观察一下图中的时间线，发现 HTMLpElement constructor 调用了许多次，意味着内存一直被占用，无法被 GC 回收，我们知道了这些对象被分配的确切位置（createSomeNodes）。回到代码本身，探讨下如何修复内存泄露吧。

另一个有用的特性

在 heap allocations 的结果区域，选择 Allocation。

Diese Ansicht zeigt eine Liste von Funktionen im Zusammenhang mit der Speicherzuweisung. Wir sehen sofort grow und createSomeNodes. Wenn grow ausgewählt ist und der entsprechende Objektkonstruktor betrachtet wird, ist klar, dass (string), HTMLpElement und Text durchgesickert sind.

In Kombination mit den oben genannten Tools können Sie Speicherlecks leicht finden.

Die oben genannten 4 Arten von JavaScript-Speicherlecks und wie man sie im Detail vermeidet, finden Sie auf der chinesischen PHP-Website (www.php.cn).