加深對JavaScript閉包closure概念的理解

在網路上查閱了不少JavaScript閉包(closure)相關的資料，寫的大多是非常的學術和專業。對於初學者來說別說理解閉包了，就連文字敘述都很難看懂。撰寫此文的目的就是用最通俗的文字來揭開JavaScript閉包的真實面目。

1. 什麼是閉包？

「官方」的解釋是：閉包是一個擁有許多變數和綁定了這些變數的環境的表達式（通常是一個函數），因而這些變數也是該表達式的一部分。 相信很少人能直接看懂這句話，因為他描述的太學術。其實這句話通俗的來說就是：JavaScript中所有的function都是一個閉包。不過一般來說，嵌套的function所產生的閉包更為強大，也是大部分時候我們所謂的「閉包」。看下面這段程式碼：

function a() {
    var i = 0;
    function b() {
        alert(++i);
    }
    return b;
}
var c = a();
c();

這段程式碼有兩個特點：

函數b嵌套在函數a內部；

函數a回傳函數b。

這樣在執行完var c=a()後，變數c其實是指向了函數b，b中用到了變數i，再執行c()後就會彈出一個視窗顯示i的值(第一次為1)。這段程式碼其實就創造了一個閉包，為什麼？因為函數a外的變數c引用了函數a內的函數b，就是說：當函數a的內部函數b被函數a外的一個變數引用的時候，就創建了一個我們通常所謂的「閉包」。

讓我們說的更透徹一些。所謂“閉包”，就是在建構函數體內定義另外的函數作為目標物件的方法函數，而這個物件的方法函數反過來引用外層函數體中的臨時變數。這使得只要目標 物件在生存期間始終能保持其方法，就能間接保持原構造函數體當時用到的臨時變數值。儘管最開始的建構函式呼叫已經結束，臨時變數的名稱也都消失了，但在目 標對象的方法內卻始終能引用到該變數的值，而且該值只能通這種方法來存取。即使再次呼叫相同的建構函數，只會產生新物件和方法，新的臨時變數只是對應新 的值，和上次那次呼叫的是各自獨立的。

為了更深刻的理解閉包，以下讓我們繼續探索閉包的作用和效果。

2. 閉包有什麼作用和效果？

簡而言之，閉包的作用就是在a執行完並返​​回後，閉包使得Javascript的垃圾回收機制GC不會收回a所佔用的資源，因為a的內部函數b的執行需要依賴a中的變數。這是對閉包作用的非常直白的描述，不專業也不嚴謹，但你一定能看懂。理解閉包需要循序漸進的過程。

在上面的例子中，由於閉包的存在使得函數a返回後，a中的i始終存在，這樣每次執行c()，i都是自加1後alert出i的值。

那我們來想像另一種情況，如果a回傳的不是函數b，情況就完全不同了。因為a執行完後，b沒有被回傳給a的外界，只是被a所引用，而此時a也只會被b引用，因此函數a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用) ，函數a和b就會被GC回收。

3. 閉包的微觀世界

如果要更加深入的了解閉包以及函數a和嵌套函數b的關係，我們需要引入另外幾個概念：函數的執行環境(excution context)、活動對象(call object)、作用域(scope)、作用域鏈(scope chain)。以函數a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。

當定義函數a的時候，js解釋器會將函數a的作用域鏈(scope chain)設定為定義a時a所在的“環境”，如果a是一個全域函數，則scope chain中只有window對象。

當執行函數a的時候，a會進入對應的執行環境(excution context)。

在創建執行環境的過程中，首先會為a增加一個scope屬性，即a的作用域，其值為第1步驟中的scope chain。即a.scope=a的作用域鏈。

然後執行環境會建立一個活動物件(call object)。活動對像也是擁有屬性的對象，但它不具有原型且不能透過JavaScript程式碼直接存取。建立完活動物件後，把活動物件加入a的作用域鏈的最頂端。此時a的作用域鏈包含了兩個物件：a的活動物件和window物件。

下一步是在活動物件上新增一個arguments屬性，它保存著呼叫函數a時所傳遞的參數。

最后把所有函数a的形参和内部的函数b的引用也添加到a的活动对象上。在这一步中，完成了函数b的的定义，因此如同第3步，函数b的作用域链被设置为b所被定义的环境，即a的作用域。

到此，整个函数a从定义到执行的步骤就完成了。此时a返回函数b的引用给c，又函数b的作用域链包含了对函数a的活动对象的引用，也就是说b可以访问到a中定义的所有变量和函数。函数b被c引用，函数b又依赖函数a，因此函数a在返回后不会被GC回收。

当函数b执行的时候亦会像以上步骤一样。因此，执行时b的作用域链包含了3个对象：b的活动对象、a的活动对象和window对象

当在函数b中访问一个变量的时候，搜索顺序是：

先搜索自身的活动对象，如果存在则返回，如果不存在将继续搜索函数a的活动对象，依次查找，直到找到为止。

如果函数b存在prototype原型对象，则在查找完自身的活动对象后先查找自身的原型对象，再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。

如果整个作用域链上都无法找到，则返回undefined。

小结，本段中提到了两个重要的词语：函数的定义与执行。文中提到函数的作用域是在定义函数时候就已经确定，而不是在执行的时候确定（参看步骤1和3）。用一段代码来说明这个问题：

function f(x) {
    var g = function () { return x; }
    return g;
}
var h = f(1);
alert(h());

这段代码中变量h指向了f中的那个匿名函数(由g返回)。

假设函数h的作用域是在执行alert(h())确定的，那么此时h的作用域链是：h的活动对象->alert的活动对象->window对象。

假设函数h的作用域是在定义时确定的，就是说h指向的那个匿名函数在定义的时候就已经确定了作用域。那么在执行的时候，h的作用域链为：h的活动对象->f的活动对象->window对象。

如果第一种假设成立，那输出值就是undefined；如果第二种假设成立，输出值则为1。运行结果证明了第2个假设是正确的，说明函数的作用域确实是在定义这个函数的时候就已经确定了。

4. 闭包的应用场景

保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例，函数a中i只有函数b才能访问，而无法通过其他途径访问到，因此保护了i的安全性。

在内存中维持一个变量。依然如前例，由于闭包，函数a中i的一直存在于内存中，因此每次执行c()，都会给i自加1。

function Constructor(...) {
    var that = this;
    var membername = value;
    function membername(...) {...}
}

以上3点是闭包最基本的应用场景，很多经典案例都源于此。

5. JavaScript的垃圾回收机制

在Javascript中，如果一个对象不再被引用，那么这个对象就会被GC回收。如果两个对象互相引用，而不再被第3者所引用，那么这两个互相引用的对象也会被回收。因为函数a被b引用，b又被a外的c引用，这就是为什么函数a执行后不会被回收的原因。

6. 结语

理解JavaScript的闭包是迈向高级JS程序员的必经之路，理解了其解释和运行机制才能写出更为安全和优雅的代码。