JavaScript隱藏機制之垃圾回收知識總結

這篇文章為大家帶來了關於javascript的相關知識，其中主要介紹了垃圾回收的相關問題，垃圾回收是JavaScript的隱藏機制，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。

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一、前言

#垃圾回收是JavaScript的隱藏機制，我們通常不需要為垃圾回收勞心費力，只需要專注功能的開發就好了。但這並不意味著我們在寫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複雜，程式碼量越積越大，效能問題就變的越來越突出。如何寫出執行速度更快，而且佔用記憶體更小的程式碼是程式設計師永無止境的追求。優秀的程式設計師總是能在極為有限的資源下，達到驚人的效果，這也正式芸芸眾生和高高在上的神祗之間的差異。

二、何為垃圾

程式碼執行在電腦的記憶體中，我們在程式碼中定義的所有變數、物件、函數都會在記憶體中佔用一定的記憶體空間。在電腦中，記憶體空間是非常緊張的資源，我們必須時時刻刻注意記憶體的佔用量，畢竟記憶體條非常貴！如果一個變數、函數或物件在創建之後不再被後繼的程式碼執行所需要，那麼它就可以被稱為垃圾。

雖然從直覺上理解垃圾的定義非常容易，但是對於一個電腦程式來說，我們很難在某一時刻斷定當前存在的變數、函數或物件在未來不再使用。為了降低電腦記憶體的開銷，同時確保電腦程式正常執行，我們通常規定滿足以下任一條件的物件或變數為垃圾：

1. 沒有被引用的物件或變數；
2. 無法存取的物件（多個物件之間循環引用）；

沒有被引用的變數或物件相當於一座沒有門的房子，我們永遠都無法進入其中，因此不可能在用到它們。無法存取的物件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。滿足以上條件的物件或變量，在程式未來執行過程中絕對不會再次被採用，因此可以放心的當作垃圾回收。

當我們透過上述定義明確了需要丟棄的對象，是否就代表剩餘的變數、物件中就沒有垃圾了呢？

不是的！我們目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符合以上條件，但是也不會再被使用了。

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

三、垃圾回收

垃圾回收機制（GC,Garbage Collection）負責在程式執行過程中回收無用的變數和記憶體佔用的空間。一個物件雖然沒有再次使用的可能，但是仍然存在於記憶體中的現像被稱為記憶體洩漏。記憶體洩漏是非常危險的現象，尤其在長時間運行的程式中。如果一個程式出現了記憶體洩漏，它佔用的記憶體空間就會越來越多，直到耗盡記憶體。

字串、物件和陣列沒有固定的大小，所以只有當它們大小已知時才能對它們進行動態的儲存分配。 JavaScript程式每次建立字串、陣列或物件時，解釋器都要分配記憶體才儲存這個實體。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數、物件（垃圾），並釋放條它們所佔用的空間。

四、可達性（Reachability）

不同的程式語言採用不同的垃圾回收策略，例如C 就沒有垃圾回收機制，所有的記憶體管理靠程式設計師本身的技能，這也就造成了C 比較難以掌握的現況。 JavaScript採用可達性管理內存，從字面意思來看，可達的意思是可以到達，也就是指程式可以透過某種方式存取、使用的變數和對象，這些變數所佔用的記憶體是不可以被釋放的。

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：

1. 目前正在執行的函數上下文（包括函數內的局部變數、函數的參數等）；
2. 目前巢狀呼叫鏈上的其他函數、它們的局部變數和參數；
3. 全域變數；
4. 其他內部的變數；

以上變數稱為#​​##根，是可達性樹的頂層節點。

如果一個變數或則對象，直接或間接的被根變數應用，則認為這個變數是可達的。

換一個說法，如果一個值能夠透過根訪問到（例如，

A.b.c.d.e），那麼這個值就是可達的。

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'},
    }};

以上程式碼建立了一個對象，並賦值給了變數

people ，變數people中包含了兩個物件boys和girls，boys和girls中又分別包含了兩個子物件。這也就建立了一個包含了3層引用關係的資料結構（不考慮基礎型別資料的情況），如下圖：

其中，

people節點由於是全域變量，所以天然可達。 boys和girls節點由於被全域變數直接引用，構成間接可達。 boys1、boys2、girls1和girls2由於被全域變數間接應用，可以透過people.boys.boys訪問，因此也屬於可達變數。

如果我們在上述程式碼的後面加上以下程式碼：

people.girls.girls2 = null;people.girls.girls1 = people.boys.boys2;

那麼，以上引用層次圖將會變成如下形式：

其中，

girls1和girls2由於和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，我們再執行以下程式碼：

people.boys.boys2 = null;

那麼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，但由於boys2節點和girls節點之間存在引用關係，所以boys2仍屬於可達的，不會被垃圾回收機制回收。

以上關聯關係圖證明了為何稱全域變數等值為

根，因為在關聯關係圖中，這一類別值通常會作為關係樹的根節點出現。

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girls1people.girls.girls1.boyfriend = people.boys.boys2;	//girls1引用boys2

以上程式碼在

boys2和girls1之間創建了一個相互關聯的關係，關係結構圖如下：

此時，如果我們切斷

boys和boys2之間的關聯：

delete people.boys.boys2;

物件之間的關聯關係圖如下：

#顯然，並沒有不可達的節點出現。

此時，如果我們切斷

boyfriend關係連結：

delete people.girls.girls1;

關係圖變成：

##此時，雖然

boys2

和girls1之間還存在著girlfriend關係，但是，boys2以及變成不可達節點，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;

以上程式碼所形成的引用層次圖如下：

此時，雖然虛線框內部的物件之間仍然存在著相互引用的關係，但是這些物件同樣是不可達的，並且會被垃圾回收機制刪除。這些節點已經和

根

脫離了關係，變的不可達。 六、垃圾回收演算法

引用計數

所謂引用計-數，顧名思義，就是每次物件被引用時都會計數，增加引用就加一，刪除引用就減一，如果引用數變成0，那麼就被認定為垃圾，從而刪除物件回收記憶體。

舉個例子：

let user = {username:'xiaoming'};
//对象被user变量引用，计数+1
let user2 = user;
//对象被新的变量引用，计数+1
user = null;
//变量不再引用对象，计数-1
user2 = null;
//变量不再引用对象，奇数-1
//此时，对象引用数为0，会被删除

雖然看起來引用計數方法非常合理，但實際上，採用引用計數方法的記憶體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;

以上代码在boy和girl之间存在相互引用，计数删掉boy和girl内的引用，二者对象并不会被回收。由于循环引用的存在，两个匿名对象的引用计数永远不会归零，也就产生了内存泄漏。

在C++中存在一个智能指针（shared_ptr）的概念，程序员可以通过智能指针，利用对象析构函数释放引用计数。但是对于循环引用的状况就会产生内存泄漏。

好在JavaScript已经采用了另外一种更为安全的策略，更大程度上避免了内存泄漏的风险。

标记清除

标记清除（mark and sweep）是JavaScript引擎采取的垃圾回收算法，其基本原理是从根出发，广度优先遍历变量之间的引用关系，对于遍历过的变量打上一个标记（优秀员工徽章），最后删除没有标记的对象。

算法基本过程如下：

1. 垃圾收集器找到所有的根，并颁发优秀员工徽章（标记）；
2. 然后它遍历优秀员工，并将优秀员工引用的对象同样打上优秀员工标记；
3. 反复执行第2步，直至无新的优秀员工加入；
4. 没有被标记的对象都会被删除。

举个栗子：

如果我们程序中存在如下图所示的对象引用关系：

我们可以清晰的看到，在整个图片的右侧存在一个“可达孤岛”，从根出发，永远无法到达孤岛。但是垃圾回收器并没有我们这种上帝视角，它们只会根据算法会首先把根节点打上优秀员工标记。

然后从优秀员工出发，找到所有被优秀员工引用的节点，如上图中虚线框中的三个节点。然后把新找到的节点同样打上优秀员工标记。

反复执行查找和标记的过程，直至所有能找到的节点都被成功标记。

最终达到下图所示的效果：

由于在算法执行周期结束之后，右侧的孤岛仍然没有标记，因此会被垃圾回收器任务无法到达这些节点，最终被清除。

如果学过数据结构和算法的童鞋可能会惊奇的发现，这不就是图的遍历吗，类似于连通图算法。

七、性能优化

垃圾回收是一个规模庞大的工作，尤其在代码量非常大的时候，频繁执行垃圾回收算法会明显拖累程序的执行。JavaScript算法在垃圾回收上做了很多优化，从而在保证回收工作正常执行的前提下，保证程序能够高效的执行。

性能优化采取的策略通常包括以下几点：

分代回收

JavaScript程序在执行过程中会维持相当量级的变量数目，频繁扫描这些变量会造成明显的开销。但是这些变量在生命周期上各有特点，例如局部变量会频繁的创建，迅速的使用，然后丢弃，而全局变量则会长久的占据内存。JavaScript把两类对象分开管理，对于快速创建、使用并丢弃的局部变量，垃圾回收器会频繁的扫描，保证这些变量在失去作用后迅速被清理。而对于哪些长久把持内存的变量，降低检查它们的频率，从而节约一定的开销。

增量收集

增量式的思想在性能优化上非常常见，同样可以用于垃圾回收。在变量数目非常大时，一次性遍历所有变量并颁发优秀员工标记显然非常耗时，导致程序在执行过程中存在卡顿。所以，引擎会把垃圾回收工作分成多个子任务，并在程序执行的过程中逐步执行每个小任务，这样就会造成一定的回收延迟，但通常不会造成明显的程序卡顿。

空閒收集

CPU即使是在複雜的程式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空閒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，而且基本上不會對程序本身造成不良影響。這種策略就類似系統的空閒時間升級一樣，使用者根本察覺不到後台的執行。

八、總結

本文的主要任務是簡單的結束垃圾回收的機制、常用的策略和優化的手段，並不是為了讓大家深入了解引擎的後台執行原理。

透過本文，你應該了解：

1. 垃圾回收是JavaScript的特性之一，執行在後台，無需我們操心；
2. 垃圾回收的策略是標記清除，按照可達性理論篩選並清除垃圾；
3. 標記清楚策略可以避免可達孤島帶來的內存洩漏

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