垃圾回收：释放内存，提升浏览器页面性能

本篇主要通过讲解 JS 引擎底层的垃圾回收机制，了解更多的浏览器内核层面的东西，从而对 JS的内存管理以及内存溢出等形成一定的认识。

在开始前，思考两个问题：

JavaScript的内存是怎么管理的？
Chrome浏览器又是如何进行垃圾回收的?

JavaScript 的内存管理

不管是什么样的计算机程序语言，运行在对应的代码引擎上，对应的使用内存过程大致逻辑是一样的，可以分为这三个步骤：

分配所需要的系统内存空间；
使用分配到的内存进行读或者写等操作；
不需要使用内存时，将其空间释放或者归还。

与其他需要手动管理内存的语言不太一样的地方是，在 JavaScript中，当我们创建变量（对象，字符串等）的时候，系统会自动给对象分配对应的内存。来看下面的例子。

var a = 123; // 给数值变量分配栈内存
var etf = "ARK"; // 给字符串分配栈内存
// 给对象及其包含的值分配堆内存
var obj = {
  name: 'tom',
  age: 13
}; 
// 给数组及其包含的值分配内存（就像对象一样）
var a = [1, null, "PSAC"]; 
// 给函数（可调用的对象）分配内存
function sum(a, b){
  return a + b;
}

当系统经过一段时间发现这些变量不会再被使用的时候，会通过垃圾回收机制的方式来处理掉这些变量所占用的内存，其实开发者不用过多关心内存问题。即便是这样，我们在开发过程中也需要了解 JavaScript的内存管理机制，这样才能避免一些不必要的问题，在 JavaScript中数据类型分为两类：简单类型和引用类型。关于 JavaScript的数据类型相关的知识在之前有介绍过，这里就不多说了。

对于简单的数据类型，内存是保存在栈（stack）空间中的；复杂数据类型，内存保存在堆（heap）空间中。简而言之，基本就是说明以下两点。

基本类型：这些类型在内存中会占据固定的内存空间，它们的值都保存在栈空间中，直接可以通过值来访问这些；
引用类型：由于引用类型值大小不固定（比如上面的对象可以添加属性等），栈内存中存放地址指向堆内存中的对象，是通过引用来访问的。

因此总结来说：栈内存中的基本类型，可以通过操作系统直接处理；而堆内存中的引用类型，正是由于可以经常变化，大小不固定，因此需要 JavaScript的引擎通过垃圾回收机制来处理。

Chrome 内存回收机制

在 Chrome浏览器中，JavaScript的 V8引擎被限制了内存的使用，根据不同的操作系统（操作系统有 64位和 32位的）内存大小会不同，大的可以到 1.4G的空间，小的只能到 0.7G的空间。

那么请你思考一下，为什么要去限制内存使用呢？大致是两个原因：V8最开始是为浏览器而设计的引擎，早些年由于 Web应用都比较简单，其实并未考虑占据过多的内存空间；另外又由于被 V8的垃圾回收机制所限制，比如清理大量的内存时会耗费很多时间，这样会引起 JavaScript执行的线程被挂起，会影响当前执行的页面应用的性能。

下面我们来看下 Chrome的内存回收机制。Chrome 的 JavaScript引擎 V8将堆内存分为两类新生代的回收机制和老生代的回收机制，我们来分别看看这两种堆的内存回收机制是什么原理。

新生代内存回收

我们先来看下新生代的内存回收的空间，在 64位操作系统下分配为 32MB，正是因为新生代中的变量存活时间短，不太容易产生太大的内存压力，因此不够大也是可以理解的。首先系统会将分配给新生代的内存空间分为两部分，如下图所示。

在这里插入图片描述

图中左边部分表示正在使用的内存空间，右边是目前闲置的内存空间。当浏览器开始进行内存的垃圾回收时，JavaScript的 V8引擎会将左边的对象检查一遍。如果引擎检测是存活对象，那么会复制到右边的内存空间去；如果不是存活的对象，则直接进行系统回收。当所有左边的内存里的对象没有了的时候，等再有新生代的对象产生时，上面的部分左右对调，这样来循环处理。

如果是顺序放置的那比较好处理，可以按照上面所说的处理方式。但是如果是下图这样零散的场景怎么处理呢？

在这里插入图片描述

图中橙色的块代表存活对象，白色地方代表未分配的内存。正常情况下，由于堆内存是连续分配的，但是也有可能出现上图的这种内存分配情况，这种零散的分配情况就造成了内存碎片，会影响比较大的内存对象的放置。

在这里插入图片描述

进行这样的算法处理，明显会让内存排布变得更整齐了，这样就非常方便之后新来的对象的内存分配。

老生代内存回收

上面讲解了新生代的回收方式，那么新生代中的变量如果经过回收之后依然一直存在，那么就会被放入到老生代内存中。时间长了之后通过几个原因的判断，我们就会把这些变量进行 “晋升”，只要是已经经历过一次 Scavenge算法回收的，就可以晋升为老生代内存的对象。那么在进入老生代的内存回收机制中，就不能再用 Scavenge的算法了。Scavenge的算法是有其适用的场景，而对于内存空间比较大的，就不适合用 Scavenge算法了。

那么老生代内存中的垃圾回收，是采用什么样的策略进行的呢？这里采用了 Mark-Sweep（标记清除）和 Mark-Compact（标记整理）的策略

标记清除（Mark-Sweep）

通过名字你就可以理解，标记清除分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

首先它会遍历堆上的所有的对象，分别对它们打上标记；然后在代码执行过程结束之后，对使用过的变量取消标记。那么没取消标记的就是没有使用过的变量，因此在清除阶段，就会把还有标记的进行整体清除，从而释放内存空间。

听起来这一切都比较完美，但是其实通过标记清除之后，还是会出现上面图中的内存碎片的问题。内存碎片多了之后，如果要新来一个较大的内存对象需要存储，会造成影响。对于通过标记清除产生的内存碎片，还是需要通过另外一种方式进行解决，因此这里就不得不提到标记整理策略（Mark-Compact）了。下面我们就来看看标记整理策略是如何帮助清除内存碎片的问题的。

标记整理（Mark-Compact）

经过标记清除策略调整之后，老生代的内存中因此产生了很多内存碎片，若不清理这些内存碎片，之后会对存储造成影响。

为了方便解决浏览器中的内存碎片问题，标记整理这个策略被提出。这个策略是在标记清除的基础上演进而来的，和标记清除来对比来看，标记整理添加了活动对象整理阶段，处理过程中会将所有的活动对象往一端靠拢，整体移动完成后，直接清理掉边界外的内存。其操作效果如下图所示。

在这里插入图片描述

可以看到，老生代内存的管理方式和新生代的内存管理方式区别还是比较大的。Scavenge算法比较适合内存较小的情况处理；而对于老生代内存较大、变量较多的时候，还是需要采用“标记-清除”结合“标记-整理”这样的方式处理内存问题，并尽量避免内存碎片的产生。

那么以上就是内存的垃圾回收机制的内容了。最后我们再看看日常在开发中，应该注意哪些问题来避免内存泄漏，从而提升你的代码的可靠性。

内存泄漏与优化

平常用 JavaScript开发代码，内存的泄漏和优化是应该经常留意的。内存泄漏是指 JavaScript中，已经分配堆内存地址的对象由于长时间未释放或者无法释放，造成了长期占用内存，使内存浪费，最终会导致运行的应用响应速度变慢以及最终崩溃的情况。这种就是内存泄漏，你应该在日常开发和使用浏览器过程中也遇到过，那么我们来回顾一下内存泄漏的场景：

过多的缓存未释放；
闭包太多未释放；
定时器或者回调太多未释放；
太多无效的 DOM 未释放；
全局变量太多未被发现。

这些现象会在开发或者使用中造成内存泄漏，以至于你的浏览器卡顿、不响应、页面打不开等问题产生。那么这些问题该怎么优化呢？我们来看下这些场景都需要注意点什么。

1. 减少不必要的全局变量，使用严格模式避免意外创建全局变量

例如：

function foo() {
    // 全局变量=> window.bar
    this.bar = '默认this指向全局';
    // 没有声明变量，实际上是全局变量=>window.bar
    bar = '全局变量'; 
}
foo();

这段代码中，函数内部绑定了太多的 this变量，虽然第一眼看不出问题，但仔细一分析，其实 this下的属性默认都是绑定到 window上的属性，均为全局变量，这一点是非常有必要注意的。

2. 在使用完数据后，及时解除引用

及时清除闭包中的变量，DOM 引用，定时器等，例如：

var someResource = getData();
setInterval(function() {
    var node = document.getElementById('Node');
    if(node) {
        node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
        // 定时器也没有清除，可以清除掉
    }
    // node、someResource 存储了大量数据，无法回收
}, 1000);

比如上面代码中就缺少清除 setInterval的代码，类似这样的代码增多会造成内存的占用过多，这是同样也需要注意的一点。

3. 组织好代码逻辑，避免死循环等造成浏览器卡顿、崩溃的问题

例如，对于一些比较占用内存的对象提供手工释放内存的方法，请看下面代码：

var leakArray = [];
exports.clear = function () {
    leakArray = [];
}

比如这段代码提供了清空该数组内容的方法，使用完成之后可以根据合适业务时机进行操作释放。这样就能较好地避免对象数据量太大造成的内存溢出的问题。

关于内存泄漏这部分，如果你想更好地去排查以及提前避免问题的发生，最好的解决方式是通过熟练使用 Chrome的内存剖析工具，多分析多定位 Chrome帮你分析保留的内存快照，来查看持续占用大量内存的对象。最好在业务代码上线前做好分析和诊断，之后才能保证线上业务的质量。

总结

这一讲聊了 JavaScript的内存管理机制，以及浏览器的垃圾回收机制，最后又分析了一些日常编码中经常遇到的内存场景有可能会引发内存泄漏的问题，给出了避免产生这些问题的方法。

虽然本讲偏理论，但是底层的一些原理也是需要深入理解的，这样可以更清楚 JS引擎的运行机制，从而可以利用一些内存分析工具去剖析一些 Web 应用的卡顿问题。有兴趣的话，可以尝试着自己利用 Chrome控制台的内存分析工具感受一下。