JavaScript內(nèi)存泄露的4種方式及如何避免
簡介
內(nèi)存泄露是每個(gè)開發(fā)者最終都要面對(duì)的問題，它是許多問題的根源：反應(yīng)遲緩，崩潰，高延遲，以及其他應(yīng)用問題。
什么是內(nèi)存泄露？
本質(zhì)上，內(nèi)存泄露可以定義為：應(yīng)用程序不再需要占用內(nèi)存的時(shí)候，由于某些原因，內(nèi)存沒有被操作系統(tǒng)或可用內(nèi)存池回收。編程語言管理內(nèi)存的方式各不相 同。只有開發(fā)者最清楚哪些內(nèi)存不需要了，操作系統(tǒng)可以回收。一些編程語言提供了語言特性，可以幫助開發(fā)者做此類事情。另一些則寄希望于開發(fā)者對(duì)內(nèi)存是否需 要清晰明了。
JavaScript 內(nèi)存管理
JavaScript 是一種垃圾回收語言。垃圾回收語言通過周期性地檢查先前分配的內(nèi)存是否可達(dá)，幫助開發(fā)者管理內(nèi)存。換言之，垃圾回收語言減輕了“內(nèi)存仍可用”及“內(nèi)存仍可 達(dá)”的問題。兩者的區(qū)別是微妙而重要的：僅有開發(fā)者了解哪些內(nèi)存在將來仍會(huì)使用，而不可達(dá)內(nèi)存通過算法確定和標(biāo)記，適時(shí)被操作系統(tǒng)回收。
JavaScript 內(nèi)存泄露
垃圾回收語言的內(nèi)存泄露主因是不需要的引用。理解它之前，還需了解垃圾回收語言如何辨別內(nèi)存的可達(dá)與不可達(dá)。
Mark-and-sweep
大部分垃圾回收語言用的算法稱之為 Mark-and-sweep 。算法由以下幾步組成：
-
垃圾回收器創(chuàng)建了一個(gè)“roots”列表。Roots 通常是代碼中全局變量的引用。JavaScript 中，“window” 對(duì)象是一個(gè)全局變量，被當(dāng)作 root 。window 對(duì)象總是存在，因此垃圾回收器可以檢查它和它的所有子對(duì)象是否存在（即不是垃圾）；
-
所有的 roots 被檢查和標(biāo)記為激活（即不是垃圾）。所有的子對(duì)象也被遞歸地檢查。從 root 開始的所有對(duì)象如果是可達(dá)的，它就不被當(dāng)作垃圾。
-
所有未被標(biāo)記的內(nèi)存會(huì)被當(dāng)做垃圾，收集器現(xiàn)在可以釋放內(nèi)存，歸還給操作系統(tǒng)了。
現(xiàn)代的垃圾回收器改良了算法，但是本質(zhì)是相同的：可達(dá)內(nèi)存被標(biāo)記，其余的被當(dāng)作垃圾回收。
不需要的引用是指開發(fā)者明知內(nèi)存引用不再需要，卻由于某些原因，它仍被留在激活的 root 樹中。在 JavaScript 中，不需要的引用是保留在代碼中的變量，它不再需要，卻指向一塊本該被釋放的內(nèi)存。有些人認(rèn)為這是開發(fā)者的錯(cuò)誤。
為了理解 JavaScript 中最常見的內(nèi)存泄露，我們需要了解哪種方式的引用容易被遺忘。
三種類型的常見 JavaScript 內(nèi)存泄露
1：意外的全局變量
JavaScript 處理未定義變量的方式比較寬松：未定義的變量會(huì)在全局對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)新變量。在瀏覽器中，全局對(duì)象是 window 。
- function foo(arg) {
- bar = "this is a hidden global variable";
- }
真相是：
- function foo(arg) {
- window.bar = "this is an explicit global variable";
- }
函數(shù) foo 內(nèi)部忘記使用 var ，意外創(chuàng)建了一個(gè)全局變量。此例泄露了一個(gè)簡單的字符串，無傷大雅，但是有更糟的情況。
另一種意外的全局變量可能由 this 創(chuàng)建：
- function foo() {
- this.variable = "potential accidental global";
- }
- // Foo 調(diào)用自己，this 指向了全局對(duì)象（window）
- // 而不是 undefined
- foo();
在 JavaScript 文件頭部加上
'use strict'，可以避免此類錯(cuò)誤發(fā)生。啟用嚴(yán)格模式解析 JavaScript ，避免意外的全局變量。
全局變量注意事項(xiàng)
盡管我們討論了一些意外的全局變量，但是仍有一些明確的全局變量產(chǎn)生的垃圾。它們被定義為不可回收（除非定義為空或重新分配）。尤其當(dāng)全局變量用于 臨時(shí)存儲(chǔ)和處理大量信息時(shí)，需要多加小心。如果必須使用全局變量存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)時(shí)，確保用完以后把它設(shè)置為 null 或者重新定義。與全局變量相關(guān)的增加內(nèi)存消耗的一個(gè)主因是緩存。緩存數(shù)據(jù)是為了重用，緩存必須有一個(gè)大小上限才有用。高內(nèi)存消耗導(dǎo)致緩存突破上限，因?yàn)榫?存內(nèi)容無法被回收。
2：被遺忘的計(jì)時(shí)器或回調(diào)函數(shù)
在 JavaScript 中使用 setInterval 非常平常。一段常見的代碼：
- var someResource = getData();
- setInterval(function() {
- var node = document.getElementById('Node');
- if(node) {
- // 處理 node 和 someResource
- node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
- }
- }, 1000);
此例說明了什么：與節(jié)點(diǎn)或數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的計(jì)時(shí)器不再需要，node 對(duì)象可以刪除，整個(gè)回調(diào)函數(shù)也不需要了。可是，計(jì)時(shí)器回調(diào)函數(shù)仍然沒被回收（計(jì)時(shí)器停止才會(huì)被回收）。同時(shí)，someResource 如果存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù)，也是無法被回收的。
對(duì)于觀察者的例子，一旦它們不再需要（或者關(guān)聯(lián)的對(duì)象變成不可達(dá)），明確地移除它們非常重要。老的 IE 6 是無法處理循環(huán)引用的。如今，即使沒有明確移除它們，一旦觀察者對(duì)象變成不可達(dá)，大部分瀏覽器是可以回收觀察者處理函數(shù)的。
觀察者代碼示例：
- var element = document.getElementById('button');
- function onClick(event) {
- element.innerHTML = 'text';
- }
- element.addEventListener('click', onClick);
對(duì)象觀察者和循環(huán)引用注意事項(xiàng)
老版本的 IE 是無法檢測(cè) DOM 節(jié)點(diǎn)與 JavaScript 代碼之間的循環(huán)引用，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露。如今，現(xiàn)代的瀏覽器（包括 IE 和 Microsoft Edge）使用了更先進(jìn)的垃圾回收算法，已經(jīng)可以正確檢測(cè)和處理循環(huán)引用了。換言之，回收節(jié)點(diǎn)內(nèi)存時(shí)，不必非要調(diào)用 removeEventListener 了。
3：脫離 DOM 的引用
有時(shí)，保存 DOM 節(jié)點(diǎn)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有用。假如你想快速更新表格的幾行內(nèi)容，把每一行 DOM 存成字典（JSON 鍵值對(duì)）或者數(shù)組很有意義。此時(shí)，同樣的 DOM 元素存在兩個(gè)引用：一個(gè)在 DOM 樹中，另一個(gè)在字典中。將來你決定刪除這些行時(shí)，需要把兩個(gè)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);
- // 更多邏輯
- }
- function removeButton() {
- // 按鈕是 body 的后代元素
- document.body.removeChild(document.getElementById('button'));
- // 此時(shí)，仍舊存在一個(gè)全局的 #button 的引用
- // elements 字典。button 元素仍舊在內(nèi)存中，不能被 GC 回收。
- }
此外還要考慮 DOM 樹內(nèi)部或子節(jié)點(diǎn)的引用問題。假如你的 JavaScript 代碼中保存了表格某一個(gè) <td> 的引用。將來決定刪除整個(gè)表格的時(shí)候，直覺認(rèn)為 GC 會(huì)回收除了已保存的 <td> 以外的其它節(jié)點(diǎn)。實(shí)際情況并非如此：此<td> 是表格的子節(jié)點(diǎn)，子元素與父元素是引用關(guān)系。由于代碼保留了 <td> 的引用，導(dǎo)致整個(gè)表格仍待在內(nèi)存中。保存 DOM 元素引用的時(shí)候，要小心謹(jǐn)慎。
4：閉包
閉包是 JavaScript 開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵方面：匿名函數(shù)可以訪問父級(jí)作用域的變量。
代碼示例：
- var theThing = null;
- var replaceThing = function () {
- var originalThing = theThing;
- var unused = function () {
- if (originalThing)
- console.log("hi");
- };
- theThing = {
- longStr: new Array(1000000).join('*'),
- someMethod: function () {
- console.log(someMessage);
- }
- };
- };
- setInterval(replaceThing, 1000);
代碼片段做了一件事情：每次調(diào)用 replaceThing ，theThing 得到一個(gè)包含一個(gè)大數(shù)組和一個(gè)新閉包（someMethod）的新對(duì)象。同時(shí)，變量 unused 是一個(gè)引用 originalThing 的閉包（先前的 replaceThing 又調(diào)用了 theThing ）。思緒混亂了嗎？最重要的事情是，閉包的作用域一旦創(chuàng)建，它們有同樣的父級(jí)作用域，作用域是共享的。someMethod 可以通過 theThing 使用，someMethod 與 unused 分享閉包作用域，盡管 unused從未使用，它引用的 originalThing 迫使它保留在內(nèi)存中（防止被回收）。當(dāng)這段代碼反復(fù)運(yùn)行，就會(huì)看到內(nèi)存占用不斷上升，垃圾回收器（GC）并無法降低內(nèi)存占用。本質(zhì)上，閉包的鏈表已經(jīng)創(chuàng)建，每一個(gè)閉包作用域攜帶一個(gè)指向大數(shù)組的間接的引用，造成嚴(yán)重的內(nèi)存泄露。
Meteor 的博文 解釋了如何修復(fù)此種問題。在
replaceThing的***添加originalThing = null。
Chrome 內(nèi)存剖析工具概覽
Chrome 提供了一套很棒的檢測(cè) JavaScript 內(nèi)存占用的工具。與內(nèi)存相關(guān)的兩個(gè)重要的工具：timeline 和 profiles。
Timeline
timeline 可以檢測(cè)代碼中不需要的內(nèi)存。在此截圖中，我們可以看到潛在的泄露對(duì)象穩(wěn)定的增長，數(shù)據(jù)采集快結(jié)束時(shí)，內(nèi)存占用明顯高于采集初期，Node（節(jié)點(diǎn)）的總量也很高。種種跡象表明，代碼中存在 DOM 節(jié)點(diǎn)泄露的情況。
Profiles
Profiles 是你可以花費(fèi)大量時(shí)間關(guān)注的工具，它可以保存快照，對(duì)比 JavaScript 代碼內(nèi)存使用的不同快照，也可以記錄時(shí)間分配。每一次結(jié)果包含不同類型的列表，與內(nèi)存泄露相關(guān)的有 summary（概要） 列表和 comparison（對(duì)照） 列表。
summary（概要） 列表展示了不同類型對(duì)象的分配及合計(jì)大小：shallow size（特定類型的所有對(duì)象的總大小），retained size（shallow size 加上其它與此關(guān)聯(lián)的對(duì)象大小）。它還提供了一個(gè)概念，一個(gè)對(duì)象與關(guān)聯(lián)的 GC root 的距離。
對(duì)比不同的快照的 comparison list 可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露。
實(shí)例：使用 Chrome 發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄露
實(shí)質(zhì)上有兩種類型的泄露：周期性的內(nèi)存增長導(dǎo)致的泄露，以及偶現(xiàn)的內(nèi)存泄露。顯而易見，周期性的內(nèi)存泄露很容易發(fā)現(xiàn)；偶現(xiàn)的泄露比較棘手，一般容易被忽視，偶爾發(fā)生一次可能被認(rèn)為是優(yōu)化問題，周期性發(fā)生的則被認(rèn)為是必須解決的 bug。
以 Chrome 文檔中的代碼為例：
- var x = [];
- function createSomeNodes() {
- var div,
- i = 100,
- frag = document.createDocumentFragment();
- for (;i > 0; i--) {
- div = document.createElement("div");
- div.appendChild(document.createTextNode(i + " - "+ new Date().toTimeString()));
- frag.appendChild(div);
- }
- document.getElementById("nodes").appendChild(frag);
- }
- function grow() {
- x.push(new Array(1000000).join('x'));
- createSomeNodes();
- setTimeout(grow,1000);
- }
當(dāng) grow 執(zhí)行的時(shí)候，開始創(chuàng)建 div 節(jié)點(diǎn)并插入到 DOM 中，并且給全局變量分配一個(gè)巨大的數(shù)組。通過以上提到的工具可以檢測(cè)到內(nèi)存穩(wěn)定上升。
找出周期性增長的內(nèi)存
timeline 標(biāo)簽擅長做這些。在 Chrome 中打開例子，打開 Dev Tools ，切換到 timeline，勾選 memory 并點(diǎn)擊記錄按鈕，然后點(diǎn)擊頁面上的 The Button 按鈕。過一陣停止記錄看結(jié)果：
兩種跡象顯示出現(xiàn)了內(nèi)存泄露，圖中的 Nodes（綠線）和 JS heap（藍(lán)線）。Nodes 穩(wěn)定增長，并未下降，這是個(gè)顯著的信號(hào)。
JS heap 的內(nèi)存占用也是穩(wěn)定增長。由于垃圾收集器的影響，并不那么容易發(fā)現(xiàn)。圖中顯示內(nèi)存占用忽漲忽跌，實(shí)際上每一次下跌之后，JS heap 的大小都比原先大了。換言之，盡管垃圾收集器不斷的收集內(nèi)存，內(nèi)存還是周期性的泄露了。
確定存在內(nèi)存泄露之后，我們找找根源所在。
保存兩個(gè)快照
切換到 Chrome Dev Tools 的 profiles 標(biāo)簽，刷新頁面，等頁面刷新完成之后，點(diǎn)擊 Take Heap Snapshot 保存快照作為基準(zhǔn)。而后再次點(diǎn)擊 The Button 按鈕，等數(shù)秒以后，保存第二個(gè)快照。
篩選菜單選擇 Summary，右側(cè)選擇 Objects allocated between Snapshot 1 and Snapshot 2，或者篩選菜單選擇 Comparison ，然后可以看到一個(gè)對(duì)比列表。
此例很容易找到內(nèi)存泄露，看下 (string) 的 Size Delta Constructor，8MB，58個(gè)新對(duì)象。新對(duì)象被分配，但是沒有釋放，占用了8MB。
如果展開 (string) Constructor，會(huì)看到許多單獨(dú)的內(nèi)存分配。選擇某一個(gè)單獨(dú)的分配，下面的 retainers 會(huì)吸引我們的注意。
我們已選擇的分配是數(shù)組的一部分，數(shù)組關(guān)聯(lián)到 window 對(duì)象的 x 變量。這里展示了從巨大對(duì)象到無法回收的 root（window）的完整路徑。我們已經(jīng)找到了潛在的泄露以及它的出處。
我們的例子還算簡單，只泄露了少量的 DOM 節(jié)點(diǎn)，利用以上提到的快照很容易發(fā)現(xiàn)。對(duì)于更大型的網(wǎng)站，Chrome 還提供了 Record Heap Allocations 功能。
Record heap allocations 找內(nèi)存泄露
回到 Chrome Dev Tools 的 profiles 標(biāo)簽，點(diǎn)擊 Record Heap Allocations。工具運(yùn)行的時(shí)候，注意頂部的藍(lán)條，代表了內(nèi)存分配，每一秒有大量的內(nèi)存分配。運(yùn)行幾秒以后停止。
上圖中可以看到工具的殺手锏：選擇某一條時(shí)間線，可以看到這個(gè)時(shí)間段的內(nèi)存分配情況。盡可能選擇接近峰值的時(shí)間線，下面的列表僅顯示了三種 constructor：其一是泄露最嚴(yán)重的（string），下一個(gè)是關(guān)聯(lián)的 DOM 分配，***一個(gè)是 Text constructor（DOM 葉子節(jié)點(diǎn)包含的文本）。
從列表中選擇一個(gè) HTMLDivElement constructor，然后選擇 Allocation stack。
現(xiàn)在知道元素被分配到哪里了吧（grow -> createSomeNodes），仔細(xì)觀察一下圖中的時(shí)間線，發(fā)現(xiàn) HTMLDivElement constructor 調(diào)用了許多次，意味著內(nèi)存一直被占用，無法被 GC 回收，我們知道了這些對(duì)象被分配的確切位置（createSomeNodes）。回到代碼本身，探討下如何修復(fù)內(nèi)存泄露吧。
另一個(gè)有用的特性
在 heap allocations 的結(jié)果區(qū)域，選擇 Allocation。
這個(gè)視圖呈現(xiàn)了內(nèi)存分配相關(guān)的功能列表，我們立刻看到了 grow 和 createSomeNodes。當(dāng)選擇 grow 時(shí)，看看相關(guān)的 object constructor，清楚地看到 (string), HTMLDivElement 和 Text 泄露了。
結(jié)合以上提到的工具，可以輕松找到內(nèi)存泄露。
