JavaScript深入理解之垃圾收集

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JavaScript深入理解之垃圾收集 文章配图

写在前面

JavaScript 具有自动垃圾收集机制，也就是说执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。那么这种机制的具体实现原理是怎样的呢？下面是我的一些理解和总结。

原理

JavaScript 垃圾收集机制的原理其实很简单,就是找出那些不再继续使用的变量,然后释放其占用的内存。为此垃圾收集会按照规定的时间间隔（或代码执行中预付的收集时间），周期性地执行这一操作。

但是该如何判断一个变量是否还有存在的必要呢？垃圾收集器必须跟踪哪个变量有用，哪个变量没用，对于不再有用的变量打上标记，以备将来收回其占用的内存。用于标识无用变量的策略可能会因实现而异，但具体到浏览器中的实现，则通常有两个策略。

标记清除

定义

JavaScript 中最常用的垃圾收集方式是标记清除。它的具体工作步骤如下：

  1. 给存储在内存中的所有变量加上标记（当然可以使用任何标记方式）

  2. 去掉当前执行环境中的变量，以及被执行环境中的变量引用的变量的标记

  3. 第二步结束后仍被标记的变量将被视为准备删除的变量，因为此时的执行环境中的变量已经无法访问到这些变量了。

  4. 完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

举个例子

下面我们来看一个例子

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var a = 1,
    b = 2;

function test1(){
    var c = 3;
}


function test2(){
    var d = 4;

    console.log(a); 
    console.log(b);
}


test1();

test2();

假设当我们执行到test2()函数中console.log(b);语句时，垃圾收集器开始执行了，那么此时的内存占用情况是怎样的呢？请看下图

配图21-2

上面仅列举了部分内存占用情况，只用作讲解标记清除的原理。

  1. 那我们首先开始第一步，将内存中的所有变量加上标记，这里以红色作为标记。

    peitu21-2

  2. 然后我们去掉当前执行环境中的变量，以及被执行环境中的变量引用的变量的标记。简单分析一下，此时执行环境中可以访问的变量有 d ,然后我们通过作用域链可以访问到全局变量对象，因此 a 和 b 我们也是可以访问到的，因此我们需要将这三个变量的标记去掉。

    配图21-3

  3. 此时只有 c 变量还保留有标记，说明 c 变量通过此时的环境已经访问不到了，所以 c 变量需要被清除掉来释放内存。

  4. 最后垃圾收集器完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

    配图21-4

缺点

  1. 标记清除法的第一个问题就是效率不高，因为在标记清除-阶段，整个程序将会等待，所有如果程序出现卡顿的情况你，那么就有可能是收集垃圾的情况。

  2. 标记清除法的第二个问题是，从上面的例子我们可以看出，在清除之后内存空间不是连续的，即出现了内存碎片。如果后面需要一个比较大的连续的内存空间时，那将不能满足要求。而标记-整理方法可以有效地解决这个问题。与标记清除法相比，标记阶段没有什么不同，只是标记结束后，标记-整理方法会将活着的对象向内存的一边移动，最后清理掉边界的内存。不过可以想象，这种做法的效率没有标记-清除高。

我的理解

因为标记清除法并不是 JavaScript 垃圾收集方法，很多其他语言也采用了这样的算法。这种算法的机制是这样的

这个算法假定设置一个叫做根（root）的对象。定期的，垃圾回收器将从根开始，找所有从根开始引用的对象，然后找这些对象引用的对象……从根开始，垃圾回收器将找到所有可以获得的对象和所有不能获得的对象。

我在网上看见有的人把根对象理解为了 JavaScript 中的全局对象。我认为这样去理解是解释不通的。因为在运行的某一时刻，垃圾收集收集器开始运行，通过全局对象是没有办法访问到整个引用链的。全局对象和其他对象间并不是一个树形的关联关系。

根据 JavaScript 高级程序设计中对标记清除的描述，我认为将这个跟对象理解为当前的执行上下文对象比较准确，因为通过当前的执行上下文对象可以访问到当前环境中的变量，也可以通过作用域链去访问到其他上下文中的活动对象，从而可以判断得到所有可以获得的对象和所有不能获得的对象。

当然这仅属于我个人的看法，欢迎大家交流指教。

引用计数

定义

另一种不太常见的垃圾收集策略叫做引用计数，引用计数的含义就是跟踪记录每个值被引用的次数。

引用计数的原理是，当一个引用类型值被一个变量引用时，那么这个值的引用次数加一，如果该变量不再引用该值，则这个值的引用次数减一。当一个值的引用次数变为0的时候，就说明，没有变量引用该值，该值的内存空间可以被回收了。这样一来，当垃圾清除器下次运行时，它就会释放那些引用次数为0的值的内存。

如下面的例子所示

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var obj = { a: 1}; // 一个对象被创建，且 obj 引用了这个对象，因此该对象此时的引用次数为1，不能被清除

obj = null; // 此时，obj 不再引用该对象，则该对象的引用次数减为0，可以被清除

缺点

引用计数的最大问题就是循环引用的问题。循环引用指的是对象 A 中包含一个指向对象 B 的指针，而对象 B 中也包含一个指向对象 A 中的引用。如下面的例子所示：

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function example(){
    var obj1 = new Object(); // 一个对象 A 被创建，并被 obj1 引用，此时对象 A 的引用次数为1
    var obj2 = new Object(); // 一个对象 B 被创建，并被 obj2 引用，此时对象 B 的引用次数为1

    obj1.otherObject = obj2; // 对象 B 又被 obj1.otherObject 引用，此时对象 B 的引用次数为2
    obj2.otherObject = obj1; // 对象 A 又被 obj2.otherObject 引用，此时对象 A 的引用次数为2
}

因为循环引用的问题，当函数执行完毕后对象 A 和对象 B 还将继续存在，因为它们的引用次数永远不会为0，这就意味着它们永远不会被回收，导致内存泄漏。

要解决循环引用的问题，最好是在不使用它们的时候手工将它们设为空。上面的例子可以这么做：

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obj1 = null;
obj2 = null;

写在最后

这篇文章只是对 JavaScript 垃圾收集的一个简单的总结。其中涉及到的很多都只是原理的理解，对于其细节的深入理解我认为没有太多必要。理解 JavaScript 垃圾收集机制对我们理解 JavaScript 中一些其他概念时也有很大的帮助。

本篇文章纯属于个人的学习总结，如果文章中出现错误或不严谨的地方，希望大家能够指出，谢谢！

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