JavaScript之内存机制

执行栈，也叫调用栈，具有 LIFO（后进先出）结构，用于存储在代码执行期间创建的所有执行上下文。

首次运行JS代码时，会创建一个全局执行上下文并Push到当前的执行栈中。每当发生函数调用，引擎都会为该函数创建一个新的函数执行上下文并Push到当前执行栈的栈顶。 根据执行栈LIFO规则，当栈顶函数运行完成后，其对应的函数执行上下文将会从执行栈中Pop出，上下文控制权将移到当前执行栈的下一个执行上下文。

执行上下文的创建

执行上下文分两个阶段创建：1）创建阶段； 2）执行阶段

创建阶段

1、确定 this 的值，也被称为 This Binding。

2、LexicalEnvironment（词法环境） 组件被创建。

3、VariableEnvironment（变量环境） 组件被创建。

This Binding

全局执行上下文中，this 的值指向全局对象，在浏览器中this 的值指向 window对象，而在nodejs中指向这个文件的module对象。

函数执行上下文中，this 的值取决于函数的调用方式。具体有：默认绑定、隐式绑定、显式绑定（硬绑定）、new绑定、箭头函数。

词法环境（Lexical Environment）

• 词法环境有两个组成部分

1、环境记录：存储变量和函数声明的实际位置

2、对外部环境的引用：可以访问其外部词法环境

• 词法环境有两种类型

1、全局环境：是一个没有外部环境的词法环境，其外部环境引用为 null。拥有一个全局对象（window 对象）及其关联的方法和属性（例如数组方法）以及任何用户自定义的全局变量，this 的值指向这个全局对象。

2、函数环境：用户在函数中定义的变量被存储在环境记录中，包含了arguments 对象。对外部环境的引用可以是全局环境，也可以是包含内部函数的外部函数环境。

变量环境

变量环境也是一个词法环境，因此它具有上面定义的词法环境的所有属性。

在 ES6 中，词法环境和变量环境的区别在于前者用于存储函数声明和变量（ let 和 const ）绑定，而后者仅用于存储变量（ var ）绑定。

let a = 20;  
const b = 30;  
var c;

function multiply(e, f) {  
 var g = 20;  
 return e * f * g;  
}

c = multiply(20, 30);
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执行上下文：

GlobalExectionContext = {

  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      a: < uninitialized >,  
      b: < uninitialized >,  
      multiply: < func >  
    }  
    outer: <null>  
  },

  VariableEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Object",  
      // 标识符绑定在这里  
      c: undefined,  
    }  
    outer: <null>  
  }  
}

FunctionExectionContext = {  

  ThisBinding: <Global Object>,

  LexicalEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      Arguments: {0: 20, 1: 30, length: 2},  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  },

  VariableEnvironment: {  
    EnvironmentRecord: {  
      Type: "Declarative",  
      // 标识符绑定在这里  
      g: undefined  
    },  
    outer: <GlobalLexicalEnvironment>  
  }  
}
复制代码

变量提升的原因：在创建阶段，函数声明存储在环境中，而变量会被设置为 undefined（在 var 的情况下）或保持未初始化（在 let 和 const 的情况下）。所以这就是为什么可以在声明之前访问 var 定义的变量（尽管是 undefined ），但如果在声明之前访问 let 和 const 定义的变量就会提示引用错误的原因。这就是所谓的变量提升。

执行阶段 此阶段，完成对所有变量的分配，最后执行代码。 如果 Javascript 引擎在源代码中声明的实际位置找不到 let 变量的值，那么将为其分配 undefined 值。

JavaScript内存空间

JavaScript内存空间包括栈、堆、池，其中，栈存放变量，堆存放复杂对象，池存放常量，所以也叫常量池。

闭包中的变量并不保存中栈内存中，而是保存在堆内存中.

变量的存放

• 1、基本类型 --> 保存在栈内存中，因为这些类型在内存中分别占有固定大小的空间，通过按值来访问。基本类型一共有6种：Undefined、Null、Boolean、Number 、String和Symbol。
• 2、引用类型 --> 保存在堆内存中，因为这种值的大小不固定，因此不能把它们保存到栈内存中，但内存地址大小的固定的，因此保存在堆内存中，在栈内存中存放的只是该对象的访问地址。当查询引用类型的变量时， 先从栈中读取内存地址， 然后再通过地址找到堆中的值。对于这种，我们把它叫做按引用访问。
  

  

  在计算机的数据结构中，栈比堆的运算速度快，Object是一个复杂的结构且可以扩展：数组可扩充，对象可添加属性，都可以增删改查。将他们放在堆中是为了不影响栈的效率。而是通过引用的方式查找到堆中的实际对象再进行操作。所以查找引用类型值的时候先去栈查找再去堆查找。 几个问题

问题1：

var a = 20;
var b = a;
b = 30;

// 这时a的值是多少？
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问题2：

var a = { name: '前端开发' }
var b = a;
b.name = '进阶';

// 这时a.name的值是多少
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问题3：

var a = { name: '前端开发' }
var b = a;
a = null;

// 这时b的值是多少
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• 对于问题1，a、b都是基本类型，它们的值是存储在栈中的，a、b分别有各自独立的栈空间，所以修改了b的值以后，a的值并不会发生变化。
• 对于问题2，a、b都是引用类型，栈内存中存放地址指向堆内存中的对象，引用类型的复制会为新的变量自动分配一个新的值保存在变量对象中，但只是引用类型的一个地址指针而已，实际指向的是同一个对象，所以修改b.name的值后，相应的a.name也就发生了改变。
• 对于问题3，首先要说明的是null是基本类型，a = null之后只是把a存储在栈内存中地址改变成了基本类型null，并不会影响堆内存中的对象，所以b的值不受影响。

JavaScript的内存生命周期

1、分配你所需要的内存

2、使用分配到的内存（读、写）

3、不需要时将其释放、归还

JavaScript有自动垃圾收集机制，最常用的是通过标记清除的算法来找到哪些对象是不再继续使用的，使用a = null其实仅仅只是做了一个释放引用的操作，让 a 原本对应的值失去引用，脱离执行环境，这个值会在下一次垃圾收集器执行操作时被找到并释放。 在局部作用域中，当函数执行完毕，局部变量也就没有存在的必要了，因此垃圾收集器很容易做出判断并回收。但是全局变量什么时候需要自动释放内存空间则很难判断，因此在开发中，需要尽量避免使用全局变量。

JavaScript内存回收

JavaScript有自动垃圾收集机制，垃圾收集器会每隔一段时间就执行一次释放操作，找出那些不再继续使用的值，然后释放其占用的内存。

• 局部变量和全局变量的销毁

局部变量：局部作用域中，当函数执行完毕，局部变量也就没有存在的必要了，因此垃圾收集器很容易做出判断并回收。

全局变量：全局变量什么时候需要自动释放内存空间则很难判断，所以在开发中尽量避免使用全局变量。

• 以Google的V8引擎为例，V8引擎中所有的JS对象都是通过堆来进行内存分配的。

初始分配：当声明变量并赋值时，V8引擎就会在堆内存中分配给这个变量。

继续申请：当已申请的内存不足以存储这个变量时，V8引擎就会继续申请内存，直到堆的大小达到了V8引擎的内存上限为止。

• V8引擎对堆内存中的JS对象进行分代管理

新生代：存活周期较短的JS对象，如临时变量、字符串等。 老生代：经过多次垃圾回收仍然存活，存活周期较长的对象，如主控制器、服务器对象等。

垃圾回收算法

垃圾回收算法 对垃圾回收算法来说，核心思想就是如何判断内存已经不再使用，常用垃圾回收算法有下面两种。

引用计数（现代浏览器不再使用） 标记清除（常用）

引用计数

引用计数算法定义“内存不再使用”的标准很简单，就是看一个对象是否有指向它的引用。如果没有其他对象指向它了，说明该对象已经不再需要了。

// 创建一个对象person，他有两个指向属性age和name的引用
var person = {
    age: 12,
    name: 'aaaa'
};

person.name = null; // 虽然name设置为null，但因为person对象还有指向name的引用，因此name不会回收

var p = person; 
person = 1;         //原来的person对象被赋值为1，但因为有新引用p指向原person对象，因此它不会被回收

p = null;           //原person对象已经没有引用，很快会被回收

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引用计数有一个致命的问题，那就是循环引用

如果两个对象相互引用，尽管他们已不再使用，但是垃圾回收器不会进行回收，最终可能会导致内存泄露。

function cycle() {
    var o1 = {};
    var o2 = {};
    o1.a = o2;
    o2.a = o1; 

    return "cycle reference!"
}

cycle();
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cycle函数执行完成之后，对象o1和o2实际上已经不再需要了，但根据引用计数的原则，他们之间的相互引用依然存在，因此这部分内存不会被回收。所以现代浏览器不再使用这个算法。

标记清除

JavaScript 中最常用的垃圾收集方式是标记清除（mark-and-sweep）。当变量进入环境（例如，在函数中声明一个变量）时，就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应的环境，就可能会用到它们。而当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”。可以使用任何方式来标记变量。比如，可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境，或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。说到底，如何标记变量其实并不重要，关键在于采取什么策略。垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记（当然，可以使用任何标记方式）。然后，它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量，原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。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。 到2008 年为止，IE、Firefox、Opera、Chrome 和Safari 的JavaScript 实现使用的都是标记清除式的垃圾收集策略（或类似的策略），只不过垃圾收集的时间间隔互有不同。

标记清除算法将“不再使用的对象”定义为“无法到达的对象”。即从根部（在JS中就是全局对象）出发定时扫描内存中的对象，凡是能从根部到达的对象，保留。那些从根部出发无法触及到的对象被标记为不再使用，稍后进行回收。无法触及的对象包含了没有引用的对象这个概念，但反之未必成立。 所以上面的例子就可以正确被垃圾回收处理了。

所以现在对于主流浏览器来说，只需要切断需要回收的对象与根部的联系。最常见的内存泄露一般都与DOM元素绑定有关：

email.message = document.createElement(“div”);
displayList.appendChild(email.message);

// 稍后从displayList中清除DOM元素
displayList.removeAllChildren();
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上面代码中，div元素已经从DOM树中清除，但是该div元素还绑定在email对象中，所以如果email对象存在，那么该div元素就会一直保存在内存中。

关于V8引擎具体的使用的标记清除的算法，以后再补充.

JavaScript内存泄漏

对于持续运行的服务进程（daemon），必须及时释放不再用到的内存。否则，内存占用越来越高，轻则影响系统性能，重则导致进程崩溃。 对于不再用到的内存，没有及时释放，就叫做内存泄漏（memory leak）

1、浏览器方法

打开开发者工具，选择 Memory

在右侧的Select profiling type字段里面勾选 timeline.

点击左上角的录制按钮。

在页面上进行各种操作，模拟用户的使用情况。

一段时间后，点击左上角的 stop 按钮，面板上就会显示这段时间的内存占用情况。

2、命令行方法

使用 Node 提供的 process.memoryUsage 方法。

优化内存占用的最佳方式，就是为执行中的代码只保存必要的数据。一旦数据不再有用，最好通过将其值设置为null 来释放其引用——这个做法叫做解除引用（dereferencing）。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性。

四种常见的JS内存泄漏

1、意外的全局变量 未定义的变量会在全局对象创建一个新变量，如下。

function foo(arg) {
    bar = "this is a hidden global variable";
}
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函数 foo 内部忘记使用 var ，实际上JS会把bar挂载到全局对象上，意外创建一个全局变量。

function foo(arg) {
    window.bar = "this is an explicit global variable";
}
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另一个意外的全局变量可能由 this 创建。

function foo() {
    this.variable = "potential accidental global";
}

// Foo 调用自己，this 指向了全局对象（window）
// 而不是 undefined
foo();
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解决方法： 在 JavaScript 文件头部加上 'use strict'，使用严格模式避免意外的全局变量，此时上例中的this指向undefined。如果必须使用全局变量存储大量数据时，确保用完以后把它设置为 null 或者重新定义。

2、被遗忘的计时器或回调函数 计时器setInterval代码很常见

var someResource = getData();
setInterval(function() {
    var node = document.getElementById('Node');
    if(node) {
        // 处理 node 和 someResource
        node.innerHTML = JSON.stringify(someResource));
    }
}, 1000);
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上面的例子表明，在节点node或者数据不再需要时，定时器依旧指向这些数据。所以哪怕当node节点被移除后，interval 仍旧存活并且垃圾回收器没办法回收，它的依赖也没办法被回收，除非终止定时器。

3、脱离 DOM 的引用 如果把DOM 存成字典（JSON 键值对）或者数组，此时，同样的 DOM 元素存在两个引用：一个在 DOM 树中，另一个在字典中。那么将来需要把两个引用都清除。

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);
    // 更多逻辑
}
function removeButton() {
    // 按钮是 body 的后代元素
    document.body.removeChild(document.getElementById('button'));
    // 此时，仍旧存在一个全局的 #button 的引用
    // elements 字典。button 元素仍旧在内存中，不能被 GC 回收。
}
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如果代码中保存了表格某一个 的引用。将来决定删除整个表格的时候，直觉认为 GC 会回收除了已保存的 以外的其它节点。实际情况并非如此：此 是表格的子节点，子元素与父元素是引用关系。由于代码保留了 的引用，导致整个表格仍待在内存中。所以保存 DOM 元素引用的时候，要小心谨慎。

4、闭包:闭包可以使执行环境得以保留而不被垃圾回收清理掉。

参考： pythontutor.com/visualize.h…