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javascript垃圾收集機制的原理分析
編輯:關於JavaScript     

前面的話

 javascript具有自動垃圾收集機制,執行環境會負責管理代碼執行過程中使用的內存。在編寫javascript程序時,開發人員不用再關心內存使用問題,所需內存的分配以及無用內存的回收完全實現了自動管理。下面將詳細介紹javascript的垃圾收集機制

原理

 垃圾收集機制的原理很簡單:找出那些不再繼續使用的變量,然後釋放其占用的內存,垃圾收集器會按照固定的時間間隔,或代碼執行中預定的收集時間,周期性地執行這一操作

 局部變量只在函數執行的過程中存在。而在這個過程中,會為局部變量在棧(或堆)內存上分配相應的空間,以便存儲它們的值。然後在函數中使用這些變量,直到函數執行結束。此時,局部變量就沒有存在的必要了。因此可以釋放它們的內存以供將來使用。在這種情況下,很容易判斷變量是否還有存在的必要;但並非所有情況下都這麼容易就能得出結論

 垃圾收集器必須跟蹤哪個變量有用哪個變量無用,對於不再有用的變量打上標記,以備將來收回其所占用的內存。用於標識無用變量的策略通常有標記清除和引用計數兩種

標記清除

 javascript中最常用的垃圾收集方式是標記清除(mark-and-sweep),當變量進入環境(例如,在函數中聲明一個變量),就將這個變量標記為'進入環境'。從邏輯上講,永遠不能釋放進入環境的變量所占用的內存,因為只要執行流進入相應的環境,就可能會用到它們。而當變量離開環境時,則將其標記為'離開環境'

 可以用任何方式來標記變量。比如,可以通過翻轉某個特殊的位來記錄一個變量何時進入環境,或者使用一個'進入環境的'變量列表以及一個'離開環境'的變量列表來跟蹤哪個變量發生了變化。說到底,如何標記變量其實並不重要,關鍵在於采取什麼策略

 垃圾收集器在運行的時候會給存儲在內存中的所有變量都加上標記。然後,它會去掉環境中的變量以及被環境中的變量引用的變量的標記。而在此之後再被加上標記的變量將被視為准備刪除的變量,原因是環境中的變量已經無法訪問到這些變量了。最後,垃圾收集器完成內存清除工作,銷毀那些帶標記的值並回收它們所占用的內存空間

 大多數浏覽器實現使用的都是標記清除式的垃圾收集策略,只不過垃圾收集的時間互有不同

引用計數

另一種不太常見的垃圾收集策略叫做引用計數(reference counting)

引用計數的含義是跟蹤記錄每個值被引用的次數。當聲明了一個變量並將一個引用類型值賦給該變量時,則這個值的引用次數就是1,如果同一個值又被賦給另一個變量,則該值的引用次數加1。相反,如果包含對這個值的引用的變量又取得了另外一個值,則這個值的引用次數減1,當這個值的引用次數為0時,則說明沒有辦法再訪問這個值了,因此就可以將其占用的內存空間回收回來。這樣,當垃圾收集器下次再運行時,它就會釋放那些引用次數為0的值所占用的內存

Netscape Navigator3.0是最早使用引用計數策略的浏覽器,但很快它就遇到了一個嚴重的問題——循環引用:對象A中包含一個指向對象B的指針,對象B中也包含一個指向對象A的指針

function problem(){
 var objectA = new Object();
 var objectB = new Object();
 objectA.someOtherObject = objectB;
 objectB.anotherObject = objectA;
}

在這個例子中,objectA和objectB通過各自的屬性相互引用,這兩個對象的引用次數都是2。在采用標記清除策略的實現中,由於函數執行之後,這兩個對象都離開了作用域,因此這種相互引用不是問題。但在采用引用計數策略的實現中,當函數執行完畢之後,objectA和objectB還將繼續存在,因為它們的引用次數永遠不會是0。假如這個函數被重復多次調用,就會導致大量內存得不到回收

IE中有一部分對象並不是原生javascript對象,例如,其BOM和DOM中的對象就是使用c++以COM(component Object Model 組件對象模型)對象的形式實現,而COM對象的垃圾回收機制采用的就是引用計數策略。因此,即使IE的javascript引擎是使用標記清除策略來實現的,但javascript訪問的COM對象依然是基於引用計數策略的。換句話說,只要在IE中涉及COM對象,就會存在循環引用的問題

var element = document.getElementById('some_element');
var myObject = new Object();
myObject.element = element;
element.someObject = myObject;

這個例子在一個DOM元素(element)與一個原生javascript對象(myObject)之間創建了循環引用。其中,變量myObject有一個名為element的屬性指向element對象,而變量element也有一個屬性名為someObject的屬性指向myObject。由於存在這個循環引用,即使將例子中的DOM從頁面中移除,它也永遠不會被回收

為了避免類似這樣的循環引用,最好是在不使用它們的時候手工斷開原生javascript和DOM元素之間的連接

myObject.element = null;
element.someObject = null; 

將變量設置為null意味著切斷變量與它此前引用的值之間的連接。當垃圾收集器下次運行時,就會刪除這些值並回收它們占用的內存

為了解決此問題,IE9把BOM和DOM對象都轉換成了真正的javascript對象

性能問題 

    垃圾收集器是周期性運行的,而且如果為變量分配的內存數量很可觀,那麼回收工作量也是相當大的。在這種情況下,確定垃圾收集時間間隔是一個非常重要的問題

    IE的垃圾收集器是根據內存分配量運行的。具體一點說,就是256個變量,4096個對象(或數組)字面量和數組元素(slot)或者64kb的字符串。達到上述任何一個臨界值,垃圾收集器就會運行

 這種實現方式的問題在於,如果一個腳本中包含那麼多變量,那麼該腳本很可能會在其生命周期中一直保有那麼多的變量。而這樣一來,垃圾收集器就不得不頻繁地運行。結果,由此引發的嚴重性能問題促使IE7重寫了其垃圾收集例程

 IE7的javascript引擎的垃圾收集例程改變了工作方式:觸發垃圾收集的變量分配、字面量和數組元素的臨界值被調整為動態修正。IE7中的各項臨界值在初始時與IE6相等。如果垃圾收集例程回收的內存分配量低於15%,則變量、字面量和數組元素的臨界值就會加倍。如果例程回收了85%的內存分配量,則將各種臨界值重置回默認值。這樣,極大地提升了IE在運行包含大量javascript的頁面時的性能

 事實上,在有的浏覽器中可以觸發垃圾收集過程。在IE中,調用window.CollectGarbage()方法會立即執行垃圾收集

內存管理

    使用具備垃圾收集機制的javascript的主要問題在於:分配給web浏覽器的可用內存數量通常要比分配給桌面應用程序的少,目的是防止運行javascript的網頁耗盡全部系統內存而導致系統崩潰。內存限制問題不僅會影響給變量分配內存,同時還會影響調用棧以及在一個線程中能夠同時執行的語句數量

 因此,確保占用最少的內存可以讓頁面獲得更好的性能。而優化內存占用的最佳方式是:為執行中的代碼只保存必要的數據。一旦數據不再有用,最好通過將其值設置為null來釋放其引用,這種做法叫解除引用(dereferencing)。這一做法適用於大多數全局變量和全局對象的屬性,局部變量會在它們離開執行環境時自動被解除引用

function createPerson(name){
 var localPerson = new Object();
 localPerson.name = name;
 return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson('test');
globalPerson = null;

   不過,要注意的是,解除一個值的引用並不意味著自動回收該值所占用的內存。解除引用的真正作用是讓值脫離執行環境,以便垃圾收集器下次運行時將其回收

以上就是本文的全部內容,希望本文的內容對大家的學習或者工作能帶來一定的幫助,如果有疑問大家可以留言交流,同時也希望多多支持!

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