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[Java教程]JavaScirpt 的垃圾(garbage collection)回收机制


一、垃圾回收机制—GC

Javascript具有自动垃圾回收机制(GC:Garbage Collecation),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。

原理:垃圾收集器会定期(周期性)找出那些不在继续使用的变量,然后释放其内存。

JavaScript垃圾回收的机制很简单:找出不再使用的变量,然后释放掉其占用的内存,但是这个过程不是实时的,因为其开销比较大,所以垃圾回收器会按照固定的时间间隔周期性的执行

不再使用的变量也就是生命周期结束的变量,当然只可能是局部变量,全局变量的生命周期直至浏览器卸载页面才会结束。局部变量只在函数的执行过程中存在,而在这个过程中会为局部变量在栈或堆上分配相应的空间,以存储它们的值,然后在函数中使用这些变量,直至函数结束,而闭包中由于内部函数的原因,外部函数并不能算是结束。

还是上代码说明吧:

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function fn1() {
 var obj = {name: 'hanzichi', age: 10};
}
 
function fn2() {
 var obj = {name:'hanzichi', age: 10};
 return obj;
}
 
var a = fn1();
var b = fn2();




我们来看代码是如何执行的。首先定义了两个function,分别叫做fn1和fn2,当fn1被调用时,进入fn1的环境,会开辟一块内存存放对象{name: 'hanzichi', age: 10},而当调用结束后,出了fn1的环境,那么该块内存会被js引擎中的垃圾回收器自动释放;在fn2被调用的过程中,返回的对象被全局变量b所指向,所以该块内存并不会被释放。

这里问题就出现了:到底哪个变量是没有用的?所以垃圾收集器必须跟踪到底哪个变量没用,对于不再有用的变量打上标记,以备将来收回其内存。用于标记的无用变量的策略可能因实现而有所区别,通常情况下有两种实现方式:标记清除和引用计数。引用计数不太常用,标记清除较为常用。

二、标记清除

js中最常用的垃圾回收方式就是标记清除。当变量进入环境时,例如,在函数中声明一个变量,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”。

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function test(){
 var a = 10 ; //被标记 ,进入环境
 var b = 20 ; //被标记 ,进入环境
}
test(); //执行完毕 之后 a、b又被标离开环境,被回收。




  垃圾回收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(闭包)。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,垃圾回收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。

  到目前为止,IE、Firefox、Opera、Chrome、Safari的js实现使用的都是标记清除的垃圾回收策略或类似的策略,只不过垃圾收集的时间间隔互不相同。

三、引用计数

  引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时,则这个值的引用次数就是1。如果同一个值又被赋给另一个变量,则该值的引用次数加1。相反,如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值,则这个值的引用次数减1。当这个值的引用次数变成0时,则说明没有办法再访问这个值了,因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样,当垃圾回收器下次再运行时,它就会释放那些引用次数为0的值所占用的内存。

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function test(){
 var a = {} ; //a的引用次数为0
 var b = a ; //a的引用次数加1,为1
 var c =a; //a的引用次数再加1,为2
 var b ={}; //a的引用次数减1,为1
}




  Netscape Navigator3是最早使用引用计数策略的浏览器,但很快它就遇到一个严重的问题:循环引用。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的引用。

 

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function fn() {
 var a = {};
 var b = {};
 a.pro = b;
 b.pro = a;
}
 
fn();




  以上代码a和b的引用次数都是2,fn()执行完毕后,两个对象都已经离开环境,在标记清除方式下是没有问题的,但是在引用计数策略下,因为a和b的引用次数不为0,所以不会被垃圾回收器回收内存,如果fn函数被大量调用,就会造成内存泄露。在IE7与IE8上,内存直线上升。

我们知道,IE中有一部分对象并不是原生js对象。例如,其内存泄露DOM和BOM中的对象就是使用C++以COM对象的形式实现的,而COM对象的垃圾回收机制采用的就是引用计数策略。因此,即使IE的js引擎采用标记清除策略来实现,但js访问的COM对象依然是基于引用计数策略的。换句话说,只要在IE中涉及COM对象,就会存在循环引用的问题。

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var element = document.getElementById("some_element");
var myObject = new Object();
myObject.e = element;
element.o = myObject;




  这个例子在一个DOM元素(element)与一个原生js对象(myObject)之间创建了循环引用。其中,变量myObject有一个名为element的属性指向element对象;而变量element也有一个属性名为o回指myObject。由于存在这个循环引用,即使例子中的DOM从页面中移除,它也永远不会被回收。

看上面的例子,有同学回觉得太弱了,谁会做这样无聊的事情,其实我们是不是就在做

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window.onload=function outerFunction(){
 var obj = document.getElementById("element");
 obj.onclick=function innerFunction(){};
};




这段代码看起来没什么问题,但是obj引用了document.getElementById(“element”),而document.getElementById(“element”)的onclick方法会引用外部环境中德变量,自然也包括obj,是不是很隐蔽啊。

解决办法

最简单的方式就是自己手工解除循环引用,比如刚才的函数可以这样

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myObject.element = null;
element.o = null;




 

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window.onload=function outerFunction(){
 var obj = document.getElementById("element");
 obj.onclick=function innerFunction(){};
 obj=null;
};




将变量设置为null意味着切断变量与它此前引用的值之间的连接。当垃圾回收器下次运行时,就会删除这些值并回收它们占用的内存。

要注意的是,IE9+并不存在循环引用导致Dom内存泄露问题,可能是微软做了优化,或者Dom的回收方式已经改变

四、内存管理

1、什么时候触发垃圾回收?

垃圾回收器周期性运行,如果分配的内存非常多,那么回收工作也会很艰巨,确定垃圾回收时间间隔就变成了一个值得思考的问题。IE6的垃圾回收是根据内存分配量运行的,当环境中存在256个变量、4096个对象、64k的字符串任意一种情况的时候就会触发垃圾回收器工作,看起来很科学,不用按一段时间就调用一次,有时候会没必要,这样按需调用不是很好吗?但是如果环境中就是有这么多变量等一直存在,现在脚本如此复杂,很正常,那么结果就是垃圾回收器一直在工作,这样浏览器就没法儿玩儿了。

微软在IE7中做了调整,触发条件不再是固定的,而是动态修改的,初始值和IE6相同,如果垃圾回收器回收的内存分配量低于程序占用内存的15%,说明大部分内存不可被回收,设的垃圾回收触发条件过于敏感,这时候把临街条件翻倍,如果回收的内存高于85%,说明大部分内存早就该清理了,这时候把触发条件置回。这样就使垃圾回收工作职能了很多

2、合理的GC方案

1)、Javascript引擎基础GC方案是(simple GC):mark and sweep(标记清除),即:

  • (1)遍历所有可访问的对象。
  • (2)回收已不可访问的对象。

2)、GC的缺陷

和其他语言一样,javascript的GC策略也无法避免一个问题:GC时,停止响应其他操作,这是为了安全考虑。而Javascript的GC在100ms甚至以上,对一般的应用还好,但对于JS游戏,动画对连贯性要求比较高的应用,就麻烦了。这就是新引擎需要优化的点:避免GC造成的长时间停止响应。

3)、GC优化策略

David大叔主要介绍了2个优化方案,而这也是最主要的2个优化方案了:

(1)分代回收(Generation GC)
这个和Java回收策略思想是一致的。目的是通过区分“临时”与“持久”对象;多回收“临时对象”区(young generation),少回收“持久对象”区(tenured generation),减少每次需遍历的对象,从而减少每次GC的耗时。如图:

这里需要补充的是:对于tenured generation对象,有额外的开销:把它从young generation迁移到tenured generation,另外,如果被引用了,那引用的指向也需要修改。

(2)增量GC
这个方案的思想很简单,就是“每次处理一点,下次再处理一点,如此类推”。如图:

这种方案,虽然耗时短,但中断较多,带来了上下文切换频繁的问题。

因为每种方案都其适用场景和缺点,因此在实际应用中,会根据实际情况选择方案。

比如:低 (对象/s) 比率时,中断执行GC的频率,simple GC更低些;如果大量对象都是长期“存活”,则分代处理优势也不大。

 

作者:小平果118