JavaScript內存泄露的4種方式及如何避免
簡介
內存泄露是每個開發者最終都要面對的問題，它是許多問題的根源：反應遲緩，崩潰，高延遲，以及其他應用問題。
什么是內存泄露？
本質上，內存泄露可以定義為：應用程序不再需要占用內存的時候，由于某些原因，內存沒有被操作系統或可用內存池回收。編程語言管理內存的方式各不相 同。只有開發者最清楚哪些內存不需要了，操作系統可以回收。一些編程語言提供了語言特性，可以幫助開發者做此類事情。另一些則寄希望于開發者對內存是否需 要清晰明了。
JavaScript 內存管理
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存是否可達，幫助開發者管理內存。換言之，垃圾回收語言減輕了“內存仍可用”及“內存仍可 達”的問題。兩者的區別是微妙而重要的：僅有開發者了解哪些內存在將來仍會使用，而不可達內存通過算法確定和標記，適時被操作系統回收。
JavaScript 內存泄露
垃圾回收語言的內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存的可達與不可達。
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：
-
垃圾回收器創建了一個“roots”列表。Roots 通常是代碼中全局變量的引用。JavaScript 中，“window” 對象是一個全局變量，被當作 root 。window 對象總是存在，因此垃圾回收器可以檢查它和它的所有子對象是否存在（即不是垃圾）；
-
所有的 roots 被檢查和標記為激活（即不是垃圾）。所有的子對象也被遞歸地檢查。從 root 開始的所有對象如果是可達的，它就不被當作垃圾。
-
所有未被標記的內存會被當做垃圾，收集器現在可以釋放內存，歸還給操作系統了。
現代的垃圾回收器改良了算法，但是本質是相同的：可達內存被標記，其余的被當作垃圾回收。
不需要的引用是指開發者明知內存引用不再需要，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存。有些人認為這是開發者的錯誤。
為了理解 JavaScript 中最常見的內存泄露，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：未定義的變量會在全局對象創建一個新變量。在瀏覽器中，全局對象是 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 foo 內部忘記使用 var ，意外創建了一個全局變量。此例泄露了一個簡單的字符串，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 創建：
- function foo() {
- this.variable = "potential accidental global";
- }
- // Foo 調用自己，this 指向了全局對象（window）
- // 而不是 undefined
- foo();
在 JavaScript 文件頭部加上
'use strict'，可以避免此類錯誤發生。啟用嚴格模式解析 JavaScript ，避免意外的全局變量。
全局變量注意事項
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）。尤其當全局變量用于 臨時存儲和處理大量信息時，需要多加小心。如果必須使用全局變量存儲大量數據時，確保用完以后把它設置為 null 或者重新定義。與全局變量相關的增加內存消耗的一個主因是緩存。緩存數據是為了重用，緩存必須有一個大小上限才有用。高內存消耗導致緩存突破上限，因為緩 存內容無法被回收。
2：被遺忘的計時器或回調函數
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：與節點或數據關聯的計時器不再需要，node 對象可以刪除，整個回調函數也不需要了。可是，計時器回調函數仍然沒被回收（計時器停止才會被回收）。同時，someResource 如果存儲了大量的數據，也是無法被回收的。
對于觀察者的例子，一旦它們不再需要（或者關聯的對象變成不可達），明確地移除它們非常重要。老的 IE 6 是無法處理循環引用的。如今，即使沒有明確移除它們，一旦觀察者對象變成不可達，大部分瀏覽器是可以回收觀察者處理函數的。
觀察者代碼示例：
- var element = document.getElementById('button');
- function onClick(event) {
- element.innerHTML = 'text';
- }
- element.addEventListener('click', onClick);
對象觀察者和循環引用注意事項
老版本的 IE 是無法檢測 DOM 節點與 JavaScript 代碼之間的循環引用，會導致內存泄露。如今，現代的瀏覽器（包括 IE 和 Microsoft Edge）使用了更先進的垃圾回收算法，已經可以正確檢測和處理循環引用了。換言之，回收節點內存時，不必非要調用 removeEventListener 了。
3：脫離 DOM 的引用
有時，保存 DOM 節點內部數據結構很有用。假如你想快速更新表格的幾行內容，把每一行 DOM 存成字典（JSON 鍵值對）或者數組很有意義。此時，同樣的 DOM 元素存在兩個引用：一個在 DOM 樹中，另一個在字典中。將來你決定刪除這些行時，需要把兩個引用都清除。
- 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，仍舊存在一個全局的 #button 的引用
- // elements 字典。button 元素仍舊在內存中，不能被 GC 回收。
- }
此外還要考慮 DOM 樹內部或子節點的引用問題。假如你的 JavaScript 代碼中保存了表格某一個 <td> 的引用。將來決定刪除整個表格的時候，直覺認為 GC 會回收除了已保存的 <td> 以外的其它節點。實際情況并非如此：此<td> 是表格的子節點，子元素與父元素是引用關系。由于代碼保留了 <td> 的引用，導致整個表格仍待在內存中。保存 DOM 元素引用的時候，要小心謹慎。
4：閉包
閉包是 JavaScript 開發的一個關鍵方面：匿名函數可以訪問父級作用域的變量。
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：每次調用 replaceThing ，theThing 得到一個包含一個大數組和一個新閉包（someMethod）的新對象。同時，變量 unused 是一個引用 originalThing 的閉包（先前的 replaceThing 又調用了 theThing ）。思緒混亂了嗎？最重要的事情是，閉包的作用域一旦創建，它們有同樣的父級作用域，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 迫使它保留在內存中（防止被回收）。當這段代碼反復運行，就會看到內存占用不斷上升，垃圾回收器（GC）并無法降低內存占用。本質上，閉包的鏈表已經創建，每一個閉包作用域攜帶一個指向大數組的間接的引用，造成嚴重的內存泄露。
Meteor 的博文 解釋了如何修復此種問題。在
replaceThing的***添加originalThing = null。
Chrome 內存剖析工具概覽
Chrome 提供了一套很棒的檢測 JavaScript 內存占用的工具。與內存相關的兩個重要的工具：timeline 和 profiles。
Timeline
timeline 可以檢測代碼中不需要的內存。在此截圖中，我們可以看到潛在的泄露對象穩定的增長，數據采集快結束時，內存占用明顯高于采集初期，Node（節點）的總量也很高。種種跡象表明，代碼中存在 DOM 節點泄露的情況。
Profiles
Profiles 是你可以花費大量時間關注的工具，它可以保存快照，對比 JavaScript 代碼內存使用的不同快照，也可以記錄時間分配。每一次結果包含不同類型的列表，與內存泄露相關的有 summary（概要） 列表和 comparison（對照） 列表。
summary（概要） 列表展示了不同類型對象的分配及合計大小：shallow size（特定類型的所有對象的總大小），retained size（shallow size 加上其它與此關聯的對象大小）。它還提供了一個概念，一個對象與關聯的 GC root 的距離。
對比不同的快照的 comparison list 可以發現內存泄露。
實例：使用 Chrome 發現內存泄露
實質上有兩種類型的泄露：周期性的內存增長導致的泄露，以及偶現的內存泄露。顯而易見，周期性的內存泄露很容易發現；偶現的泄露比較棘手，一般容易被忽視，偶爾發生一次可能被認為是優化問題，周期性發生的則被認為是必須解決的 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 grow 執行的時候，開始創建 div 節點并插入到 DOM 中，并且給全局變量分配一個巨大的數組。通過以上提到的工具可以檢測到內存穩定上升。
找出周期性增長的內存
timeline 標簽擅長做這些。在 Chrome 中打開例子，打開 Dev Tools ，切換到 timeline，勾選 memory 并點擊記錄按鈕，然后點擊頁面上的 The Button 按鈕。過一陣停止記錄看結果：
兩種跡象顯示出現了內存泄露，圖中的 Nodes（綠線）和 JS heap（藍線）。Nodes 穩定增長，并未下降，這是個顯著的信號。
JS heap 的內存占用也是穩定增長。由于垃圾收集器的影響，并不那么容易發現。圖中顯示內存占用忽漲忽跌，實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存，內存還是周期性的泄露了。
確定存在內存泄露之后，我們找找根源所在。
保存兩個快照
切換到 Chrome Dev Tools 的 profiles 標簽，刷新頁面，等頁面刷新完成之后，點擊 Take Heap Snapshot 保存快照作為基準。而后再次點擊 The Button 按鈕，等數秒以后，保存第二個快照。
篩選菜單選擇 Summary，右側選擇 Objects allocated between Snapshot 1 and Snapshot 2，或者篩選菜單選擇 Comparison ，然后可以看到一個對比列表。
此例很容易找到內存泄露，看下 (string) 的 Size Delta Constructor，8MB，58個新對象。新對象被分配，但是沒有釋放，占用了8MB。
如果展開 (string) Constructor，會看到許多單獨的內存分配。選擇某一個單獨的分配，下面的 retainers 會吸引我們的注意。
我們已選擇的分配是數組的一部分，數組關聯到 window 對象的 x 變量。這里展示了從巨大對象到無法回收的 root（window）的完整路徑。我們已經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 節點，利用以上提到的快照很容易發現。對于更大型的網站，Chrome 還提供了 Record Heap Allocations 功能。
Record heap allocations 找內存泄露
回到 Chrome Dev Tools 的 profiles 標簽，點擊 Record Heap Allocations。工具運行的時候，注意頂部的藍條，代表了內存分配，每一秒有大量的內存分配。運行幾秒以后停止。
上圖中可以看到工具的殺手锏：選擇某一條時間線，可以看到這個時間段的內存分配情況。盡可能選擇接近峰值的時間線，下面的列表僅顯示了三種 constructor：其一是泄露最嚴重的（string），下一個是關聯的 DOM 分配，***一個是 Text constructor（DOM 葉子節點包含的文本）。
從列表中選擇一個 HTMLDivElement constructor，然后選擇 Allocation stack。
現在知道元素被分配到哪里了吧（grow -> createSomeNodes），仔細觀察一下圖中的時間線，發現 HTMLDivElement constructor 調用了許多次，意味著內存一直被占用，無法被 GC 回收，我們知道了這些對象被分配的確切位置（createSomeNodes）。回到代碼本身，探討下如何修復內存泄露吧。
另一個有用的特性
在 heap allocations 的結果區域，選擇 Allocation。
這個視圖呈現了內存分配相關的功能列表，我們立刻看到了 grow 和 createSomeNodes。當選擇 grow 時，看看相關的 object constructor，清楚地看到 (string), HTMLDivElement 和 Text 泄露了。
結合以上提到的工具，可以輕松找到內存泄露。
