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从 4 个面试题了解「浏览器的垃圾回收」

浏览器垃圾回收一直是前端面试常考的部分,我一直不太理解。最近深入学习了一下,争取一篇文章说清楚。

我们首先带着这 4 个问题,来了解浏览器垃圾回收的过程,后面会逐一解答:

  1. 浏览器怎么进行垃圾回收?
  2. 浏览器中不同类型变量的内存都是何时释放?
  3. 哪些情况会导致内存泄露?如何避免?
  4. weakMap weakSetMap Set 有什么区别?

ok, let's go!

什么是垃圾数据?

生活中你买了一瓶可乐,喝完之后可乐瓶就变成了垃圾,应该被回收处理。

同样地,我们在写 js 代码的时候,会频繁地操作数据。

在一些数据不被需要的时候,它就是垃圾数据,垃圾数据占用的内存就应该被回收。

变量的生命周期

比如这么一段代码:

let dog = new Object()
let dog.a = new Array(1)
复制代码

当 JavaScript 执行这段代码的时候,

会先在全局作用域中添加一个dog 属性,并在堆中创建了一个空对象,将该对象的地址指向了 dog

随后又创建一个大小为 1 的数组,并将属性地址指向了 dog.a。此时的内存布局图如下所示:

如果此时,我将另外一个对象赋给了 a 属性,代码如下所示:

dog.a = new Object()
复制代码

此时的内存布局图:

a 的指向改变了, 此时堆中的数组对象就成为了不被使用的数据,专业名词叫「不可达」的数据。

这就是需要回收的垃圾数据。

垃圾回收算法

可以将这个过程想象成从根溢出一个巨大的油漆桶,它从一个根节点出发将可到达的对象标记染色, 然后移除未标记的。

第一步:标记空间中「可达」值。

V8 采用的是可达性 (reachability) 算法来判断堆中的对象应不应该被回收。

这个算法的思路是这样的:

  • 从根节点(Root)出发,遍历所有的对象。
  • 可以遍历到的对象,是可达的(reachable)。
  • 没有被遍历到的对象,不可达的(unreachable)。

在浏览器环境下,根节点有很多,主要包括这几种:

  • 全局变量 window,位于每个 iframe
  • 文档 DOM
  • ...

这些根节点不是垃圾,不可能被回收。

第二步:回收「不可达」的值所占据的内存。

在所有的标记完成之后,统一清理内存中所有不可达的对象。

第三步,做内存整理。

  • 在频繁回收对象后,内存中就会存在大量不连续空间,专业名词叫「内存碎片」。
  • 当内存中出现了大量的内存碎片,如果需要分配较大的连续内存时,就有可能出现内存不足的情况。
  • 所以最后一步是整理内存碎片。 (但这步其实是可选的,因为有的垃圾回收器不会产生内存碎片,比如接下来我们要介绍的副垃圾回收器。)

什么时候垃圾回收?

浏览器进行垃圾回收的时候,会暂停 JavaScript 脚本,等垃圾回收完毕再继续执行。

对于普通应用这样没什么问题,但对于 JS 游戏、动画对连贯性要求比较高的应用,如果暂停时间很长就会造成页面卡顿。

这就是我们接下来谈的关于垃圾回收的问题:什么时候进行垃圾回收,可以避免长时间暂停。

分代收集

浏览器将数据分为两种,一种是「临时」对象,一种是「长久」对象。

  • 临时对象:
    • 大部分对象在内存中存活的时间很短。
    • 比如函数内部声明的变量,或者块级作用域中的变量。当函数或者代码块执行结束时,作用域中定义的变量就会被销毁。
    • 这类对象很快就变得不可访问,应该快点回收。
  • 长久对象:
    • 生命周期很长的对象,比如全局的 window、DOM、Web API 等等。
    • 这类对象可以慢点回收。

这两种对象对应不同的回收策略,所以,V8 把堆分为新生代和老生代两个区域, 新生代中存放临时对象,老生代中存放持久对象。

并且让副垃圾回收器、主垃圾回收器,分别负责新生代、老生代的垃圾回收。

这样就可以实现高效的垃圾回收啦。

一般来说,面试回答到这就够了。如果想和面试官深入交流,可以继续聊聊两个垃圾回收器。

主垃圾回收器

负责老生代的垃圾回收,有两个特点:

  1. 对象占用空间大。
  2. 对象存活时间长。

它使用「标记-清除」的算法执行垃圾回收。

  1. 首先是标记。
    • 从一组根元素开始,递归遍历这组根元素。
    • 在这个遍历过程中,能到达的元素称为活动对象,没有到达的元素就可以判断为垃圾数据。
  2. 然后是垃圾清除。 直接将标记为垃圾的数据清理掉。
  3. 多次标记-清除后,会产生大量不连续的内存碎片,需要进行内存整理。

副垃圾回收器

负责新生代的垃圾回收,通常只支持 1~8 M 的容量。

新生代被分为两个区域:一般是对象区域,一半是空闲区域。 新加入的对象都被放入对象区域,等对象区域快满的时候,会执行一次垃圾清理。

  1. 先给对象区域所有垃圾做标记。

  2. 标记完成后,存活的对象被复制到空闲区域,并且将他们有序的排列一遍。 这就回到我们前面留下的问题 -- 副垃圾回收器没有碎片整理。因为空闲区域里此时是有序的,没有碎片,也就不需要整理了。

  3. 复制完成后,对象区域会和空闲区域进行对调。将空闲区域中存活的对象放入对象区域里。 这样,就完成了垃圾回收。

因为副垃圾回收器操作比较频繁,所以为了执行效率,一般新生区的空间会被设置得比较小。

一旦检测到空间装满了,就执行垃圾回收。

分代收集

一句话总结分代回收就是:将堆分为新生代与老生代,多回收新生代,少回收老生代。

这样就减少了每次需遍历的对象,从而减少每次垃圾回收的耗时。

增量收集

如果脚本中有许多对象,引擎一次性遍历整个对象,会造成一个长时间暂停。

所以引擎将垃圾收集工作分成更小的块,每次处理一部分,多次处理。

这样就解决了长时间停顿的问题。

闲时收集

垃圾收集器只会在 CPU 空闲时尝试运行,以减少可能对代码执行的影响。

面试题1:浏览器怎么进行垃圾回收?

从三个点来回答什么是垃圾、如何捡垃圾、什么时候捡垃圾。

  1. 什么是垃圾
    • 不再需要,即为垃圾
    • 全局变量随时可能用到,所以一定不是垃圾
  2. 如何捡垃圾(遍历算法)
    • 标记空间中「可达」值。
      • 从根节点(Root)出发,遍历所有的对象。
      • 可以遍历到的对象,是可达的(reachable)。
      • 没有被遍历到的对象,不可达的(unreachable)
    • 回收「不可达」的值所占据的内存。
    • 做内存整理。
  3. 什么时候捡垃圾
    • 前端有其特殊性,垃圾回收的时候会造成页面卡顿。
    • 分代收集、增量收集、闲时收集。

面试题2:浏览器中不同类型变量的内存都是何时释放?

Javascritp 中类型:值类型,引用类型。

  • 引用类型
    • 在没有引用之后,通过 V8 自动回收。
  • 值类型
    • 如果处于闭包的情况下,要等闭包没有引用才会被 V8 回收。
    • 非闭包的情况下,等待 V8 的新生代切换的时候回收。

面试题3:哪些情况会导致内存泄露?如何避免?

内存泄露是指你「用不到」(访问不到)的变量,依然占居着内存空间,不能被再次利用起来。

以 Vue 为例,通常有这些情况:

  • 监听在 window/body 等事件没有解绑
  • 绑在 EventBus 的事件没有解绑
  • Vuex$storewatch 了之后没有 unwatch
  • 使用第三方库创建,没有调用正确的销毁函数

解决办法:beforeDestroy 中及时销毁

  • 绑定了 DOM/BOM 对象中的事件 addEventListenerremoveEventListener
  • 观察者模式 $on$off处理。
  • 如果组件中使用了定时器,应销毁处理。
  • 如果在 mounted/created 钩子中使用了第三方库初始化,对应的销毁。
  • 使用弱引用 weakMapweakSet

闭包会导致内存泄露吗?

顺便说一个我在了解垃圾回收之前对闭包的误解。

闭包会导致内存泄露吗?正确的答案是不会。

内存泄露是指你「用不到」(访问不到)的变量,依然占居着内存空间,不能被再次利用起来。

闭包里面的变量就是我们需要的变量,不能说是内存泄露。

这个误解是如何来的? 因为 IE。IE 有 bug,IE 在我们使用完闭包之后,依然回收不了闭包里面引用的变量。 这是 IE 的问题,不是闭包的问题。 参考这篇文章

面试题4:weakMap weakSetMap Set 有什么区别?

在 ES6 中为我们新增了两个数据结构 WeakMap、WeakSet,就是为了解决内存泄漏的问题。

它的键名所引用的对象都是弱引用,就是垃圾回收机制遍历的时候不考虑该引用。

只要所引用的对象的其他引用都被清除,垃圾回收机制就会释放该对象所占用的内存。

也就是说,一旦不再需要,WeakMap 里面的键名对象和所对应的键值对会自动消失,不用手动删除引用。

更全面的介绍可以看这里: 第 4 题:介绍下 Set、Map、WeakSet 和 WeakMap 的区别

总结

现在我们简单了解了浏览器的垃圾回收机制,还记得最初的 4 个问题吗?

  1. 浏览器怎么进行垃圾回收?

答题思路:什么是垃圾、怎么收垃圾、什么时候收垃圾。

  1. 浏览器中不同类型变量的内存都是何时释放?

答题思路:分为值类型、引用类型。

  1. 哪些情况会导致内存泄露?如何避免?

答题思路:内存泄露是指你「用不到」(访问不到)的变量,依然占居着内存空间,不能被再次利用起来。

  1. weakMap weakSetMap Set 有什么区别?

答题思路:WeakMapWeakSet 弱引用,解决了内存泄露问题。

参考

作者水平有限,文章中如果有错误恳请各位大佬指出,感谢~!