4 个问题图解浏览器垃圾回收的过程
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:
浏览器怎么进行垃圾回收?
浏览器中不同类型变量的内存都是何时释放?
哪些情况会导致内存泄露?如何避免?
weakMap weakSet 和 Map 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:
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:
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 中
文档 DOM 树
存放在栈上的变量
...
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:
对象占用空间大。
对象存活时间长。
它使用「标记-清除」的算法执行垃圾回收。
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。
然后是垃圾清除。直接将标记为垃圾的数据清理掉。
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。
先给对象区域所有垃圾做标记。
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。
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。
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
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。
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 的 $store,watch 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 addEventListener ,removeEventListener。
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 weakMap、weakSet。
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 weakSet 和 Map 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?
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。
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。
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。
weakMap weakSet 和 Map Set 有什么区别?
答题思路:WeakMap、WeakSet 弱引用,解决了内存泄露问题。
看完三件事❤️
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