javascript内存管理（堆和栈）和javascript运行机制

Posted 2020-10-15 诸葛正当年

内存基本概念

内存的生命周期：

1、分配所需的内存

2、内存的读与写

3、不需要时将其释放

所有语言的内存生命周期都基本一致，不同的是最后一步在低级语言中很清晰，但是在像javascript 等高级语言中，这一步是隐藏的、透明的。

 

js的内存生命周期：

1、定义变量时就完成了内存分配

2、使用值的过程实际上是对分配内存进行读取与写入的操作。读取与写入可能是写入一个变量或者一个对象的属性值，甚至传递函数的参数。

3、而内存的释放而依赖GC机制（高级语言解释器嵌入的“垃圾回收器”）。

 

程序运行的时候，需要内存空间存放数据。一般来说，系统会划分出两种不同的内存空间：一种叫做栈（stack），另一种叫做堆（heap）。

堆（heap）与栈（stack）

heap是没有结构的，数据可以任意存放。heap用于复杂数据类型（引用类型）分配空间，例如数组对象、object对象。

 

 

 stack是有结构的，每个区块按照一定次序存放（后进先出），stack中主要存放一些基本类型的变量和对象的引用，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的。可以明确知道每个区块的大小，因此，stack的寻址速度要快于heap。

函数调用形成了一个栈帧。

function foo(b) {
  var a = 10;
  return a + b + 11;
}

function bar(x) {
  var y = 3;
  return foo(x * y);
}

console.log(bar(7));

当调用bar时，创建了第一个帧 ，帧中包含了bar的参数和局部变量。

 

当bar调用foo时，第二个帧就被创建，并被压到第一个帧之上，帧中包含了foo的参数和局部变量。当foo返回时，最上层的帧就被弹出栈（剩下bar函数的调用帧 ）。

当bar返回的时候，栈就空了。

 

堆与栈的大小

程序运行时，每个线程分配一个stack，每个进程分配一个heap，也就是说，stack是线程独占的，heap是线程共用的。此外，stack创建的时候，大小是确定的，数据超过这个大小，就发生stack overflow错误，而heap的大小是不确定的，需要的话可以不断增加。所以这里只看stack的大小限制。下面是一个简单的测试：

var i=0;
function inc() {
    i++;
    if(i>41909){return;}
    inc();
}
inc();

测试环境是16G内存的电脑，需要注意的是：根据栈的定义可以知道如果 inc 函数里有变量申明的话也是会有内存占用的。

1、谷歌浏览器chrome 55.0版本下限制是41909条。

2、IE8浏览器下限制是3062条。

 

stack overflow（栈溢出）

因为stack是有限制的，而且stack超出浏览器的规定的栈限制时就会报stack overflow。一般情况下不会出现这种情况，因为js语言有他自己的GC机制，而出现这种情况一般是js的死循环或者没有正确的停止递归造成的，可以通过调试去追踪stack。我还碰到过c++编绎的activx控件，使用事件函数做实时推送时stack overflow。原因是控件的事件函数并不会等showMsg函数执行完再进行推送，解决方法是推送每次只推送一条，当js执行完后再请求下一次推送。

function showMsg(msg){
    return msg;
}
function msgctrl::OnMsgNtf(msg)
{
    showMsg()
}

 

 

javascript 的单线程

JavaScript语言的一大特点就是单线程，也就是说，同一个时间只能做一件事。

JavaScript的单线程，与它的用途有关。作为浏览器脚本语言，JavaScript的主要用途是与用户互动，以及操作DOM。这决定了它只能是单线程，否则会带来很复杂的同步问题。比如，假定JavaScript同时有两个线程，一个线程在某个DOM节点上添加内容，另一个线程删除了这个节点，这时浏览器应该以哪个线程为准？

所以，为了避免复杂性，从一诞生，JavaScript就是单线程，这已经成了这门语言的核心特征，将来也不会改变。

为了利用多核CPU的计算能力，html5提出Web Worker标准，允许JavaScript脚本创建多个线程，但是子线程完全受主线程控制，且不得操作DOM。所以，这个新标准并没有改变JavaScript单线程的本质。

 

Event-Loop（事件循环）

单线程就意味着，所有任务需要排队，前一个任务结束，才会执行后一个任务。如果前一个任务耗时很长，后一个任务就不得不一直等着。

如果排队是因为计算量大，CPU忙不过来，倒也算了，但是很多时候CPU是闲着的，因为IO设备（输入输出设备）很慢（比如Ajax操作从网络读取数据），不得不等着结果出来，再往下执行。

JavaScript语言的设计者意识到，这时主线程完全可以不管IO设备，挂起处于等待中的任务，先运行排在后面的任务。等到IO设备返回了结果，再回过头，把挂起的任务继续执行下去。

于是，所有任务可以分成两种，一种是同步任务（synchronous），另一种是异步任务（asynchronous）。同步任务指的是，在主线程上排队执行的任务，只有前一个任务执行完毕，才能执行后一个任务；异步任务指的是，不进入主线程、而进入"任务队列"（task queue）的任务，只有"任务队列"通知主线程，某个异步任务可以执行了，该任务才会进入主线程执行。

常见的异步任务有Ajax操作、定时器（setTimeout/setInterval）、UI事件（load(图片js文件的加载等)、resize、scroll、click等）。网上有文章说定时器是另起一个线程并行执行是不对的，下面是简单的测试：

setTimeout(function(){console.log(111)},5);
console.log(new Date().getTime())
for(var i=0; i<10000000; i++){

}
console.log(new Date().getTime())
console.log(777);

运行结果：

可以看出只有等主线程执行完毕后才会执行任务队列中的任务。

 

具体来说，异步执行的运行机制如下。（同步执行也是如此，因为它可以被视为没有异步任务的异步执行。）

（1）所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。

（2）主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。

（3）一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。

（4）主线程不断重复上面的第三步。

下图就是主线程和任务队列的示意图。

只要主线程空了，就会去读取"任务队列"，这就是JavaScript的运行机制。这个过程会不断重复。

参考链接：http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/10/event-loop.html