JavaScript性能优化1——内存管理（JS垃圾回收机制引用计数标记清除标记整理）

Posted 2021-06-15 JIZQAQ

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JavaScript性能优化1——内存管理（JS垃圾回收机制引用计数标记清除标记整理）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、导入

随着我们javascript代码需要实现的功能越来越复杂，性能优化变得重要了起来。那么哪些内容可以被看做是性能优化呢？本质上来说，任何一种提高运行效率，降低运行开销的行为都可以看做是优化操作。

前端优化无处不在，例如请求资源时候用到的网络、数据的传输方式、开发过程中使用的框架等。本阶段讨论的核心是JavaScript语言本身的优化，也就是从认知内存空间的实用到垃圾回收的方式介绍。从而让我们编写出高效的JavaScript代码。

在这篇文章里，主要讨论内存管理相关的内容。

随着这些年来的硬件不断发展，同时高级编程语言当中都自带GC机制，这些变化都让我们可以在不需要过多注意内存空间的使用下，也能正常完成相应的功能开发。

二、内存管理

内存：由可读写单元组成，表示一篇可操控空间
管理：人为的去操作一片空间的申请、使用和释放
内存管理：开发者主动申请空间、使用空间、释放空间

1.JavaScript中的内存管理

分为下面三个步骤

申请内存空间
使用内存空间
释放内存空间

//DEMO2
// Memory management
// 申请
let obj = {}
// 使用
obj.name = 'lg'
// 释放 js中没有释放api，我们这里就把它设置为null
obj = null

2.JavaScript中的垃圾回收

概念

对我们前端而言JS的内存管理是自动的，每次我们创建一个对象、数组、函数的时候会自动分配一个内存空间。

那么什么是垃圾呢？

对象不再被引用的时候就是垃圾
对象不能从根上访问到的时候也是垃圾。

知道什么是垃圾之后，JS引擎就会出来工作，把它们占据的对象空间进行回收，这就叫做JS的垃圾回收。

下面我们引入一个概念，叫可达对象

可达对象

可以访问到的对象就是可达对象（引用、作用域链）
可达的标准就是从根出发是否能够被找到
JavaScript中的根就可以理解为是全局变量对象

接下来我们在代码中看一下JS的引用和可达是什么样的

引用样例

// reference
let obj = {name: 'xm'}// 这里就发生了引用，obj也是可达的，xm空间也是可达的

let ali = obj // xm空间又多了一次引用

obj = null // obj引用xm的这条路断了，但是xm空间还是可达的，因为ali还在引用xm空间

console.log(ali)//打印{ name: 'xm' }

可达样例

先看一下下面这段代码

//DEMO4
//可达对象
//我们定义了一个函数去接收两个变量obj1，obj2，互相指引
function objGroup(obj1,obj2) {
    obj1.next = obj2
    obj2.prev = obj1
    return {
        o1:obj1,
        o2:obj2
    }

}
let obj = objGroup({name:'obj1'},{name:'obj2'})
console.log(obj)

说明：

首先从全局的根出发，我们能找到一个可达的对象obj，它是通过一个函数调用之后，指向了一个内存空间（里面就是o1和o2），又通过相应的属性指向obj1和obj2的空间，这两个空间之间通过next和prev互相指向。

所以在这个例子里面，我们能从根访问到任何一个内存空间。

然后我们删除掉两行代码之后

function objGroup(obj1,obj2) {
    obj1.next = obj2
    //obj2.prev = obj1
    return {
        //o1:obj1,
        o2:obj2
    }

}
let obj = objGroup({name:'obj1'},{name:'obj2'})
console.log(obj)

这之后，我们所有能够找到obj1的线条都被删除了，于是obj1空间就会被认为是垃圾，js引擎就会找到它把它删除。

3.GC算法介绍

GC定义与作用

GC就是垃圾回收机制的简写
GC可以找到内存中的垃圾、并释放和回收空间。

GC里的垃圾是什么

程序中不再需要使用的对象（下面例子里的name）

程序中不能再访问到的对象（下面例子里的name）

GC算法是什么

GC是一种机制，垃圾回收器完成具体的工作
工作的内容就是查找垃圾释放空间、回收空间
算法就是工作时查找和挥手所遵循的规则

常见GC算法

引用计数：通过一个数字判断当前的是不是垃圾
标记清除：进行工作的时候给到活动对象添加一个标记，判断是否垃圾
标记整理：和标记清除类似，回收过程中做的事情不太一样
分代回收：不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率

3.1引用计数

实现原理

核心思想：设置应用数，判断当前引用数是否为0，从而判断是否垃圾对象。数字为0，GC开始工作，将其所在的对象空间回收再释放使用。

引用关系发生改变的时候，引用计数器会主动去修改引用数值。引用数字为0的时候立刻回收。

//DEMO4
//GC 引用计数
const user1 = {age:11}
const user2 = {age:22}
const user3 = {age:33}

const nameList = [user1.age,user2.age,user3.age]

function fn() {
    // 当加上const之后，num1作用域变了，一旦fn()结束之后，我们就再也找不到num1了，引用计数为0，gc就会吧num1的内存空间回收
    const num1 = 1 
    num2 = 2
}

fn()

总结：

靠着我们当前对象身上引用计数器的数值是否为0，从而决定它是不是垃圾对象。

引用计数的优点

发现垃圾时立即回收
最大限度减少程序暂停（当内存快满的时候就立刻去找引用计数为0的删掉）

引用计数的缺点

无法回收循环引用的对象
时间开销大（因为要时刻监控数值的修改）

什么是循环引用的对象

//DEMO5
//对象之间的循环引用
//虽然obj1和obj2全局作用域下找不到了，但是引用还存在的，obj1和obj2互相在他们的作用域内引用
//用引用计数算法无法释放这部分空间。
function fn() {
    const obj1 = {}
    const obj2 = {}

    obj1.name = obj2
    obj2.name = obj1

    return 'hello world'
}

fn()

3.2标记清除

实现原理

这个原理实现要比引用计数算法更加简单，还能解决一些问题。在后续学习的v8当中会被大量用到。

核心思想：将整个垃圾回收操作分成标记和清楚两个阶段完成。第一个阶段会遍历所有对象，找到活动对象标记。第二个阶段仍然遍历所有对象，把那些身上没有标记的对象进行清除。还会把第一个阶段的标记抹掉，便于GC下次正常工作。通过两次遍历行为，把我们当前的垃圾空间进行回收，最终交给相应的空闲列表去维护。

通过下面图片举例说明一下：

在全局的地方，我们可以找到A、B、C三个可达对象，如果发现他们的下边有child，或者child还有child，它会使用递归的方式去寻找可达对象。所以D、E也会被做上可达标记。从global的链条下是找不到a1，b1的，所以GC工作的时候会认为a1、b1是垃圾，把它清除掉，并且把可达标记都清除掉。要注意最终还会把回收的空间放在一个空闲列表上面，方便后面的程序直接申请空间使用。