JavaScript 内存泄漏

Posted 2022-01-18 冰雪奇缘lb

js 内存泄漏

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什么是内存泄漏？

程序的运行需要内存。只要程序提出要求，操作系统或者运行时（runtime）就必须供给内存。

对于持续运行的服务进程（daemon），必须及时释放不再用到的内存。否则，内存占用越来越高，轻则影响系统性能，重则导致进程崩溃。

不再用到的内存，没有及时释放，就叫做内存泄漏（memory leak）。

有些语言（比如 C 语言）必须手动释放内存，程序员负责内存管理。

char * buffer;
buffer = (char*) malloc(42);

// Do something with buffer

free(buffer);

上面是 C 语言代码，malloc方法用来申请内存，使用完毕之后，必须自己用free方法释放内存。

这很麻烦，所以大多数语言提供自动内存管理，减轻程序员的负担，这被称为"垃圾回收机制"（garbage collector）。

虽然前端有垃圾回收机制，但当某块无用的内存，却无法被垃圾回收机制认为是垃圾时，也就发生内存泄漏了。

哪些情况会引起内存泄漏

1. 意外的全局变量

全局变量的生命周期最长，直到页面关闭前，它都存活着，所以全局变量上的内存一直都不会被回收。

当全局变量使用不当，没有及时回收（手动赋值 null），或者拼写错误等将某个变量挂载到全局变量时，也就发生内存泄漏了。

2. 遗忘的定时器
setTimeout 和 setInterval 是由浏览器专门线程来维护它的生命周期，所以当在某个页面使用了定时器，当该页面销毁时，没有手动去释放清理这些定时器的话，那么这些定时器还是存活着的。

也就是说，定时器的生命周期并不挂靠在页面上，所以当在当前页面的 js 里通过定时器注册了某个回调函数，而该回调函数内又持有当前页面某个变量或某些 DOM 元素时，就会导致即使页面销毁了，由于定时器持有该页面部分引用而造成页面无法正常被回收，从而导致内存泄漏了。

如果此时再次打开同个页面，内存中其实是有双份页面数据的，如果多次关闭、打开，那么内存泄漏会越来越严重。而且这种场景很容易出现，因为使用定时器的人很容易遗忘清除。

3. 使用不当的闭包
函数本身会持有它定义时所在的词法环境的引用，但通常情况下，使用完函数后，该函数所申请的内存都会被回收了。

但当函数内再返回一个函数时，由于返回的函数持有外部函数的词法环境，而返回的函数又被其他生命周期东西所持有，导致外部函数虽然执行完了，但内存却无法被回收。

4. 遗漏的 DOM 元素
DOM 元素的生命周期正常是取决于是否挂载在 DOM 树上，当从 DOM 树上移除时，也就可以被销毁回收了
但如果某个 DOM 元素，在 js 中也持有它的引用时，那么它的生命周期就由 js 和是否在 DOM 树上两者决定了，记得移除时，两个地方都需要去清理才能正常回收它。

5. 网络回调
某些场景中，在某个页面发起网络请求，并注册一个回调，且回调函数内持有该页面某些内容，那么，当该页面销毁时，应该注销网络的回调，否则，因为网络持有页面部分内容，也会导致页面部分内容无法被回收。

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如何监控内存泄漏

内存泄漏是可以分成两类的，一种是比较严重的，泄漏的就一直回收不回来了，另一种严重程度稍微轻点，就是没有及时清理导致的内存泄漏，一段时间后还是可以被清理掉。

不管哪一种，利用开发者工具抓到的内存图，应该都会看到一段时间内，内存占用不断的直线式下降，这是因为不断发生 GC，也就是垃圾回收导致的。

内存不足会造成不断 GC，而 GC 时是会阻塞主线程的，所以会影响到页面性能，造成卡顿，所以内存泄漏问题还是需要关注的。

场景一：在某个函数内申请一块内存，然后该函数在短时间内不断被调用

// 点击按钮，就执行一次函数，申请一块内存
startBtn.addEventListener("click", function() 
	var a = new Array(100000).fill(1);
	var b = new Array(20000).fill(1);
);

一个页面能够使用的内存是有限的，当内存不足时，就会触发垃圾回收机制去回收没用的内存。

而在函数内部使用的变量都是局部变量，函数执行完毕，这块内存就没用可以被回收了。

所以当我们短时间内不断调用该函数时，可以发现，函数执行时，发现内存不足，垃圾回收机制工作，回收上一个函数申请的内存，因为上个函数已经执行结束了，内存无用可被回收了。

所以图中呈现内存使用量的图表就是一条横线过去，中间出现多处竖线，其实就是表示内存清空，再申请，清空再申请，每个竖线的位置就是垃圾回收机制工作以及函数执行又申请的时机。

场景二：在某个函数内申请一块内存，然后该函数在短时间内不断被调用，但每次申请的内存，有一部分被外部持有。

// 点击按钮，就执行一次函数，申请一块内存
var arr = [];
startBtn.addEventListener("click", function() 
	var a = new Array(100000).fill(1);
	var b = new Array(20000).fill(1);
    arr.push(b);
);

看一下跟第一张图片有什么区别？

不再是一条横线了吧，而且横线中的每个竖线的底部也不是同一水平了吧。

其实这就是内存泄漏了。

我们在函数内申请了两个数组内存，但其中有个数组却被外部持有，那么，即使每次函数执行完，这部分被外部持有的数组内存也依旧回收不了，所以每次只能回收一部分内存。

这样一来，当函数调用次数增多时，没法回收的内存就越多，内存泄漏的也就越多，导致内存使用量一直在增长
另外，也可以使用 performance monitor 工具，在开发者工具里找到更多的按钮，在里面打开此功能面板，这是一个可以实时监控 cpu，内存等使用情况的工具，会比上面只能抓取一段时间内工具更直观一点：

梯状上升的就是发生内存泄漏了，每次函数调用，总有一部分数据被外部持有导致无法回收，而后面平滑状的则是每次使用完都可以正常被回收。

这张图需要注意下，第一个红框末尾有个直线式下滑，这是因为，我修改了代码，把外部持有函数内申请的数组那行代码去掉，然后刷新页面，手动点击 GC 才触发的效果，否则，无论你怎么点 GC，有部分内存一直无法回收，是达不到这样的效果图的。

以上，是监控是否发生内存泄漏的一些工具，但下一步才是关键，既然发现内存泄漏，那该如何定位呢？如何知道，是哪部分数据没被回收导致的泄漏呢？

如何分析内存泄漏，找出有问题的代码

分析内存泄漏的原因，还是需要借助开发者工具的 Memory 功能，这个功能可以抓取内存快照，也可以抓取一段时间内，内存分配的情况，还可以抓取一段时间内触发内存分配的各函数情况。

利用这些工具，我们可以分析出，某个时刻是由于哪个函数操作导致了内存分配，分析出大量重复且没有被回收的对象是什么。

这样一来，有嫌疑的函数也知道了，有嫌疑的对象也知道了，再去代码中分析下，这个函数里的这个对象到底是不是就是内存泄漏的元凶，搞定。

先举个简单例子，再举个实际内存泄漏的例子：

场景一：在某个函数内申请一块内存，然后该函数在短时间内不断被调用，但每次申请的内存，有一部分被外部持有

// 每次点击按钮，就有一部分内存无法回收，因为被外部 arr 持有了
var arr = [];
startBtn.addEventListener("click", function() 
	var a = new Array(100000).fill(1);
	var b = new Array(20000).fill(1);
  arr.push(b);
);

可以抓取两份快照，两份快照中间进行内存泄漏操作，最后再比对两份快照的区别，查看增加的对象是什么，回收的对象又是哪些，如上图。

也可以单独查看某个时刻快照，从内存占用比例来查看占据大量内存的是什么对象，如下图：

还可以从垃圾回收机制角度出发，查看从 GC root 根节点出发，可达的对象里，哪些对象占用大量内存：

从上面这些方式入手，都可以查看到当前占用大量内存的对象是什么，一般来说，这个就是嫌疑犯了。

当然，也并不一定，当有嫌疑对象时，可以利用多次内存快照间比对，中间手动强制 GC 下，看下该回收的对象有没有被回收，这是一种思路。

• 抓取一段时间内，内存分配情况。
  

这个方式，可以有选择性的查看各个内存分配时刻是由哪个函数发起，且内存存储的是什么对象。

当然，内存分配是正常行为，这里查看到的还需要借助其他数据来判断某个对象是否是嫌疑对象，比如内存占用比例，或结合内存快照等等。

• 抓取一段时间内函数的内存使用情况
  

这个能看到的内容很少，比较简单，目的也很明确，就是一段时间内，都有哪些操作在申请内存，且用了多少。

总之，这些工具并没有办法直接给你答复，告诉你 xxx 就是内存泄漏的元凶，如果浏览器层面就能确定了，那它干嘛不回收它，干嘛还会造成内存泄漏

所以，这些工具，只能给你各种内存使用信息，你需要自己借助这些信息，根据自己代码的逻辑，去分析，哪些嫌疑对象才是内存泄漏的元凶。

实例分析

例子1：

var t = null;
var replaceThing = function() 
  var o = t
  var unused = function() 
    if (o) 
      console.log("hi")
            
  
 
  t = 
    longStr: new Array(100000).fill('*'),
    someMethod: function() 
      console.log(1)
    
  

setInterval(replaceThing, 1000)

先说说这代码用途，声明了一个全局变量 t 和 replaceThing 函数，函数目的在于会为全局变量赋值一个新对象，然后内部有个变量存储全局变量 t 被替换前的值，最后定时器周期性执行 replaceThing 函数

• 发现问题

我们先利用工具看看，是不是会发生内存泄漏：

三种内存监控图表都显示，这发生内存泄漏了：反复执行同个函数，内存却梯状式增长，手动点击 GC 内存也没有下降，说明函数每次执行都有部分内存泄漏了。

这种手动强制垃圾回收都无法将内存将下去的情况是很严重的，长期执行下去，会耗尽可用内存，导致页面卡顿甚至崩掉。

• 分析问题

既然已经确定有内存泄漏了，那么接下去就该找出内存泄漏的原因了。

首先通过 sampling profile，我们把嫌疑定位到 replaceThing 这个函数上

接着，我们抓取两份内存快照，比对一下，看看能否得到什么信息：

比对两份快照可以发现，这过程中，数组对象一直在增加，而且这个数组对象来自 replaceThing 函数内部创建的对象的 longStr 属性。

其实这张图信息很多了，尤其是下方那个嵌套图，嵌套关系是反着来，你倒着看的话，就可以发现，从全局对象 Window 是如何一步步访问到该数组对象的，垃圾回收机制正是因为有这样一条可达的访问路径，才无法回收。

其实这里就可以分析了，为了多使用些工具，我们换个图来分析吧。

我们直接从第二份内存快照入手，看看：

为什么每一次 replaceThing 函数调用后，内部创建的对象都无法被回收呢？

因为 replaceThing 的第一次创建，这个对象被全局变量 t 持有，所以回收不了。

后面的每一次调用，这个对象都被上一个 replaceThing 函数内部的 o 局部变量持有而回收不了。

而这个函数内的局部变量 o 在 replaceThing 首次调用时被创建的对象的 someMethod 方法持有，该方法挂载的对象被全局变量 t 持有，所以也回收不了。

这样层层持有，每一次函数的调用，都会持有函数上次调用时内部创建的局部变量，导致函数即使执行结束，这些局部变量也无法回收。