JavaScript 具有自动垃圾收集机制,也就是说,执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。而在 C 和 C++ 之类的语言中,开发人员的一项基本任务就是手工跟踪内存的使用情况,这是造成许多问题的一个根源。在编写 JavaScript 程序时,开发人员不用再关心内存使用问题,所需内存的分配以及无用内存的回收完全实现了自动管理。这种垃圾收集机制的原理其实很简单:找出那些不再继续使用的变量,然后释放其占用的内存。为此,垃圾收集器会按照固定的时间间隔(或代码执行中预定的收集时间)周期性地执行这一操作。

下面我们来分析一下函数中局部变量的正常生命周期。局部变量只在函数执行的过程中存在。而在这个过程中,会为局部变量在栈(或堆)内存上分配相应的空间,以便存储它们的值。然后在函数中使用这些变量,直至函数执行结束。此时,局部变量就没有存在的必要了,因此可以释放它们的内存以供将来使用。在这种情况下,很容易判断变量是否还有存在的必要;但并非所有情况下都这么容易就能得出结论。垃圾收集器必须跟踪哪个变量有用哪个变量没用,对于不再有用的变量打上标记,以备将来收回其占用的内存。用于标识无用变量的策略可能会因实现而异,但具体到浏览器中的实现,则通常有两个策略。

标记清除

Javascript中最常用的垃圾收集方式是标记清除(mark-and-swep)。当变量进入环境(例如,在函数中声明一个变量)时,就将这个变量标记为“进入环境”。从逻辑上讲,永远不能释放进入环境的变量所占用的内存,因为只要执行流进入相应的环境,就可能会用到它们。而当变量离开环境时,则将其标记为“离开环境”。

可以使用任何方式来标记变量。比如,可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境,或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。说到底,如何标记变量其实并不重要,关键在于采取什么策略。

垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记(当然,可以使用任何标记方式)。然后,它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量,原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后,垃圾收集器完成内存清除工作,销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

到2008年为止,IE、 Firefox、 Opera、 Chrome 和 Safari 的 JavaScript 实现使用的都是标记清除式的垃圾收集策略(或类似的策略),只不过垃圾收集的时间间隔互有不同。

引用计数

另一种不太常见的垃圾收集策略叫做引用计数( reference counting)。引用计数的含义是跟踪记录每个值被引用的次数。当声明了一个变量并将一个引用类型值赋给该变量时,则这个值的引用次数就是1。如果同一个值又被赋给另一个变量,则该值的引用次数加1。相反,如果包含对这个值引用的变量又取得了另外一个值,则这个值的引用次数减1。当这个值的引用次数变成0时,则说明没有办法再访问这个值了,因而就可以将其占用的内存空间回收回来。这样,当垃圾收集器下次再运行时,它就会释放那些引用次数为零的值所占用的内存。

Netscape Navigator3.0 是最早使用引用计数策略的浏览器,但很快它就遇到了一个严重的问题:循环引用。循环引用指的是对象 A 中包含一个指向对象 B 的指针,而对象 B 中也包含一个指向对象 A 的引用。请看下面这个例子

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function problem() {
var objectA = new Object();
var objectB = new Object();
objectA.someOtherobject = objectB;
objectB.anotherobject = objectA;
}

在这个例子中, objectA 和 objectB 通过各自的属性相互引用;也就是说,这两个对象的引用次数都是2。在采用标记清除策略的实现中,由于函数执行之后,这两个对象都离开了作用域,因此这种相互引用不是个问题。但在采用引用计数策略的实现中,当函数执行完毕后,objectA 和 objectB 还将继续存在,因为它们的引用次数永远不会是。假如这个函数被重复多次调用,就会导致大量内存得不到回收。为此,Netscape 在 Navigator4.0 中放弃了引用计数方式,转而采用标记清除来实现其垃圾收集机制。可是,引用计数导致的麻烦并未就此终结。

我们知道,IE中有一部分对象并不是原生 JavaScript 对象。例如,其 BOM 和 DOM 中的对象就是使用 C++ 以 COM( Component Object Model,组件对象模型)对象的形式实现的,而 COM 对象的垃圾收集机制采用的就是引用计数策略。因此,即使 IE 的 JavaScript 引擎是使用标记清除策略来实现的,但 JavaScript 访问的 COM 对象依然是基于引用计数策略的。换句话说,只要在 IE 中涉及 COM 对象,就会存在循环引用的回题。下面这个简单的例子,展示了使用 COM 对象导致的循环引用问题:

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var element= document.getElementById("some element")
var myobject = new Object();
myobject.element = element;
element.someObject = myobject;

这个例子在一个 DOM 元素(element)与一个原生 JavaScript 对象(myObject)之间创建了循环引用。其中,变量 myobject 有一个名为 element 的属性指向 element 对象;而变量 element 也有一个属性名叫 someObject 回指 myobject,由于存在这个循环引用,即使将例子中的 DOM 从页面中移除,它也永远不会被回收。为了避免类似这样的循环引用问题,最好是在不使用它们的时候手工断开原生 JavaScript 对象与 DOM 元素之间的连接。例如,可以使用下面的代码消除前面例子创建的循环引用:

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myobject.element= null;
element.someobject = null;

将变量设置为 null 意味着切断变量与它此前引用的值之间的连接。当垃圾收集器下次运行时,就会删除这些值并回收它们占用的内存。
为了解决上述问题,IE9 把 BOM 和 DOM 对象都转换成了真正的 JavaScript 对象。这样,就避免了两种垃圾收集算法并存导致的问题,也消除了常见的内存泄漏现象。

性能问题

垃坂收集器是周期性运行的,而且如果为变量分配的内存数量很可观,那么回收工作量也是相当大的。在这种情况下,确定垃圾收集的时间间隔是一个非常重要的问题。说到垃圾收集器多长时间运行次,不禁让人联想到IE因此而声名狼藉的性能问题。IE的垃圾收集器是根据内存分配量运行的,具体点说就是256个变量、4096个对象(或数组)字面量和数组元素(slot)或者64KB的字符串。达到上述任何一个临界值,垃圾收集器就会运行。这种实现方式的问题在于,如果一个脚本中包含那么多变量,那么该脚本很可能会在其生命周期中一直保有那么多的变量。而这样一来,垃圾收集器就不得不频繁地运行。结果,由此引发的严重性能问题促使IE重写了其垃圾收集例程。

随着IE7的发布,其 JavaScript 引擎的垃圾收集例程改变了工作方式:触发垃圾收集的变量分配、字面量和(或)数组元素的临界值被调整为动态修正。IE7中的各项临界值在初始时与IE6相等。如果垃圾收集例程回收的内存分配量低于15%,则变量、字面量和(或)数组元素的临界值就会加倍。如果例程回收了85%的内存分配量,则将各种临界值重置回默认值。这一看似简单的调整,极大地提升了在运行包含大量 JavaScript 的页面时的性能。

事实上,在有的浏览器中可以触发垃圾收集过程,但我们不建议读者这样做。在 IE 中,调用 window.CollectGarbage() 方法会立即执行垃圾收集。在 Opera7 及更高版本中,调用 window.opera.collect() 也会启动垃圾收集例程。

管理内存

使用具备垃圾收集机制的语言编写程序,开发人员一般不必操心内存管理的问题。但是,JavaScript 在进行内存管理及垃圾收集时面临的问题还是有点与众不同。其中最主要的一个问题,就是分配给Web浏览器的可用内存数量通常要比分配给桌面应用程序的少。这样做的目的主要是出于安全方面的考虑,目的是防止运行 JavaScript 的网页耗尽全部系统内存而导致系统崩溃。内存限制问题不仅会影响给变量分配内存,同时还会影响调用栈以及在一个线程中能够同时执行的语句数量。

因此,确保占用最少的内存可以让页面获得更好的性能。而优化内存占用的最佳方式,就是为执行中的代码只保存必要的数据。旦数据不再有用,最好通过将其值设置为 null 来释放其引用————这个做法叫做解除引用( dereferencing)。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性。局部变量会在它们离开执行环境时自动被解除引用,如下面这个例子所示:

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function createPerson(name) {
var localPerson = new Object();
localPerson.name = name;
return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson("Nicholas”);
// 手工解除 globalPerson 的引用
globalPerson = null;

在这个例子中,变量 globalPerson 取得了 createPerson() 函数返回的值。在 createPerson() 函数内部,我们创建了一个对象并将其赋给局部变量 localPerson,然后又为该对象添加了一个名为 name 的属性。最后,当调用这个函数时,localPerson 以函数值的形式返回并赋给全局变量 globalPerson。由于 localPerson 在 createPerson() 函数执行完毕后就离开了其执行环境,因此无需我们显式地去为它解除引用。但是对于全局变量 globalPerson 而言,则需要我们在不使用它的时候手工为它解除引用,这也正是上面例子中最后一行代码的目的。

不过,解除一个值的引用并不意味着自动回收该值所占用的内存。解除引用的真正作用是让值脱离执行环境,以便垃圾收集器下次运行时将其回收。