完全掌握JavaScript内存泄漏(图文详解)

文章2022-06-0127 人已阅来源:网络

本篇文章给大家带来了关于JavaScript中内存泄露的相关知识,其中包括内存泄露是什么,那些情况会引起内存泄露等相关问题,希望对大家有帮助。

js 内存泄漏

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。
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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 bufferfree(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。


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);});

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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);});

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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:
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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。
在这里插入图片描述
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);});

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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:
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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:
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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。
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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
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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:
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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。
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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:
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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:
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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。

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以上就是完全掌握JavaScript内存泄漏(图文详解)的详细内容!