JS `V8` `Heap` `Snapshots` 的 `Retainers` 路径分析：精确追踪内存泄漏源

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊 V8 引擎里那些“吃内存不吐骨头”的家伙，也就是内存泄漏。更具体地说，我们要化身侦探，通过 V8 的 Heap Snapshots 和 Retainers 路径分析，揪出那些导致内存泄漏的罪魁祸首。

准备好了吗？咱们开始吧！

第一幕：内存泄漏的“罪与罚”

内存泄漏，这四个字对于任何一个开发者来说，都像是噩梦般的存在。想象一下：你的应用运行一段时间后，开始变得卡顿，CPU 占用率飙升，最后直接崩溃。而这一切的幕后黑手，很可能就是内存泄漏。

简单来说，内存泄漏就是指你的程序分配了一些内存，但是用完之后，忘记或者无法释放它，导致这部分内存一直被占用，无法被其他程序使用。随着时间的推移，这种“内存占用”会越来越多，最终耗尽所有可用内存，导致程序崩溃。

为什么会发生内存泄漏？

内存泄漏的原因有很多，但常见的罪魁祸首包括：

全局变量的滥用: 全局变量生命周期贯穿整个应用程序，如果不小心把一些不再需要的对象赋值给全局变量，就会导致这些对象无法被垃圾回收。
闭包引起的循环引用: 闭包会捕获外部作用域的变量，如果闭包之间相互引用，就可能形成循环引用，导致这些闭包及其引用的对象无法被回收。
DOM 元素的引用未释放: 在 Web 开发中，如果 JavaScript 代码持有对 DOM 元素的引用，而这些 DOM 元素从 DOM 树中移除后，JavaScript 代码仍然持有引用，就会导致这些 DOM 元素无法被垃圾回收。
事件监听器未移除: 当一个 DOM 元素被移除时，如果没有移除附加在其上的事件监听器，这些监听器及其关联的回调函数会继续存在于内存中，导致内存泄漏。
定时器未清理: 使用 setInterval 或 setTimeout 创建的定时器，如果没有在不需要时清除，定时器会一直执行，并可能持有对其他对象的引用，导致内存泄漏。

第二幕： Heap Snapshots：内存的“快照”

要找出内存泄漏的源头，首先需要了解 V8 引擎的 Heap Snapshots。简单来说，Heap Snapshots 就是 V8 堆内存的“快照”，它记录了在特定时刻堆内存中的所有对象、它们的类型、大小以及它们之间的引用关系。

如何创建 Heap Snapshots？

创建 Heap Snapshots 的方法有很多，最常用的方式是使用 Chrome 开发者工具。

打开 Chrome 开发者工具 (F12)。
切换到 "Memory" 面板。
选择 "Heap snapshot" 类型。
点击 "Take snapshot" 按钮。

创建完成后，你就可以在开发者工具中查看这个快照了。

Heap Snapshots 的组成部分

Heap Snapshots 主要包含以下几个部分：

Objects: 堆内存中的所有对象，包括 JavaScript 对象、DOM 对象、V8 内部对象等等。
Sizes: 每个对象的大小，以字节为单位。
Types: 对象的类型，例如 Object, String, Array 等等。
Retainers: 对象的保留者，也就是哪些对象持有对该对象的引用。

第三幕： Retainers 路径分析：追踪内存泄漏的“线索”

现在，我们有了 Heap Snapshots，接下来就要利用 Retainers 路径分析来追踪内存泄漏的“线索”。

什么是 Retainers 路径？

Retainers 路径就是从 GC Roots (垃圾回收根节点) 到某个对象的引用链。 GC Roots 是垃圾回收器开始扫描的起始点，通常包括全局变量、调用栈中的局部变量等等。

如果一个对象能够通过 Retainers 路径从 GC Roots 到达，那么就说明这个对象仍然被程序使用，不能被垃圾回收。反之，如果一个对象无法通过 Retainers 路径从 GC Roots 到达，那么就说明这个对象已经不再被程序使用，可以被垃圾回收。

如何使用 Retainers 路径分析？

在 Chrome 开发者工具中，你可以通过以下步骤使用 Retainers 路径分析：

选择一个你怀疑存在内存泄漏的对象。
在 "Retainers" 面板中，你可以看到从 GC Roots 到该对象的引用链。
仔细分析这条引用链，找出导致该对象无法被垃圾回收的原因。

案例分析：全局变量引起的内存泄漏

假设我们有以下代码：

let largeArray = [];

function createLargeArray() {
  for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    largeArray.push(i);
  }
}

createLargeArray();

这段代码创建了一个包含 100 万个元素的数组，并将其赋值给全局变量 largeArray。即使我们不再需要这个数组，它仍然会存在于内存中，因为全局变量 largeArray 持有对它的引用。

我们可以通过 Heap Snapshots 和 Retainers 路径分析来验证这一点：

创建 Heap Snapshot。
在 Snapshot 中搜索 largeArray。
找到 largeArray 对象后，查看它的 Retainers。

你会发现 largeArray 的 Retainers 路径包含 Window 对象 (全局对象)。这说明 largeArray 对象被全局变量 largeArray 引用，因此无法被垃圾回收。

要解决这个问题，我们可以在不再需要 largeArray 时，将其赋值为 null：

largeArray = null;

案例分析：闭包引起的循环引用

function outerFunction() {
  let outerVariable = "Hello";
  let innerFunction = function() {
    console.log(outerVariable);
    return outerFunction; // 循环引用
  };
  return innerFunction;
}

let myClosure = outerFunction();

在这个例子中，innerFunction 闭包捕获了 outerFunction 的 outerVariable 变量，同时 innerFunction 又返回了 outerFunction 自身，从而形成了一个循环引用。这会导致 outerFunction 和 innerFunction 及其捕获的 outerVariable 变量都无法被垃圾回收。

通过 Retainers 路径分析，你可以看到 outerFunction 和 innerFunction 之间相互引用，形成了一个闭环。

要解决这个问题，你需要打破循环引用。例如，你可以修改代码，移除 innerFunction 返回 outerFunction 的部分：

function outerFunction() {
  let outerVariable = "Hello";
  let innerFunction = function() {
    console.log(outerVariable);
    // return outerFunction; // 移除循环引用
  };
  return innerFunction;
}

let myClosure = outerFunction();

案例分析：DOM 元素引用未释放

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>DOM Leak Example</title>
</head>
<body>
  <div id="myDiv">This is a div.</div>
  <script>
    let myDiv = document.getElementById('myDiv');
    // 移除 DOM 元素
    myDiv.parentNode.removeChild(myDiv);
    // myDiv 仍然存在于 JavaScript 中，导致内存泄漏
  </script>
</body>
</html>

在这个例子中，我们首先获取了 myDiv 元素的引用，然后将其从 DOM 树中移除。但是，JavaScript 代码仍然持有对 myDiv 元素的引用，导致 myDiv 元素无法被垃圾回收。

通过 Retainers 路径分析，你可以看到 myDiv 元素被 Window 对象 (全局对象) 引用。

要解决这个问题，你需要在移除 DOM 元素后，显式地将 myDiv 变量赋值为 null：

let myDiv = document.getElementById('myDiv');
// 移除 DOM 元素
myDiv.parentNode.removeChild(myDiv);
// 释放引用
myDiv = null;

案例分析：事件监听器未移除

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Event Listener Leak Example</title>
</head>
<body>
  <button id="myButton">Click Me</button>
  <script>
    let myButton = document.getElementById('myButton');
    function handleClick() {
      console.log('Button clicked!');
    }
    myButton.addEventListener('click', handleClick);

    // 移除 DOM 元素
    myButton.parentNode.removeChild(myButton);

    // 事件监听器仍然存在，导致内存泄漏
  </script>
</body>
</html>

在这个例子中，我们为一个按钮元素添加了一个点击事件监听器。即使我们将按钮元素从 DOM 树中移除，事件监听器仍然会存在于内存中，导致内存泄漏。

通过 Retainers 路径分析，你可以看到事件监听器及其回调函数被 Window 对象 (全局对象) 引用。

要解决这个问题，你需要在移除 DOM 元素之前，先移除事件监听器：

let myButton = document.getElementById('myButton');
function handleClick() {
  console.log('Button clicked!');
}
myButton.addEventListener('click', handleClick);

// 移除事件监听器
myButton.removeEventListener('click', handleClick);

// 移除 DOM 元素
myButton.parentNode.removeChild(myButton);

第四幕：总结与防范

通过 Heap Snapshots 和 Retainers 路径分析，我们可以深入了解 V8 引擎的内存管理机制，并找出内存泄漏的根源。

为了避免内存泄漏，我们需要养成良好的编程习惯：

谨慎使用全局变量: 尽量避免使用全局变量，如果必须使用，确保在使用完毕后及时释放。
避免闭包引起的循环引用: 仔细检查闭包的使用，确保没有形成循环引用。
及时释放 DOM 元素的引用: 在移除 DOM 元素后，显式地将 JavaScript 变量赋值为 null。
移除不再需要的事件监听器: 在移除 DOM 元素之前，先移除附加在其上的事件监听器。
清理定时器: 在不需要定时器时，及时使用 clearInterval 或 clearTimeout 清除定时器。
使用内存分析工具: 熟练使用 Chrome 开发者工具或其他内存分析工具，定期检查应用程序的内存使用情况。

一些额外的技巧和建议

对比 Snapshots: 创建两个 Heap Snapshots，一个在操作之前，一个在操作之后。通过对比两个 Snapshots，你可以更容易地发现哪些对象被创建并且没有被释放。
关注 detached DOM 树: Detached DOM 树是指从 DOM 树中移除，但仍然被 JavaScript 代码引用的 DOM 元素。这些 detached DOM 树是内存泄漏的常见来源。在 Chrome 开发者工具中，你可以通过 "detached DOM" 筛选器来查找 detached DOM 树。
使用 WeakRef: WeakRef 是 ES2021 引入的一个新特性，它允许你创建一个对对象的弱引用。弱引用不会阻止垃圾回收器回收该对象。如果你只需要观察一个对象，而不需要阻止它被垃圾回收，可以使用 WeakRef。

表格总结：常见内存泄漏原因及解决方案

内存泄漏原因	解决方案
全局变量滥用	尽量避免使用全局变量，使用完毕后赋值为 `null`
闭包引起的循环引用	仔细检查闭包的使用，打破循环引用
DOM 元素引用未释放	移除 DOM 元素后，将 JavaScript 变量赋值为 `null`
事件监听器未移除	移除 DOM 元素前，先移除事件监听器
定时器未清理	使用 `clearInterval` 或 `clearTimeout` 清除定时器
Detached DOM 树	检查并释放对 detached DOM 树的引用

好了，今天的讲座就到这里。希望大家能够掌握 Heap Snapshots 和 Retainers 路径分析的技巧，成为内存泄漏的终结者！记住，代码写得好，内存烦恼少！

感谢各位的观看，咱们下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复