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JS `Heap Snapshots` (`Chrome DevTools`) 分析与内存泄漏导致的敏感信息泄露

大家好，今天咱们聊聊JS堆快照这玩意儿，以及它背后隐藏的内存泄漏和敏感信息泄露危机

各位观众老爷，咱们今天不开车，聊点硬核的。主题就是JS堆快照（Heap Snapshots），这名字听起来就有点让人打怵，但其实它是个好东西，能帮咱们揪出内存泄漏这只烦人的小虫子，还能顺带发现一些敏感信息泄露的蛛丝马迹。但是，用不好，也可能反过来变成泄露敏感信息的帮凶。所以，今天咱们就来扒一扒它的底裤，看看它到底是个什么玩意儿，以及怎么用好它。

什么是堆快照？

简单来说，堆快照就是给你的JS堆内存拍张照片。这张照片记录了当前时刻，你的JavaScript程序里所有对象的状态。包括：

  • 对象类型: 比如是数组、字符串、函数、DOM节点等等。
  • 对象大小: 每个对象占用了多少内存。
  • 对象之间的引用关系: 哪些对象引用了哪些对象。

想象一下，你的程序是一个拥挤的房间，堆快照就是从上帝视角俯瞰整个房间，记录了每个人（对象）的位置、大小，以及他们之间手拉手的关系。

为什么要用堆快照？

主要有两个目的：

  1. 排查内存泄漏: JS的垃圾回收机制理论上应该自动回收不再使用的内存。但有时候，由于一些错误的代码逻辑，导致某些对象即使不再需要，仍然被其他对象引用着，无法被回收。这就是内存泄漏。时间一长，内存越占越多，程序性能就会下降，甚至崩溃。堆快照可以帮助我们找到这些“被遗忘的孤儿”。
  2. 发现敏感信息泄露: 有时候，不小心把一些敏感信息（比如用户的密码、信用卡号、API密钥）存储在了全局变量或者DOM元素上，而这些信息又没有及时清理掉，就有可能被堆快照捕捉到。

如何生成堆快照？

最方便的方式就是使用Chrome DevTools。步骤如下：

  1. 打开Chrome浏览器，F12打开开发者工具。
  2. 切换到"Memory"（内存）选项卡。
  3. 选择"Heap snapshot"（堆快照）单选框。
  4. 点击"Take snapshot"（拍摄快照）按钮。

然后，Chrome就会生成一个堆快照文件，并展示在界面上。你可以用这个快照进行各种分析。

堆快照的结构和分析

堆快照的数据结构比较复杂，但核心概念是 对象 (Objects) 和 引用 (References)。Chrome DevTools提供了多种视图来帮助我们分析堆快照，最常用的包括：

  • Summary: 概要视图，展示了各种类型的对象数量和大小。
  • Comparison: 对比视图，可以比较两个快照之间的差异，用于查找内存泄漏。
  • Containment: 包含视图，展示了对象的引用关系，可以找到哪些对象引用了特定的对象。
  • Statistics: 统计视图，展示了内存分配的统计信息。

Summary 视图

这个视图可以让你快速了解当前堆内存中各种对象类型的数量和大小。

对象类型 数量 总大小 (Bytes)
(string) 1234 123456
(array) 567 789012
Object 890 345678
Function 123 901234

通过这个视图，你可以快速找到占用内存最多的对象类型，从而缩小排查范围。比如，如果发现字符串类型的对象占用了大量的内存，那么就可以重点关注字符串相关的代码。

Comparison 视图

这是排查内存泄漏的利器。你需要拍摄两个快照：

  1. 在执行可能导致内存泄漏的代码之前拍摄一个快照 (Snapshot 1)。
  2. 执行完代码之后再拍摄一个快照 (Snapshot 2)。

然后，在Comparison视图中选择这两个快照进行比较。Chrome DevTools会展示出Snapshot 2相比Snapshot 1新增的对象和删除的对象。如果发现某些对象数量不断增加，但却没有被释放，那么就很有可能是内存泄漏了。

Comparison视图的几个关键列：

  • #New: 新增的对象数量。
  • #Deleted: 删除的对象数量。
  • Size Diff: 大小差异。

重点关注 #New 列，如果某个类型的对象数量持续增加，并且 Size Diff 也很大，那么就很有可能存在内存泄漏。

Containment 视图

这个视图可以展示对象的引用关系。你可以通过这个视图找到哪些对象引用了特定的对象，从而追踪内存泄漏的根源。

Containment视图是一个树状结构，根节点是全局对象 (Global Object)。你可以展开树节点，查看对象的子对象，以及引用链。

举个例子，如果你发现一个DOM元素没有被移除，那么就可以在Containment视图中找到它，然后查看哪些对象引用了这个DOM元素。如果发现一个全局变量引用了这个DOM元素，那么就可以通过修改代码，解除这个引用，从而释放内存。

内存泄漏的常见原因和修复方法

内存泄漏的原因有很多，常见的包括：

  • 闭包: 闭包会导致函数内部的变量被外部作用域引用，即使函数执行完毕，这些变量也不会被释放。
  • 定时器: 如果定时器没有被正确清除，那么定时器回调函数以及它所引用的对象就会一直存在于内存中。
  • 事件监听器: 如果事件监听器没有被移除，那么监听器回调函数以及它所引用的对象就会一直存在于内存中。
  • DOM元素引用: 如果DOM元素被JavaScript对象引用，即使DOM元素从DOM树中移除，它也不会被垃圾回收。

下面是一些常见的内存泄漏场景以及修复方法：

1. 闭包导致的内存泄漏

function createClosure() {
  let largeArray = new Array(1000000).fill(0); // 占用大量内存的数组
  return function() {
    console.log(largeArray.length);
  };
}

let myClosure = createClosure();
// myClosure 引用了 createClosure 函数中的 largeArray，导致 largeArray 无法被垃圾回收

// 修复方法：解除引用
myClosure = null;

2. 定时器导致的内存泄漏

let element = document.getElementById('myElement');

function startTimer() {
  setInterval(function() {
    element.innerHTML = new Date();
  }, 1000);
}

startTimer();
// 如果 element 被移除，但定时器仍然在运行，那么 element 就会一直存在于内存中

// 修复方法：清除定时器
let timerId = setInterval(function() {
  element.innerHTML = new Date();
}, 1000);

// 在 element 被移除之前，清除定时器
clearInterval(timerId);
element = null;

3. 事件监听器导致的内存泄漏

let button = document.getElementById('myButton');

function handleClick() {
  console.log('Button clicked');
}

button.addEventListener('click', handleClick);
// 如果 button 被移除，但事件监听器仍然存在，那么 handleClick 函数以及它所引用的对象就会一直存在于内存中

// 修复方法：移除事件监听器
button.removeEventListener('click', handleClick);
button = null;

4. DOM元素引用导致的内存泄漏

let element = document.getElementById('myElement');
let data = {
  element: element // JavaScript对象引用了DOM元素
};

// 如果 element 从DOM树中移除，但 data 对象仍然存在，那么 element 就不会被垃圾回收

// 修复方法：解除引用
data.element = null;
element = null;

敏感信息泄露的防范

除了内存泄漏，堆快照还可能暴露敏感信息。例如，不小心把用户的密码存储在了全局变量中，或者把API密钥写死在了代码里，这些信息都可能被堆快照捕捉到。

为了防止敏感信息泄露，需要注意以下几点：

  1. 不要在客户端存储敏感信息: 尽量避免在客户端存储用户的密码、信用卡号等敏感信息。如果必须存储，一定要进行加密处理。
  2. 不要把API密钥写死在代码里: 将API密钥存储在服务器端，或者使用环境变量。
  3. 及时清理不再使用的敏感信息: 如果在客户端临时存储了敏感信息，一定要在使用完毕后及时清理掉。
  4. 定期审查代码: 定期审查代码，查找潜在的敏感信息泄露风险。

堆快照的局限性

堆快照虽然强大，但也有一些局限性：

  1. 性能开销: 生成堆快照会占用一定的CPU和内存资源，可能会影响程序的性能。所以，不要在生产环境中频繁生成堆快照。
  2. 快照大小: 堆快照文件可能会很大，特别是对于大型应用程序。
  3. 分析难度: 分析堆快照需要一定的经验和技巧。对于复杂的内存泄漏问题，可能需要花费大量的时间才能找到根源。

总结

总而言之，JS堆快照是一个强大的工具，可以帮助我们排查内存泄漏和发现敏感信息泄露。但是，它也有一些局限性，需要谨慎使用。

记住，预防胜于治疗。编写高质量的代码，避免内存泄漏和敏感信息泄露的发生，才是最重要的。

最后的温馨提示：

  • 养成良好的编码习惯，及时清理不再使用的对象和变量。
  • 使用代码审查工具，帮助你发现潜在的内存泄漏和安全漏洞。
  • 定期进行性能测试，确保你的应用程序没有内存泄漏。

希望今天的分享对大家有所帮助！下次再见！

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