JavaScript高级程序设计- 变量、作用域和内存问题

4 变量、作用域和内存问题

• 理解基本类型和引用类型
• 理解执行环境
• 理解垃圾收集

变量的值及其数据类型可以在脚本的生命周期内改变。

4.1基本类型和引用类型

基本类型值指的是简单的数据段，而引用类型值指那些可能由多个值构成的对象。
ES5中 5 种基本数据类型： Undefined、 Null、 Boolean、 Number 和 String。这 5 种基本数据类型是按值访问的，因为可以操作保存在变量中的实际的值。ES6中新增Symbol

引用类型的值是保存在内存中的对象。 JavaScript 不允许直接访问内存中的位置，也就是说不能直接操作对象的内存空间。在操作对象时，实际上是在操作对象的引用而不是实际的对象，ES6中的Map，set，WeakMap,WeakSet

4.1.1 动态属性

定义基本类型值和引用类型值的方式是类似的：创建一个变量并为该变量赋值
引用类型可以

var person = new Object();
person.name = "threeSt";
alert(person.name); //"threeSt"
//基本类型不能添加
var name = "three";
name.age = 26;
console.log(name.age) //undefined

4.1.2 复制变量

从一个变量向另一个变量复制基本类型值和引用类型值时，也存在不同。如果从一个变量向另一个变量复制基本类型的值，会在变量对象上创建一个新值，然后把该值复制到为新变量分配的位置上。

var num1 = 5;
var num2 = num1;

但 num2中的 5 与 num1 中的 5 是完全独立的，该值只是 num1 中 5 的一个副本。此后，这两个变量可以参与任何操作而不会相互影响。
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当从一个变量向另一个变量复制引用类型的值时，同样也会将存储在变量对象中的值复制一份放到为新变量分配的空间中,这个值的副本实际上是一个指针，而这个指针指向存储在堆中的一个对象。复制操作结束后，两个变量实际上将引用同一个对象。因此，改变其中一个变量，就会影响另一个变量

var obj1 = new Object();
var obj2 = obj1;
obj1.name = "Nicholas";
alert(obj2.name); //"Nicholas"

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4.1.3 传递参数

ECMAScript 中所有函数的参数都是按值传递的。也就是说，把函数外部的值复制给函数内部的参数，就和把值从一个变量复制到另一个变量一样。基本类型值的传递如同基本类型变量的复制一样，而引用类型值的传递，则如同引用类型变量的复制一样

在向参数传递基本类型的值时，被传递的值会被复制给一个局部变量（即命名参数，或者用ECMAScript 的概念来说，就是 arguments 对象中的一个元素）。在向参数传递引用类型的值时，会把这个值在内存中的地址复制给一个局部变量，因此这个局部变量的变化会反映在函数的外部。

function addTen(num){
    nun+=10;
    return num;
}
var count = 20;
var  result = addTen(count);
alert(count);  //20 无变化
alert(result); //30

使用对象

function setName(obj){
    obj.name = "demo"
}
var person = new Object();
setName(person);
alert(person.name); //demo

在这个函数内部， obj 和 person 引用的是同一个对象。换句话说，即使这个变量是按值传递的， obj 也会按引用来访问同一个对象。于是，当在函数内部为 obj 添加 name属性后，函数外部的 person 也将有所反映；因为 person 指向的对象在堆内存中只有一个，而且是全局对象。有很多开发人员错误地认为：在局部作用域中修改的对象会在全局作用域中反映出来，就说明参数是按引用传递的,证明对象是按值传递的:

function setName(obj){
    obj.name = "Nicholas";
    obj = new Object();
    obj.name = "Gerg";
}
var person = new  Object();
setName(person);
alert(person.name); //"Nicholas"

在 setName()函数中添加了两行代码：一行代码为 obj重新定义了一个对象，另一行代码为该对象定义了一个带有不同值的 name 属性。在把 person 传递给setName()后， 其 name 属性被设置为"Nicholas"。 然后，又将一个新对象赋给变量 obj， 同时将其 name属性设置为"Greg"。如果 person 是按引用传递的，那么 person 就会自动被修改为指向其 name 属性值为"Greg"的新对象。但是，当接下来再访问 person.name 时，显示的值仍然是"Nicholas"。这说明即使在函数内部修改了参数的值，但原始的引用仍然保持未变。实际上，当在函数内部重写 obj 时，这个变量引用的就是一个局部对象了。而这个局部对象会在函数执行完毕后立即被销毁

4.1.4 检测类型

typeof 操作符是确定一个变量是字符串、数值、布尔值，还是 undefined 的最佳工具。如果变量的值是一个对象或 null，则 typeof 操作符会像下面例子中所示的那样返回"object"

var s="Nicholas";
var b = true;
var i = 22;
var u;
var n = null;
var o = new Object();
alert(typeof s); //string
alert(typeof i); //number
alert(typeof b); //boolean
alert(typeof u); //undefined
alert(typeof n); //object
alert(typeof o); //object

instanceof 操作符

var result = variable instance of construcor

使用 typeof 操作符检测函数时，该操作符会返回"function"。

4.2 执行环境及作用域

执行环境（ execution context，为简单起见，有时也称为“环境”）是 JavaScript 中最为重要的一个概念。执行环境定义了变量或函数有权访问的其他数据，决定了它们各自的行为。每个执行环境都有一个与之关联的变量对象（ variable object），环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。

全局执行环境是最外围的一个执行环境。根据 ECMAScript 实现所在的宿主环境不同，表示执行环境的对象也不一样。在 Web 浏览器中，全局执行环境被认为是 window 对象。

每个函数都有自己的执行环境。当执行流进入一个函数时，函数的环境就会被推入一个环境栈中。而在函数执行之后，栈将其环境弹出，把控制权返回给之前的执行环境。

当代码在一个环境中执行时，会创建变量对象的一个作用域链（ scope chain）。作用域链的用途，是保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问。作用域链的前端，始终都是当前执行的代码所在环境的变量对象。如果这个环境是函数，则将其活动对象（activation object）作为变量对象。活动对象在最开始时只包含一个变量，即 arguments 对象（这个对象在全局环境中是不存在的）。作用域链中的下一个变量对象来自包含（外部）环境，而再下一个变量对象则来自下一个包含环境。这样，一直延续到全局执行环境；全局执行环境的变量对象始终都是作用域链中的最后一个对象

标识符解析是沿着作用域链一级一级地搜索标识符的过程。搜索过程始终从作用域链的前端开始，然后逐级地向后回溯，直至找到标识符为止（如果找不到标识符，通常会导致错误发生）。

var color = "blue";
function changeColor(){
    if(color==="blue"){
        color = "red";
    }else{
        color = "blue";
    }
}
changeColor();
alert("color is now"+color);

函数 changeColor()的作用域链包含两个对象：它自己的变量对象（其中定义着 arguments 对象）和全局环境的变量对象,在局部作用域中定义的变量可以在局部环境中与全局变量互换使用

var color = "blue";
function changeColor(){
    var anotherColor = "red";
    function swapColors(){
        var tempColor = anotherColor;
        anotherColor = color;
        color = tempColor;
        //可以访问到 color anothercolor和tempColor
    }
    //这里这里可以访问到color和anotherColor，但是不能访问tempColor
    swapColor();
}
//只能访问color
changeColor();

4.2.1 延长作用域链

虽然执行环境的类型总共只有两种——全局和局部（函数），但还是有其他办法来延长作用域链

• try-catch 语句的 catch 块；
• with 语句。
  这两个语句都会在作用域链的前端添加一个变量对象。对 with 语句来说，会将指定的对象添加到作用域链中。对 catch 语句来说，会创建一个新的变量对象，其中包含的是被抛出的错误对象的声明

function buildUrl(){
    var qs = "?debug=true";
    with(location){
        var url = href+qs;
    }
    return url;
}

with 语句接收的是 location 对象，因此其变量对象中就包含了 location 对象的所有属性和方法，而这个变量对象被添加到了作用域链的前端

4.2.2 无块级作用域

ES5 JavaScript 没有块级作用域经常会导致理解上的困惑。ES6 新增let

if(true){
    var color = "blue";
    let color2 = "yellow";
}
console.log(color)  // blue
console.log(color2) //Uncaught ReferenceError: color2 is not defined

在 JavaScript 中， if 语句中的变量声明会将变量添加到当前的执行环境（在这里是
全局环境）中。在使用 for 语句时尤其要牢记这一差异

for(var i=0;i<10;i++){
    console.log(i);
}
for(let j=0;j<10;j++){
    console.log(j)
}
console.log(i); //10
console.log(j); //VM195:8 Uncaught ReferenceError: j is not defined

1. 声明变量
   使用 var 声明的变量会自动被添加到最接近的环境中。在函数内部，最接近的环境就是函数的局部环境；在 with 语句中，最接近的环境是函数环境。如果初始化变量时没有使用 var 声明，该变量会自动被添加到全局环境。

function add(num1,num2){
    var sum = num1+num2;
    return sum;
}
var result = add(10,20);
console.log(result);  //undefined sum不是有效的变量，因此会导致错误
function add(num1,num2){
    sum = num1+num2;
    return sum;
}
var result = add(10, 20);   //30
alert(sum);                 //30

2. 查询标识符
   当在某个环境中为了读取或写入而引用一个标识符时，必须通过搜索来确定该标识符实际代表什么。搜索过程从作用域链的前端开始，向上逐级查询与给定名字匹配的标识符。如果在局部环境中找到了该标识符，搜索过程停止，变量就绪。如果在局部环境中没有找到该变量名，则继续沿作用域链向上搜索。搜索过程将一直追溯到全局环境的变量对象。如果在全局环境中也没有找到这个标识符，则意味着该变量尚未声明。

var color = "blue";
function getColor(){
    return color;
}
console.log(getColor()); //blue

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-VReqfoTo-1581844468225)(/images/frontend-javascript-variable-findvariable.jpg)]
如果局部环境中存在着同名标识符，就不会使用位于父环境中的标识符

var color = "blue";
function getColor(){
    var color = "red";
    return color;
}
console.log(getColor()); //red

4.3 垃圾收集

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。

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。

4.3.1 标记清除

JavaScript 中最常用的垃圾收集方式是标记清除（ mark-and-sweep）
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”，当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境”

4.3.2 引用计数

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。

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。

function problem(){
    var objecta = new Object();
    var objectb = new Object();

    objecta.someOtherObject = objectb;
    objectb.anotherObject = objecta;
}

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 0。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.

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问题。

var element = document.getElementById('some_element');
var myObject = new Object();
myObject.element = element;
element.someObject = myObject;

//手工断开原生 JavaScript 对象与DOM 元素之间的连接
myObject.element = null;
element.someObject = null;

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

4.3.3 性能问题

垃圾收集器是周期性运行的，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。

4.3.4 管理内存

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。

function createPerson(name){
    var localPerson = new Object();
    localPerson.name = name;
    return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson("Nicholas");
//手动解除globalperson的引用
globalPerson = null;

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

4.4小结

JavaScript 变量可以用来保存两种类型的值：基本类型值和引用类型值。ES5 基本类型的值源自以下 5种基本数据类型： Undefined、 Null、 Boolean、 Number 和 String、ES6(Symbol)。基本类型值和引用类型值具有以下特点：

• 基本类型值在内存中占据固定大小的空间，因此被保存在栈内存中；
• 从一个变量向另一个变量复制基本类型的值，会创建这个值的一个副本；
• 引用类型的值是对象，保存在堆内存中；
• 包含引用类型值的变量实际上包含的并不是对象本身，而是一个指向该对象的指针；
• 从一个变量向另一个变量复制引用类型的值，复制的其实是指针，因此两个变量最终都指向同一个对象；
• 确定一个值是哪种基本类型可以使用 typeof 操作符，而确定一个值是哪种引用类型可以使用instanceof 操作符。

所有变量（包括基本类型和引用类型）都存在于一个执行环境（也称为作用域）当中，这个执行环境决定了变量的生命周期，以及哪一部分代码可以访问其中的变量。

• 执行环境有全局执行环境（也称为全局环境）和函数执行环境之分；
• 每次进入一个新执行环境，都会创建一个用于搜索变量和函数的作用域链；
• 函数的局部环境不仅有权访问函数作用域中的变量，而且有权访问其包含（父）环境，乃至全局环境；
• 全局环境只能访问在全局环境中定义的变量和函数，而不能直接访问局部环境中的任何数据；
• 变量的执行环境有助于确定应该何时释放内存。
  JavaScript 是一门具有自动垃圾收集机制的编程语言，开发人员不必关心内存分配和回收问题。可以对 JavaScript 的垃圾收集例程作如下总结。
• 离开作用域的值将被自动标记为可以回收，因此将在垃圾收集期间被删除。
• “标记清除”是目前主流的垃圾收集算法，这种算法的思想是给当前不使用的值加上标记，然后再回收其内存。
• 另一种垃圾收集算法是“引用计数”，这种算法的思想是跟踪记录所有值被引用的次数。 JavaScript引擎目前都不再使用这种算法；但在 IE 中访问非原生 JavaScript 对象（如 DOM 元素）时，这种算法仍然可能会导致问题。
• 当代码中存在循环引用现象时，“引用计数”算法就会导致问题。
• 解除变量的引用不仅有助于消除循环引用现象，而且对垃圾收集也有好处。为了确保有效地回收内存，应该及时解除不再使用的全局对象、全局对象属性以及循环引用变量的引用。

来源：CSDN

作者：Three_ST

链接：https://blog.csdn.net/qq_25482087/article/details/104345332