JavaScript 作用域和作用域链

本文深入探讨了全局与局部作用域的概念,并介绍了如何通过合理使用作用域来优化JavaScript性能,包括减少全局变量的使用及避免使用with语句。

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1 全局作用域

在代码中任何地方都能访问到的对象拥有全局作用域

(1)最外层函数和在最外层函数外面定义的变量拥有全局作用域,例如:

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var  authorName= "山边小溪" ;
function  doSomething(){
     var  blogName= "梦想天空" ;
     function  innerSay(){
         alert(blogName);
     }
     innerSay();
}
alert(authorName); //山边小溪
alert(blogName); //脚本错误
doSomething(); //梦想天空
innerSay() //脚本错误

  (2)所有末定义直接赋值的变量自动声明为拥有全局作用域,例如:

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function  doSomething(){
     var  authorName= "山边小溪" ;
     blogName= "梦想天空" ;
     alert(authorName);
}
doSomething(); //山边小溪
alert(blogName); //梦想天空
alert(authorName); //脚本错误

  变量blogName拥有全局作用域,而authorName在函数外部无法访问到。

  (3)所有window对象的属性拥有全局作用域

  一般情况下,window对象的内置属性都拥有全局作用域,例如window.name、window.location、window.top等等。

 2.  局部作用域(Local Scope)  

  和全局作用域相反,局部作用域一般只在固定的代码片段内可访问到,最常见的例如函数内部,所有在一些地方也会看到有人把这种作用域称为函数作用域,例如下列代码中的blogName和函数innerSay都只拥有局部作用域。

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function  doSomething(){
     var  blogName= "梦想天空" ;
     function  innerSay(){
         alert(blogName);
     }
     innerSay();
}
alert(blogName); //脚本错误
innerSay(); //脚本错误

作用域链和代码优化

  从作用域链的结构可以看出,在运行期上下文的作用域链中,标识符所在的位置越深,读写速度就会越慢。如上图所示,因为全局变量总是存在于运行期上下文作用域链的最末端,因此在标识符解析的时候,查找全局变量是最慢的。所以,在编写代码的时候应尽量少使用全局变量,尽可能使用局部变量。一个好的经验法则是:如果一个跨作用域的对象被引用了一次以上,则先把它存储到局部变量里再使用。例如下面的代码:

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function  changeColor(){
     document.getElementById( "btnChange" ).onclick= function (){
         document.getElementById( "targetCanvas" ).style.backgroundColor= "red" ;
     };
}

  这个函数引用了两次全局变量document,查找该变量必须遍历整个作用域链,直到最后在全局对象中才能找到。这段代码可以重写如下:

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function  changeColor(){
     var  doc=document;
     doc.getElementById( "btnChange" ).onclick= function (){
         doc.getElementById( "targetCanvas" ).style.backgroundColor= "red" ;
     };
}

  这段代码比较简单,重写后不会显示出巨大的性能提升,但是如果程序中有大量的全局变量被从反复访问,那么重写后的代码性能会有显著改善。

改变作用域链

  函数每次执行时对应的运行期上下文都是独一无二的,所以多次调用同一个函数就会导致创建多个运行期上下文,当函数执行完毕,执行上下文会被销毁。每一个运行期上下文都和一个作用域链关联。一般情况下,在运行期上下文运行的过程中,其作用域链只会被 with 语句和 catch 语句影响。

  with语句是对象的快捷应用方式,用来避免书写重复代码。例如:

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function  initUI(){
     with (document){
         var  bd=body,
             links=getElementsByTagName( "a" ),
             i=0,
             len=links.length;
         while (i < len){
             update(links[i++]);
         }
         getElementById( "btnInit" ).onclick= function (){
             doSomething();
         };
     }
}

  这里使用width语句来避免多次书写document,看上去更高效,实际上产生了性能问题。

  当代码运行到with语句时,运行期上下文的作用域链临时被改变了。一个新的可变对象被创建,它包含了参数指定的对象的所有属性。这个对象将被推入作用域链的头部,这意味着函数的所有局部变量现在处于第二个作用域链对象中,因此访问代价更高了。如下图所示:


JavaScript作用域链


  因此在程序中应避免使用with语句,在这个例子中,只要简单的把document存储在一个局部变量中就可以提升性能。

  另外一个会改变作用域链的是try-catch语句中的catch语句。当try代码块中发生错误时,执行过程会跳转到catch语句,然后把异常对象推入一个可变对象并置于作用域的头部。在catch代码块内部,函数的所有局部变量将会被放在第二个作用域链对象中。示例代码:

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try {
     doSomething();
} catch (ex){
     alert(ex.message); //作用域链在此处改变
}

  请注意,一旦catch语句执行完毕,作用域链机会返回到之前的状态。try-catch语句在代码调试和异常处理中非常有用,因此不建议完全避免。你可以通过优化代码来减少catch语句对性能的影响。一个很好的模式是将错误委托给一个函数处理,例如:

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try {
     doSomething();
} catch (ex){
     handleError(ex); //委托给处理器方法
}

  优化后的代码,handleError方法是catch子句中唯一执行的代码。该函数接收异常对象作为参数,这样你可以更加灵活和统一的处理错误。由于只执行一条语句,且没有局部变量的访问,作用域链的临时改变就不会影响代码性能了。

参考资料

1. High.Performance.JavaScript, Nicholas.C.Zakas

2. Explaining JavaScript Scope And Closures, Robert Nyman

3. ECMAScript Language Specification, bclary.com


1. 用户与权限管理模块 角色管理: 学生:查看实验室信息、预约设备、提交耗材申请、参与安全考核 教师:管理课题组预约、审批学生耗材申请、查看本课题组使用记录 管理员:设备全生命周期管理、审核预约、耗材采购与分发、安全检查 用户操作: 登录认证:统一身份认证(对接学号 / 工号系统,模拟实现),支持密码重置 信息管理:学生 / 教师维护个人信息(联系方式、所属院系),管理员管理所有用户 权限控制:不同角色仅可见对应功能(如学生不可删除设备信息) 2. 实验室与设备管理模块 实验室信息管理: 基础信息:实验室编号、名称、位置、容纳人数、开放时间、负责人 功能分类:按学科(计算机实验室 / 电子实验室 / 化学实验室)标记,关联可开展实验类型 状态展示:实时显示当前使用人数、设备运行状态(正常 / 故障) 设备管理: 设备档案:名称、型号、规格、购置日期、单价、生产厂家、存放位置、责任人 全生命周期管理: 入库登记:管理员录入新设备信息,生成唯一资产编号 维护记录:记录维修、校准、保养信息(时间、内容、执行人) 报废处理:登记报废原因、时间,更新设备状态为 "已报废" 设备查询:支持按名称、型号、状态多条件检索,显示设备当前可用情况 3. 预约与使用模块 预约管理: 预约规则:学生可预约未来 7 天内的设备 / 实验室,单次最长 4 小时(可设置) 预约流程:选择实验室→选择设备→选择时间段→提交申请(需填写实验目的) 审核机制:普通实验自动通过,高危实验(如化学实验)需教师审核 使用记录: 签到 / 签退:到达实验室后扫码签到,离开时签退,系统自动记录实际使用时长 使用登记:填写实验内容、设备运行情况(正常 / 异常),异常情况需详细描述 违规管理:迟到 15 分钟自动取消预约,多次违规限制预约权限 4. 耗材与安全管理模块 耗材管理: 耗材档案:名称、规格、数量、存放位置、
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