chapter 4 变量、作用域和内存问题

《JavaScript高级程序设计》第三版 笔记

第4章 变量、作用域和内存问题
本章内容：
·理解基本类型和引用类型的值
·理解执行环境
·理解垃圾收集

4.1 基本类型和引用类型的值

ECMAScript 变量可能包含两种不同数据类型的值：基本类型值和引用类型值 。
在将一个值赋给变量时，解析器必须确定这个值是基本类型值还是引用类型值。

基本类型值 ：
指的是简单的数据段。
基本数据类型（Undefined、Null、Boolean、Number、String）是按值访问的，因为可以操作保存在变量中的实际的值。

引用类型值 ：
指那些可能由多个值构成的对象。
引用类型的值是保存在内存中的对象。
与其他语言不同,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。
为此，引用类型的值是按引用访问的 。

*在很多语言中，字符串以对象的形式来表示，因此被认为是引用类型的。ECMAScript 放弃了这一传统。

4.1.1 动态的属性

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；
但是当这个值保存到变量中以后，对不同类型值可以执行的操作则大相径庭。

对于引用类型的值 ：
可以为其添加属性和方法，也可以改变和删除其属性和方法。
对象不被销毁或属性不被删除，则属性将一直存在。
example：

var person = new Object();
person.name = "aim";
console.log(person.name);  //aim

对于基本类型 ：
不能给基本类型的值添加属性（尽管这样做不会导致任何错误）。
example：

var name = "aim";
name.age = 27;
console.log(name.age);  //undefined

4.1.2 复制变量值

除了保存的方式不同之外，在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。

复制基本类型值：
复制和被复制的值是完全独立的，可以参与任何操作而不会互相影响。

example:

var num1 = 5;
var num2 = num1;
num2 = 10;
console.log(num1);  //5
console.log(num2);  //10

复制引用类型值 ：
被复制的实际是一个指针，指向存储在堆中的一个对象；
复制与被复制的两个变量将引用同一个对象，因此改变其中一个变量，就会影响另一个变量。

example：

var obj1 = new Object();
var obj2 = obj1;
obj1.name = "alex";
console.log(obj2.name);  //alex

4.1.3 传递参数

ECMAScript 中所有函数的参数都是按值传递的 。
即，把函数外部的值复制给函数内部的参数（可以把函数的参数想象成局部变量）。

基本类型值的传递如同基本类型变量的复制一样；
引用类型值的传递，如同引用类型变量的复制一样；
访问变量有按值和按引用两种方式，而参数只能按值传递 。

向参数传递基本类型的值：
被传递的值会被复制给一个局部变量（即命名参数，或者说是 arguments 对象中的一个元素）。
example：

function addTen(num) {
      num += 10;
      return num;
    }
    var count = 20;
    console.log(addTen(count));  //30，数值20被复制给参数 num ，函数内部变化不会影响函数外部的 count 变量。

    var result = addTen(count);
    console.log(result);  //30
    console.log(count);  //20，全局变量 count 值不变。

向参数传递引用类型的值：
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（在原始引用地址未改变的情况下）。
example：

function setName(obj) {
      obj.name = "aim";
      /*对象 person 被当做参数传入后，会把 person 在内存中的地址复制给局部变量 obj ，在函数内部， obj 和 person 引用的是同一个对象，因此在函数内部为 obj 添加属性，函数外部的 person 也将有所反应。因为 person 指向的对象在堆内存中只有一个，而且是全局对象。*/

      obj = new Object();
      /*为 obj 重新定义对象，当对象 person 被当做参数传入后，它的引用地址将被改变，但函数外部的对象 person 引用地址未变，因此新定义的属性不会反映在外部。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，这个局部对象会在函数执行完毕后立即被销毁。*/

      obj.name = "lisa";
      console.log(obj.name);  //lisa
    }
    var person = new Object();
    setName(person);
    console.log(person.name);  //aim
   /* person.name值为 "aim",这说明对象是按值传递的，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"lisa" 的新对象。 */

+将外部变量作为参数传递给函数后，函数内部的变化不会影响外部变量的值。对于引用类型值来说，函数内部的变化不会影响函数外部引用类型值的引用地址。

4.1.4 检测类型

typeof 操作符是检测基本数据类型 的最佳工具。
instanceof 操作符用来检测为对象的某个值是什么类型的对象；
如果变量是给定引用类型（根据它的原型链来识别）的实例，那么 instanceof 操作符就会返回 true 。
*所有引用类型的值都是 Object 的实例，因此检测一个引用类型值和 Object 构造函数时始终会返回 true 。
用于检测基本类型的值会返回 false，因为基本类型不是对象。

result = variable instanceof constructor;

example:

var arr = [0,1];
    var obj = {name: "aim", age: 12};
    var regE = /a/;
    console.log(arr instanceof Array);  //true
    console.log(arr instanceof Object);  //true
    console.log(obj instanceof Object);  //true
    console.log(regE instanceof RegExp);  //true
    console.log(regE instanceof Object);  //true
    console.log(num instanceof Object);  //false

4.2 执行环境及作用域

执行环境（execution context）：
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。

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，全局执行环境是 window 对象；
因此所有全局变量和函数都是作为 window 对象的属性和方法创建的。
某个执行环境中的所有代码执行完毕后，该环境被销毁，保存在其中的所有变量和函数定义也随之销毁；
全局执行环境直到应用程序退出（例如关闭网页或浏览器）时才会被销毁。

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；
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。
ECMAScript 程序中的执行流正是由这个方便的机制控制着。

变量对象（variable object）：
每个执行环境都有一个与之关联的变量对象；
环境中定义的所有变量和函数都保存在这个对象中。
（我们编写的代码无法访问这个对象，解析器处理数据时会在后台使用它。）

作用域链（scope chain）：
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。
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，再下一个变量对象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）。

用途：
保证对执行环境有权访问的所有变量和函数的有序访问。

*内部环境可以通过作用域链访问所有的外部元素，但外部环境不能访问内部环境中的任何变量和函数 。
这些环境之间的联系是线性、有次序的。
每个环境都可以向上搜索作用域链，以查询变量和函数名；
但任何环境都不能通过向下搜索作用域链而进入另一个执行环境。
*函数参数也被当做变量来对待，因此其访问规则与执行环境中的其他变量相同。

example：

var outerNum = 1;

/* middlelayer() 的作用域链中只包含两个对象，它自己的变量对象和全局变量对象，即，它不能访问 innerMost() 的环境。  */
      function middleLayer(){
        var outerNum = 2;
//        console.log(innerNum);  *ReferenceError: innerNum is not defined

/* 全局环境和 middleLayer() 的局部环境是 innerMost() 的父执行环境。对innerMost() 而言，其作用域链中包含 3 个对象：innerMost() 的变量对象、middleLayer() 的变量对象和全局变量对象。innerMost() 的局部环境开始时会先在自己的变量对象中搜索变量和函数名，如果搜索不到再搜索上一级作用域链。 */
        function innerMost(){
          var innerNum = 3;
          console.log(innerNum);  //3
          console.log(outerNum);  //2
        }
        innerMost();
      }
      middleLayer();
      console.log(outerNum);  //1

+函数定义之后未调用之前无法访问其中变量。

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。

有些语句可以在作用域链的前端临时增加一个变量对象，该变量对象会在代码执行后被移除。

在两种情况下会发生这种现象：
try-catch 语句的 catch 块；
with 语句。
具体来说，就是当执行流进入下列任何一个语句时，作用域链就会得到加长。
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。（with 语句的变量对象中包含了 with 语句接收的对象。）
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。

4.2.2 没有块级作用域

if 语句、for 语句中定义的变量会被添加到当前的执行环境中，即使是在 if 语句执行结束后或 for 循环执行结束后，该变量也依旧会存在于语句外部的执行环境中。

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 。

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。（如果局部变量中存在着同名标识符，就不会使用位于父环境中的标识符。）
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。

example：

var color = "red";
    function changeColor() {
      var color = "blue";
      console.log(color);  //blue
      console.log(window.color);  //red,使用 window.color 访问全局变量 color。
    }
    changeColor();

*如果有一个操作数是对象，而另一个不是，就会在对象上调用 valueOf() 方法以取得基本类型的值，以便根据前面的规则进行比较。
*访问局部变量要比访问全局变量更快，因为不用向上搜索作用域链。

4.3 垃圾收集

JavaScript 具有自动垃圾收集机制，即执行环境会负责管理代码执行过程中使用的内存。
原理：
找出那些不再继续使用的变量，然后释放其占用的内存。
为此，垃圾收集器会按照固定的时间间隔（或代码执行中预定的收集时间），周期性的执行这一操作。

函数中局部变量的正常生命周期：
局部变量只在函数执行的过程中存在；
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” 。
从逻辑上讲，永远不能释放进入环境的变量所占用的内存，因为只要执行流进入相应环境，就可能会用到它们。而当变量离开环境时，则将其标记为“离开环境” 。

*可以使用任何方式来标记变量。比如，可以通过翻转某个特殊的位来记录一个变量何时进入环境，或者使用一个“进入环境的”变量列表及一个“离开环境的”变量列表来跟踪哪个变量发生了变化。说到底，如何标记变量其实并不重要，关键在于采取什么策略。

垃圾收集器在运行的时候会给存储在内存中的所有变量都加上标记（当然，可以使用任何标记方式）。然后，它会去掉环境中的变量以及被环境中的变量引用的变量的标记。而在此之后再被加上标记的变量将被视为准备删除的变量，原因是环境中的变量已经无法访问到这些变量了。最后，垃圾收集器完成内存清除工作，销毁那些带标记的值并回收它们所占用的内存空间。

*到2008年为止，IE、 Firefox、 Opera、 Chrome、 Safari 的JavaScript 实现使用的都是标记清除式的垃圾收集策略（或类似的策略），只不过垃圾收集的时间间隔互有不同。

4.3.2 引用计数

另一种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，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一个值，则这个值的引用次数减 1 ；
当这个值的引用次数变成 0 时，则说明没有办法再访问这个值了，因而就可以将其占用的内存空间回收回来；
这样，当垃圾收集器下次再运行时，它就会释放那些引用次数为 0 的值所占用的内存空间。

问题：
1.循环引用：
example：

function problem() {
  var objectA = new Object();
  var objectB = new Object();

  objectA.someOtherObject = objectB;
  objectB.anotherObject = objectA;
}

这两个对象通过各自的属性相互引用，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，当函数执行完之后，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。

2.IE9 之前（不包括 IE9），在IE 浏览器中，其 BOM 和 DOM 中的对象是使用 C++ 以 COM（Component Object Model，组件对象模型）对象的形式实现的，COM 对象采用引用计数策略，因此，只要在 IE 中涉及 COM 对象，就会存在循环引用的问题。
解决方法：在不使用这些变量时，将它们的值设置为 null。
*IE9 把 BOM 和 DOM 对象转换成了真正的 JavaScript 对象，这样就避免了两种垃圾收集算法并存导致的问题，也消除了常见的内存泄漏现象。

4.3.3 性能问题

在 IE 中，调用 window.CollectGarbage() 方法会立即执行垃圾收集。
在 Opera 7 及更高版本中，调用 window.opera.collect() 也会启动垃圾收集例程。

4.3.4 管理内存

为防止运行 JavaScript 的网页耗尽全部系统内存而导致系统崩溃，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。
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。
因此，确保占用最少的内存可以让页面获得更好的性能。而优化内存占用的最佳方式，就是为执行中的代码只保存必要的数据。一旦数据不再有用，最好通过将其值设置为 null 来释放其引用–这个做法叫做解除引用（dereferencing）。这一做法适用于大多数全局变量和全局对象的属性。局部变量会在它们离开执行环境时自动被解除引用。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。
example：

function createPerson(name) {
  var localPerson = new Object();
  localPerson = name;
  return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson("aim");

//手工解除 globalPerson 的引用
globalPerson = null;

4.4 小结

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；
引用类型的值是对象，保存在堆内存中。
确定一个值是哪种基本类型可以使用 typeof 操作符；
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。
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。