重学JavaScript之变量、作用域和内存问题-卖坚果的怪叔叔

ES变量包含两种不同数据类型的值：基本类型值和引用类型值。

将一个值赋给变量的时候，解析器必须确定这个值是基本类型还是引用类型

1.1 基本类型值

指的是那些保存在栈内存中的简单数据，即这种值完全保存在内存中的一个位置。一下五种为基本类型值，它们在内存中分别占有固定大小的空间，因此它们的值可以保存在栈内存中。这样也可以提高查询变量的速度。对于保存基本类型值的变量，它们是按值访问的，我们操作的是它们实际的值。

  • Undefined
  • Null
  • Boolean
  • Number
  • String

1.2 引用类型值

指的那些保存在堆内存中的对象，意思是变量中保存的实际上只是一个指针，这个指针指向内存中的另一个位置，该位置保存对象。

因此如果想要给一个变量赋值一个引用类型的值，那么则必须在堆内存中为这个值分配空间，由于这种值的大小不固定，因此不能把她保存到栈内存中，但是内存地址的大小是固定的，因此可以将内存地址保存在栈内存中。这样，在查询引用类型的变量时，就可以首先从栈中读取内存地址，在找到在堆内存中保存的值。这种访问方式叫做引用访问，因为我们不是操作的实际的值，而是被那个值引用的对象。

1.3 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。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，我们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。

var p = new Object()
p.name = 'vue'
alert(p.name)   // vue

1.4 复制变量值

除了保存方式不同之外，从一个变量向另外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，会在栈中创建一个新值，然后把该值复制到为新变量分配的位置上：

var n = 5
var n2 = n

// 注意n 和 n2 之间是独立的。改变n 不会 改变 n2

当一个变量向另一个变量复制引用类型的值时，同样也会将存储在栈中的值复制一份放到为新变量分配的空间中。不同的是，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，两个变量实际上是引用的同一个对象。因此改变其中一个另外一个也会改变。

var obj = new Object()
var obj2 = obj1
obj1.name = 'vue'
alert(obj2.name)    // vue

1.5 传递参数

ES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。

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){
    num += 10
    return num
}

var count = 20
var result = addTen(count)
console.log(count) // 20
console.log(result) // 30

1.6 检测类型

可以通过 typeof 操作符检测，在第三章中已经介绍过。当然typeof对基本数据类型的检测是很好，但是对于引用类型的检测则有点困难，这时候就可以通过 instanceof 来检测

result = variable instanceof constructor

如果变量是给定引用类型的实例，那么 instanceof 操作符就会返回true，如下：

person instanceof Object    // 变量 person 是 Object？

根据规定，所有引用类型的值都是Object的实例，因此，在检测一个引用类型值和Object构造函数时，instanceof 操作符始终会返回 true，如果使用 instanceof 操作符检测基本类型的值，则该操作符始终返回 false，因为基本类型不是对象。

注意： 使用 typeof 操作符检测函数时，该操作符会返回 function 。在 safari 和 chrome 中使用 typeof 检测正则表达式时，这个操作符会错误地返回 function

1.7 执行环境及作用域

执行环境是js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。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执行环境，根据 ES 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。

每个函数在被调用时都会创建自己的执行环境，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，会创建由变量对象构成的一个作用域链，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，则将其活动对象作为变量对象。活动对象子最开始时只包含一个变量，即 arguments对象。作用域链中的下一个变量对象来在包含环境，而在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。

标识符解析沿着作用域一级一级地搜索标识符的过程，搜索过程中始终从作用域链的前端开始，然后逐级地向后回溯，直至找到标识符位置，如果找不到就报错。

重点： 在一个特定的执行环境中，内部环境可以通过作用域链访问所有的外部环境，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外一个执行环境。函数的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。

1.7.1 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），我们可以通过其他办法来延长作用域链。原理就是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一处。可以通过以下两种方式来实现：

try-catch语句的catch块
with语句

这个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，其变量对象中包含着为指定对象的所有属性和方法所作变量的声明。对catch 语句来说，其变量对象中包含的事被抛出的错误对象的声明。这些变量都是只读的，因此在 with 和 catch 语句中声明的变量都会被添加到所执行环境的变量对象中。

注意： 在IE的JavaScript实现中，存在一个与标准不一致的地方，即在 catch 语句中捕获的错误对象会被添加到执行环境的变量对象中。也就是说，即使在catch块的外部也可以访问到错误对象。

1.8 没有块级作用域

JavaScript 没有块级作用域。至少在当前这个版本没有

if (true) {
    var color = 'blue'
}

console.log(color)  // blue  

// 如果是其他语言 在 {} 之内的定义  在{} 外部是无法获取的

1.8.1 声明变量

在使用 var 关键字声明变量时，这个变量将被自动添加到距离最近的可用环境中，对于函数而言，这个最近的环境就是函数的局部环境，对于前面例子中 with 语句而言，这个最近的环境也是函数的环境。如果变量未经声明的情况下被初始化，那么该变量会被自动添加到全局环境。

注意： 在编写 JavaScript 代码的过程中，不声明而直接初始化变量时一个常见的错误做法，因为这样可能会导致意外，我们建议时在初始化变量之前，一定要先声明。

1.8.2 查询标识符

当在某个环境中为了读取和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，则继续沿作用域向上搜索。搜索过程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，那么则意味着该变量未声明。

var color = 'blue'
function getColor () {
    return color
}

alert(getColor()) // 'blue'

上述例子， 在调用函数 getColor() 时 会引用变量color，为了确定变量color的值，将开始一个两步搜索过程。首先，搜索 getColor()的变量对象，19查找其中是否包含一个名为color的标识符，在没有找到的情况下，搜索继续到下一个变量对象（全局环境的变量对象），然后在哪里找到了名为 color的标识符。因为搜索到了定义这个变量的变量对象，那么搜索过程结束。

注意： 如果在搜索过程中，如果存在一个局部的变量的定义，则搜索会自动停止，不在进入另一个变量对象。换句话说，如果局部环境中有同名标识符，就不会使用位于父环境中的标识符。

注意： 另外变量查询也是有代价的，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。

1.9 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。它的原理是：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，周期性的执行这一操作。

1.9.1 标记清除

JavaScript 最常用的垃圾收集方式是标记清除，当变量进入环境时，就为这个变量标记一个 “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，因为只要进入了环境，那么就代表可能会用到它，当变量离开环境的时候，会被标记上“离开环境”。垃圾收集器运行的时候会给存储在内存中所有的变量加上标记，然后去掉环境中的变量已经被环境中变量引用的变量标记，那么剩下来的就是准备删除的变量。最后垃圾收集器完成内存清除工作。

1.9.2 引用计数

还有种垃圾收集策略叫做引用计数，就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.当这个值的引用次数变成 0 时。则说明没有办法在访问这个值了，就可以将其占用的内存空间收回。

1.9.3 性能问题

垃圾收集器时周期性运行的，而且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。所有就导致性能问题。

1.9.4 管理内存

由于JavaScript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，这样做的目的时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。

因此，确保占用最少的内存可以让页面获得更好的新能，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。这个方法适用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后自动被解除。

注意： 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的时候将其回收。

JavaScript变量可以用来保存两种类型的值：基本类型和引用类型。基本类型包括： Undefined、Null、Boolean、Number、String。它们具有以下的特点。

  1. 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。
  2. 从一个变量向另一个变量赋值基本类型的值，会创建这个值的一个副本。
  3. 包含引用类型值的变量实际上包含的并不是对象本身，而是指向该对象的指针。
  4. 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。
  5. 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。

所有变量都存在一个执行环境当中，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。如下：

  1. 执行环境有 全局执行环境 和 函数执行环境之分。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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
  5. 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，如下：

  1. 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。
  2. “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。
  3. 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，但再IE中访问非原生JavaScript对象时，这种算法仍然可能会导致问题。
  4. 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。
  5. 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。