执行环境及作用域
1. 前言:如何体现函数参数是按值传递的
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。
这里以引用类型的参数来举例说明:
function setName(obj) {
obj.name = 'Nick';
obj = new Object();
obj.name = 'Greg';
}
const person = new Object();
setName(person);
alert(person.name); // Nick
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。
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。 注:可以把ECMAScript
函数的参数想象成局部变量。
2. 基本概念
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
定义了变量或者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。 虽然我们编写的代码无法访问到这个对象,但解析器
在处理数据时会在后台使用它。
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
,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。 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。ECMAScript 程序中的执行流正是由这个方便的机制控制着。
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(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)。
举个例子说明下:
let color = 'blue';
function changeColor() {
let anotherColor = 'red';
function swapColors() {
const tempColor = anotherColor;
anotherColor = color;
color = tempColor;
// 这里可以访问 color、antherColor和tempColor
}
// 这里可以访问color和anotherColor,但不能访问tempColor
}
解析如下:
以上代码共涉及 3
个执行环境:全局环境
、changeColor()的局部环境
和 swepColors()的局部环境
。 全局环境
中有一个变量 color
和一个函数 changeColor()
, changeColor()的局部环境
中有 一个名为 anotherColor
的变量和 一个名为 swapColors()
的函数,但它也可以访问全局环境中的变量 color
。 swapColors()的局部环境
中有一个变量 tempColor
,该变量只能在这个环境中访问到。 无论全局环境还是 changeColor()
的局部环境 都无权访问 tempColor
。 然而,在 swapColors()
内部则可以访问其他两个环境中的所有变量,因为那两个环境是它的父执行环境。
下图形象地展示了前面这个例子的作用域链:
3. 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,向上逐级査询
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域名,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。
变量查询也不是没有代价的。很明显,访冋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. 垃圾收集
4.1 前言
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。 而在 C 和 C++之类的语言中,开发人员的一项基本任务就是手工跟踪内存的使用精况,这是造成许多问题的一个根源。 在编写 JavaScript 程序时,开发人员不用再关心内存使用问题,所需内存的分配以及无用内存的回收完全实现了自动管理。 这种垃圾收集机制的原理
其实很简单: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), 周期性地执行这一操作。
下面我们来分析一下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。
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:标记清除
和 引用计数
。
引用计数已经弃用,这里就简单说下
标记清除
。
4.2 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“进人环境”
。 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的环境,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,关键在于釆取什么策略。
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
和 Safhri
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 性能问题
垃圾收集器是周期性
运行的,而旦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。
4.4 管理内存
使用具备垃圾收集机制的语言编写程序,开发人员一般不必操心内存管理的问题。 但是,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
的可用内存数最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
。
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(demfferencing)
。 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
。
如下面这个例子所示:
function createPerson(name) {
const localPerson = new Object();
localPerson.name = name;
return localPerson;
}
let globalPerson = creacePerson('Nicholas');
// 手工解除 globalPerson 的引用
globalPerson = null;
在这个例子中,变量 globalPerson
取得了 createPerson()
函数 返回的值。 在 createPerson()
函数 内部,我们创建了一个对象并将其赋给局部变量 localPerson
,然后又为该对象添加了一个名为 name
的属性。
最后,当调用这个函数时,localPerson
以函数值的形式
返回并赋给全局变量 globalPerson
,由于 localPerson
在 createPerson
函数执行完毕后就离开了其执行环境,因此无需我们显式地去为它解除引用。
但是对于全局变量 globalPerson
而言,则需要我们在不使用它的 时候手工为它解除引用,这也正是上面例子中最后一行代码的目的。
不过,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
。