第4 章变量、作用域和内存问题

执行环境及作用域

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（第 7 章将详细讨论），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）。

如上，页面执行后，控制台上可以直接访问js中的全局变量。

变量的访问域如上。

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。
这么说是因为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。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：
 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

没有块级作用域

JavaScript 没有块级作用域经常会导致理解上的困惑。在其他类 C 的语言中，由花括号封闭的代码
块都有自己的作用域（如果用 ECMAScript 的话来讲，就是它们自己的执行环境），因而支持根据条件来
定义变量。例如，下面的代码在 JavaScript 中并不会得到想象中的结果：
if (true) {
var color = "blue";
}
alert(color); //"blue"
这里是在一个 if 语句中定义了变量 color。如果是在 C、 C++或 Java 中， color 会在 if 语句执
行完毕后被销毁。但在 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，例如：
for (var i=0; i < 10; i++){
doSomething(i);
}
alert(i); //10
对于有块级作用域的语言来说， for 语句初始化变量的表达式所定义的变量，只会存在于循环的环
境之中。而对于 JavaScript 来说，由 for 语句创建的变量 i 即使在 for 循环执行结束后，也依旧会存在
于循环外部的执行环境中
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。

function add(num1, num2) {
sum = num1 + num2;
return sum;
}
var result = add(10, 20); //30
alert(sum); //30

如上的例子，sum没被定义就直接使用，就会被自动添加到全局环境。

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。
通过下面这个示例，可以理解查询标识符的过程：
var color = "blue";
function getColor(){
return color;
}
alert(getColor()); //"blue

修改后的代码在 getColor()函数中声明了一个名为 color 的局部变量。调用函数时，该变量就会被声明。而当函数中的第二行代码执行时，意味着必须找到并返回变量 color 的值。搜索过程首先从局部环境中开始，而且在这里发现了一个名为 color 的变量，其值为"red"。因为变量已经找到了，所以搜索即行停止， return 语句就使用这个局部变量，并为函数会返回"red"。也就是说，任何位于局部变量 color 的声明之后的代码，如果不使用 window.color 都无法访问全局 color变量。变量查询也不是没有代价的。很明显，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。 JavaScript 引擎在优化标识符查询方面做得不错，因此这个差别在将来恐怕就可以忽略不计了。

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。
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情况，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。
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
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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 和 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。
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，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
些引用次数为零的值所占用的内存

3. 性能问题

垃圾收集器是周期性运行的，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。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。说到垃圾收集器多长时间运行一
次，不禁让人联想到 IE 因此而声名狼藉的性能问题。 IE 的垃圾收集器是根据内存分配量运行的，具体
一点说就是 256 个变量、 4096 个对象（或数组）字面量和数组元素（slot）或者 64KB 的字符串。达到
上述任何一个临界值，垃圾收集器就会运行。这种实现方式的问题在于，如果一个脚本中包含那么多变
量，那么该脚本很可能会在其生命周期中一直保有那么多的变量。而这样一来，垃圾收集器就不得不频
繁地运行。结果，由此引发的严重性能问题促使 IE7 重写了其垃圾收集例程。
随着 IE7 的发布，其 JavaScript 引擎的垃圾收集例程改变了工作方式：触发垃圾收集的变量分配、
字面量和（或）数组元素的临界值被调整为动态修正。 IE7 中的各项临界值在初始时与 IE6 相等。如果
垃圾收集例程回收的内存分配量低于 15%，则变量、字面量和（或）数组元素的临界值就会加倍。如果
例程回收了 85%的内存分配量，则将各种临界值重置回默认值。这一看似简单的调整，极大地提升了 IE
在运行包含大量 JavaScript 的页面时的性能。

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。
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，

如下面这个例子所示：
function createPerson(name){
var localPerson = new Object();
localPerson.name = name;
return localPerson;
}
var globalPerson = createPerson("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.

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。基本类型的值源自以下 5
种基本数据类型： Undefined、 Null、 Boolean、 Number 和 String。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。以下是关于执行环境的几
点总结：
 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。