JavaScripti mälu profileerimine: kuhja hetktõmmise analüüsi tehnikad

Kuna JavaScripti rakendused muutuvad üha keerukamaks, on mälu tõhus haldamine optimaalse jõudluse tagamiseks ja kardetud mälulekete vältimiseks ülioluline. Mälulekked võivad põhjustada aeglustumist, kokkujooksmisi ja halba kasutajakogemust. Tõhus mälu profileerimine on nende probleemide tuvastamiseks ja lahendamiseks hädavajalik. See põhjalik juhend süveneb kuhja hetktõmmise analüüsi tehnikatesse, pakkudes teile teadmisi ja tööriistu JavaScripti mälu proaktiivseks haldamiseks ning robustsete ja suure jõudlusega rakenduste loomiseks. Käsitleme kontseptsioone, mis on rakendatavad erinevatele JavaScripti käituskeskkondadele, sealhulgas brauseripõhistele ja Node.js keskkondadele.

Mäluhalduse mõistmine JavaScriptis

Enne kuhja hetktõmmistesse süvenemist vaatame lühidalt üle, kuidas mälu JavaScriptis hallatakse. JavaScript kasutab automaatset mäluhaldust protsessi kaudu, mida nimetatakse prügikoristuseks (garbage collection). Prügikoristaja tuvastab perioodiliselt ja vabastab mälu, mida rakendus enam ei kasuta. Siiski ei ole prügikoristus täiuslik lahendus ja mälulekked võivad siiski tekkida, kui objekte hoitakse tahtmatult elus, takistades prügikoristajal nende mälu vabastamast.

Levinumad mälulekete põhjused JavaScriptis on:

• Globaalsed muutujad: Juhuslikult globaalsete muutujate, eriti suurte objektide, loomine võib takistada nende prügikoristust.
• Sulgurid (Closures): Sulgurid võivad tahtmatult säilitada viiteid oma välise skoobi muutujatele isegi pärast seda, kui neid muutujaid enam ei vajata.
• Eraldatud DOM-elemendid: DOM-elemendi eemaldamine DOM-puust, kuid viite säilitamine sellele JavaScripti koodis võib põhjustada mälulekkeid.
• Sündmuste kuulajad (Event listeners): Sündmuste kuulajate eemaldamise unustamine, kui neid enam ei vajata, võib hoida seotud objekte elus.
• Taimerid ja tagasikutsumisfunktsioonid (callbacks): setInterval või setTimeout kasutamine ilma neid korralikult tühjendamata võib takistada prügikoristajal mälu vabastamist.

Sissejuhatus kuhja hetktõmmistesse

Kuhja hetktõmmis (heap snapshot) on üksikasjalik ülevaade teie rakenduse mälust kindlal ajahetkel. See hõlmab kõiki kuhjas olevaid objekte, nende omadusi ja nendevahelisi seoseid. Kuhja hetktõmmiste analüüsimine võimaldab tuvastada mälulekkeid, mõista mälu kasutusmustreid ja optimeerida mälutarvet.

Kuhja hetktõmmiseid genereeritakse tavaliselt arendaja tööriistade abil, nagu Chrome DevTools, Firefox Developer Tools või Node.js-i sisseehitatud mälu profileerimise tööriistad. Need tööriistad pakuvad võimsaid funktsioone kuhja hetktõmmiste kogumiseks ja analüüsimiseks.

Kuhja hetktõmmiste kogumine

Chrome DevTools

Chrome DevTools pakub laiaulatuslikku mälu profileerimise tööriistade komplekti. Kuhja hetktõmmise kogumiseks Chrome DevToolsis järgige neid samme:

1. Avage Chrome DevTools, vajutades klahvi F12 (või Cmd+Option+I macOS-is).
2. Liikuge Memory paneelile.
3. Valige profileerimise tüübiks Heap snapshot.
4. Klõpsake nupul Take snapshot.

Chrome DevTools genereerib seejärel kuhja hetktõmmise ja kuvab selle Memory paneelil.

Node.js

Node.js-is saate kasutada heapdump moodulit kuhja hetktõmmiste programmiliselt genereerimiseks. Esmalt installige heapdump moodul:

            npm install heapdump
            

              
                Copy
              
            
          

Seejärel saate kasutada järgmist koodi kuhja hetktõmmise genereerimiseks:

            const heapdump = require('heapdump');

// Take a heap snapshot
heapdump.writeSnapshot('heap.heapsnapshot', (err, filename) => {
  if (err) {
    console.error(err);
  } else {
    console.log('Heap snapshot written to', filename);
  }
});
            

              
                Copy
              
            
          

See kood genereerib praegusesse kataloogi kuhja hetktõmmise faili nimega heap.heapsnapshot.

Kuhja hetktõmmiste analüüsimine: põhimõisted

Kuhja hetktõmmise analüüsis kasutatavate põhimõistete mõistmine on mäluga seotud probleemide tõhusaks tuvastamiseks ja lahendamiseks ülioluline.

Objektid

Objektid on JavaScripti rakenduste fundamentaalsed ehituskivid. Kuhja hetktõmmis sisaldab teavet kõigi kuhjas olevate objektide kohta, sealhulgas nende tüübi, suuruse ja omaduste kohta.

Hoidjad (Retainers)

Hoidja (retainer) on objekt, mis hoiab teist objekti elus. Teisisõnu, kui objekt A on objekti B hoidja, siis objekt A hoiab viidet objektile B, takistades objekti B prügikoristust. Hoidjate tuvastamine on ülioluline, et mõista, miks objekti ei koristata, ja leida mälulekete algpõhjus.

Dominaatorid (Dominators)

Dominaator (dominator) on objekt, mis otseselt või kaudselt hoiab teist objekti. Objekt A domineerib objekti B, kui iga tee prügikoristuse juurest objektini B peab läbima objekti A. Dominaatorid on kasulikud rakenduse üldise mälustruktuuri mõistmiseks ja nende objektide tuvastamiseks, millel on kõige olulisem mõju mälukasutusele.

Pinnapealne suurus (Shallow Size)

Objekti pinnapealne suurus (shallow size) on mälu hulk, mida objekt ise otse kasutab. See viitab tavaliselt mälule, mille hõivavad objekti vahetud omadused (nt primitiivsed väärtused nagu numbrid või tõeväärtused või viited teistele objektidele). Pinnapealne suurus ei sisalda mälu, mida kasutavad objektid, millele see objekt viitab.

Hoitud suurus (Retained Size)

Objekti hoitud suurus (retained size) on kogu mälu hulk, mis vabaneks, kui objekt ise prügikoristataks. See hõlmab objekti pinnapealset suurust pluss kõigi teiste objektide pinnapealseid suurusi, mis on kättesaadavad ainult selle objekti kaudu. Hoitud suurus annab täpsema pildi objekti üldisest mõjust mälule.

Kuhja hetktõmmise analüüsi tehnikad

Nüüd uurime mõningaid praktilisi tehnikaid kuhja hetktõmmiste analüüsimiseks ja mälulekete tuvastamiseks.

1. Mälulekete tuvastamine hetktõmmiseid võrreldes

Levinud tehnika mälulekete tuvastamiseks on kahe erineval ajahetkel tehtud kuhja hetktõmmise võrdlemine. See võimaldab teil näha, milliste objektide arv või suurus on aja jooksul kasvanud, mis võib viidata mälulekkele.

Siin on, kuidas hetktõmmiseid Chrome DevToolsis võrrelda:

1. Tehke kuhja hetktõmmis konkreetse toimingu või kasutaja interaktsiooni alguses.
2. Sooritage toiming või kasutaja interaktsioon, mille puhul kahtlustate mäluleket.
3. Tehke uus kuhja hetktõmmis pärast toimingu või kasutaja interaktsiooni lõpuleviimist.
4. Valige Memory paneelil hetktõmmiste loendist esimene hetktõmmis.
5. Valige hetktõmmise nime kõrval olevast rippmenüüst Comparison.
6. Valige rippmenüüst Compared to teine hetktõmmis.

Memory paneel kuvab nüüd kahe hetktõmmise vahe. Saate tulemusi filtreerida objekti tüübi, suuruse või hoitud suuruse järgi, et keskenduda kõige olulisematele muudatustele.

Näiteks, kui kahtlustate, et teatud sündmuste kuulaja lekib mälu, saate võrrelda hetktõmmiseid enne ja pärast sündmuste kuulaja lisamist ja eemaldamist. Kui sündmuste kuulaja objektide arv pärast iga iteratsiooni suureneb, on see tugev märk mälulekkest.

2. Hoidjate uurimine algpõhjuste leidmiseks

Kui olete tuvastanud potentsiaalse mälulekke, on järgmine samm uurida lekkivate objektide hoidjaid, et mõista, miks neid ei koristata. Chrome DevTools pakub mugavat viisi objekti hoidjate vaatamiseks.

Objekti hoidjate vaatamiseks:

1. Valige objekt kuhja hetktõmmises.
2. Paneelil Retainers näete nimekirja objektidest, mis hoiavad valitud objekti.

Hoidjaid uurides saate jälitada viidete ahelat, mis takistab objekti prügikoristust. See aitab teil tuvastada mälulekke algpõhjuse ja määrata, kuidas seda parandada.

Näiteks, kui leiate, et eraldatud DOM-elementi hoiab sulgur, saate uurida sulgurit, et näha, millised muutujad viitavad DOM-elemendile. Seejärel saate koodi muuta, et eemaldada viide DOM-elemendile, võimaldades selle prügikoristust.

3. Dominaatorite puu kasutamine mälustruktuuri analüüsimiseks

Dominaatorite puu annab hierarhilise ülevaate teie rakenduse mälustruktuurist. See näitab, millised objektid domineerivad teisi objekte, andes teile kõrgetasemelise ülevaate mälukasutusest.

Dominaatorite puu vaatamiseks Chrome DevToolsis:

1. Valige Memory paneelil kuhja hetktõmmis.
2. Valige rippmenüüst View valik Dominators.

Dominaatorite puu kuvatakse Memory paneelil. Saate puud laiendada ja ahendada, et uurida oma rakenduse mälustruktuuri. Dominaatorite puu võib olla kasulik enim mälu tarbivate objektide tuvastamiseks ja nende objektide omavaheliste seoste mõistmiseks.

Näiteks, kui leiate, et suur massiiv domineerib olulist osa mälust, saate massiivi uurida, et näha, mida see sisaldab ja kuidas seda kasutatakse. Võimalik, et saate massiivi optimeerida, vähendades selle suurust või kasutades tõhusamat andmestruktuuri.

4. Spetsiifiliste objektide filtreerimine ja otsimine

Kuhja hetktõmmiste analüüsimisel on sageli kasulik filtreerida ja otsida spetsiifilisi objekte. Chrome DevTools pakub võimsaid filtreerimis- ja otsinguvõimalusi.

Objektide filtreerimiseks tüübi järgi:

1. Valige Memory paneelil kuhja hetktõmmis.
2. Sisestage Class filter sisendisse objekti tüübi nimi, mida soovite filtreerida (nt Array, String, HTMLDivElement).

Objektide otsimiseks nime või omaduse väärtuse järgi:

1. Valige Memory paneelil kuhja hetktõmmis.
2. Sisestage Object filter sisendisse otsingusõna.

Need filtreerimis- ja otsinguvõimalused aitavad teil kiiresti leida teid huvitavad objektid ja keskendada oma analüüs kõige asjakohasemale teabele.

5. Sõnede interneerimise analüüsimine

JavaScripti mootorid kasutavad mälukasutuse optimeerimiseks sageli tehnikat, mida nimetatakse sõnede interneerimiseks. Sõnede interneerimine hõlmab iga unikaalse sõne ainult ühe koopia mälus hoidmist ja selle koopia taaskasutamist, kui sama sõne uuesti esineb. Siiski võib sõnede interneerimine mõnikord põhjustada mälulekkeid, kui sõnesid hoitakse tahtmatult elus.

Sõnede interneerimise analüüsimiseks kuhja hetktõmmistes saate filtreerida String objekte ja otsida suurt hulka identseid sõnesid. Kui leiate suure hulga identseid sõnesid, mida ei koristata, võib see viidata sõnede interneerimise probleemile.

Näiteks, kui genereerite dünaamiliselt sõnesid kasutaja sisendi põhjal, võite kogemata luua suure hulga unikaalseid sõnesid, mida ei interneerita. See võib põhjustada liigset mälukasutust. Selle vältimiseks võite proovida sõnesid enne nende kasutamist normaliseerida, tagades, et luuakse ainult piiratud arv unikaalseid sõnesid.

Praktilised näited ja juhtumiuuringud

Vaatame mõningaid praktilisi näiteid ja juhtumiuuringuid, et illustreerida, kuidas kuhja hetktõmmise analüüsi saab kasutada mälulekete tuvastamiseks ja lahendamiseks reaalsetes JavaScripti rakendustes.

Näide 1: Lekkiv sündmuste kuulaja

Vaatleme järgmist koodilõiku:

            function addClickListener(element) {
  element.addEventListener('click', function() {
    // Do something
  });
}

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  const element = document.createElement('div');
  addClickListener(element);
  document.body.appendChild(element);
}

            

              
                Copy
              
            
          

See kood lisab klõpsukuulaja 1000 dünaamiliselt loodud div elemendile. Kuid sündmuste kuulajaid ei eemaldata kunagi, mis võib põhjustada mälulekke.

Selle mälulekke tuvastamiseks kuhja hetktõmmise analüüsi abil saate teha hetktõmmise enne ja pärast selle koodi käivitamist. Hetktõmmiseid võrreldes näete olulist kasvu sündmuste kuulaja objektide arvus. Uurides sündmuste kuulaja objektide hoidjaid, leiate, et neid hoiavad div elemendid.

Selle mälulekke parandamiseks peate eemaldama sündmuste kuulajad, kui neid enam ei vajata. Saate seda teha, kutsudes div elementidel välja removeEventListener, kui need DOM-ist eemaldatakse.

Näide 2: Sulguriga seotud mäluleke

Vaatleme järgmist koodilõiku:

            function createClosure() {
  let largeArray = new Array(1000000).fill(0);

  return function() {
    console.log('Closure called');
  };
}

let myClosure = createClosure();

// The closure is still alive, even though largeArray is not directly used

            

              
                Copy
              
            
          

See kood loob sulguri, mis hoiab suurt massiivi. Kuigi massiivi ei kasutata otse sulguri sees, hoitakse seda siiski alles, takistades selle prügikoristust.

Selle mälulekke tuvastamiseks kuhja hetktõmmise analüüsi abil saate teha hetktõmmise pärast sulguri loomist. Hetktõmmist uurides näete suurt massiivi, mida hoiab sulgur. Uurides massiivi hoidjaid, leiate, et seda hoiab sulguri skoop.

Selle mälulekke parandamiseks saate koodi muuta, et eemaldada viide massiivile sulguri sees. Näiteks võite seada massiivi väärtuseks null pärast seda, kui seda enam ei vajata.

Juhtumiuuring: Suure veebirakenduse optimeerimine

Suur veebirakendus koges jõudlusprobleeme ja sagedasi kokkujooksmisi. Arendusmeeskond kahtlustas, et mälulekked aitasid neile probleemidele kaasa. Nad kasutasid mälulekete tuvastamiseks ja lahendamiseks kuhja hetktõmmise analüüsi.

Esiteks tegid nad kuhja hetktõmmiseid regulaarsete intervallidega tüüpiliste kasutaja interaktsioonide ajal. Hetktõmmiseid võrreldes tuvastasid nad mitu valdkonda, kus mälukasutus aja jooksul kasvas. Seejärel keskendusid nad neile valdkondadele ja uurisid lekkivate objektide hoidjaid, et mõista, miks neid ei koristatud.

Nad avastasid mitu mäluleket, sealhulgas:

• Lekkivad sündmuste kuulajad eraldatud DOM-elementidel
• Suuri andmestruktuure hoidvad sulgurid
• Sõnede interneerimise probleemid dünaamiliselt genereeritud sõnedega

Nende mälulekete parandamisega suutis arendusmeeskond oluliselt parandada veebirakenduse jõudlust ja stabiilsust. Rakendus muutus reageerimisvõimelisemaks ja kokkujooksmiste sagedus vähenes.

Parimad praktikad mälulekete vältimiseks

Mälulekete ennetamine on alati parem kui nende parandamine pärast nende tekkimist. Siin on mõned parimad praktikad mälulekete vältimiseks JavaScripti rakendustes:

• Vältige globaalsete muutujate loomist: Kasutage võimaluse korral lokaalseid muutujaid, et minimeerida riski luua kogemata globaalseid muutujaid, mida ei koristata.
• Olge sulguritega tähelepanelik: Uurige sulgureid hoolikalt, et tagada, et need ei hoiaks tarbetuid viiteid oma välise skoobi muutujatele.
• Hallake DOM-elemente korralikult: Eemaldage DOM-elemendid DOM-puust, kui neid enam ei vajata, ja veenduge, et te ei hoia oma JavaScripti koodis viiteid eraldatud DOM-elementidele.
• Eemaldage sündmuste kuulajad: Eemaldage alati sündmuste kuulajad, kui neid enam ei vajata, et vältida seotud objektide elus hoidmist.
• Tühjendage taimerid ja tagasikutsumisfunktsioonid: Tühjendage korralikult setInterval või setTimeout abil loodud taimerid ja tagasikutsumisfunktsioonid, et vältida nende prügikoristuse takistamist.
• Kasutage nõrku viiteid: Kaaluge WeakMap või WeakSet kasutamist, kui peate seostama andmeid objektidega, takistamata nende objektide prügikoristust.
• Kasutage mälu profileerimise tööriistu: Kasutage regulaarselt mälu profileerimise tööriistu mälukasutuse jälgimiseks ja potentsiaalsete mälulekete tuvastamiseks.
• Koodiülevaatused: Kaasake mäluhalduse kaalutlused koodiülevaatustesse.

Täiustatud tehnikad ja tööriistad

Kuigi Chrome DevTools pakub võimsat mälu profileerimise tööriistade komplekti, on olemas ka teisi täiustatud tehnikaid ja tööriistu, mida saate oma mälu profileerimise võimekuse edasiseks täiustamiseks kasutada.

Node.js mälu profileerimise tööriistad

Node.js pakub mitmeid sisseehitatud ja kolmandate osapoolte tööriistu mälu profileerimiseks, sealhulgas:

• heapdump: Moodul kuhja hetktõmmiste programmiliselt genereerimiseks.
• v8-profiler: Moodul protsessori- ja mäluprofiilide kogumiseks.
• Clinic.js: Jõudluse profileerimise tööriist, mis pakub terviklikku ülevaadet teie rakenduse jõudlusest.
• Memlab: JavaScripti mälu testimise raamistik mälulekete leidmiseks ja ennetamiseks.

Mälulekete tuvastamise teegid

Mitmed JavaScripti teegid aitavad teil oma rakendustes automaatselt mälulekkeid tuvastada, näiteks:

• leakage: Teek mälulekete tuvastamiseks Node.js rakendustes.
• jsleak-detector: Brauseripõhine teek mälulekete tuvastamiseks.

Automatiseeritud mälulekete testimine

Saate integreerida mälulekete tuvastamise oma automatiseeritud testimise töövoogu, et tagada, et teie rakendus jääb aja jooksul mälulekketeta. Selleks saab kasutada tööriistu nagu Memlab või kirjutada kohandatud mälulekketeste, kasutades kuhja hetktõmmise analüüsi tehnikaid.

Kokkuvõte

Mälu profileerimine on iga JavaScripti arendaja jaoks oluline oskus. Mõistes kuhja hetktõmmise analüüsi tehnikaid, saate proaktiivselt hallata mälu, tuvastada ja lahendada mälulekkeid ning optimeerida oma rakenduste jõudlust. Mälu profileerimise tööriistade regulaarne kasutamine ja mälulekete vältimise parimate praktikate järgimine aitab teil luua robustseid ja suure jõudlusega JavaScripti rakendusi, mis pakuvad suurepärast kasutajakogemust. Ärge unustage kasutada olemasolevaid võimsaid arendaja tööriistu ja kaasata mäluhalduse kaalutlusi kogu arendustsükli vältel.

Olenemata sellest, kas töötate väikese veebirakenduse või suure ettevõttesüsteemi kallal, on JavaScripti mälu profileerimise valdamine väärtuslik investeering, mis tasub end pikas perspektiivis ära.