JavaScripti mälu profileerimine: kuhja hetktõmmiste ja eraldiste jälgimise valdamine

Mäluhaldus on tõhusate ja jõudluse poolest heade JavaScripti rakenduste arendamisel kriitilise tähtsusega. Mälulekked ja liigne mälu tarbimine võivad viia aeglase jõudluseni, brauseri kokkujooksmiseni ja kehva kasutuskogemuseni. Seetõttu on iga tõsise veebiarendaja jaoks oluline mõista, kuidas oma JavaScripti koodi profileerida, et tuvastada ja lahendada mäluga seotud probleeme.

See põhjalik juhend tutvustab teile kuhja hetktõmmiste ja eraldiste jälgimise tehnikaid Chrome DevToolsis (või sarnastes tööriistades teistes brauserites nagu Firefox ja Safari), et diagnoosida ja lahendada mäluga seotud probleeme. Käsitleme põhimõisteid, anname praktilisi näiteid ja anname teile teadmised, kuidas optimeerida oma JavaScripti rakendusi optimaalse mälu kasutamise tagamiseks.

JavaScripti mäluhalduse mõistmine

JavaScript, nagu paljud kaasaegsed programmeerimiskeeled, kasutab automaatset mäluhaldust protsessi kaudu, mida nimetatakse prügikoristuseks. Prügikoristaja tuvastab ja vabastab perioodiliselt mälu, mida rakendus enam ei kasuta. Kuid see protsess pole veatu. Mälulekked võivad tekkida, kui objekte enam ei vajata, kuid neile viitab endiselt rakendus, takistades prügikoristajal mälu vabastamast. Need viited võivad olla tahtmatud, sageli tingitud sulunditest, sündmuste kuulajatest või lahtiühendatud DOM-elementidest.

Enne tööriistadesse süvenemist meenutame lühidalt põhimõisteid:

• Mäluleke: Kui mälu eraldatakse, kuid seda ei vabastata kunagi süsteemile tagasi, mis toob aja jooksul kaasa suurenenud mälu kasutuse.
• Prügikoristus: Protsess, mille käigus vabastatakse automaatselt mälu, mida programm enam ei kasuta.
• Kuhja: Mälu piirkond, kuhu salvestatakse JavaScripti objektid.
• Viited: Ühendused erinevate objektide vahel mälus. Kui objektile on viidatud, ei saa seda prügikoristuse käigus eemaldada.

Erinevad JavaScripti käituskeskkonnad (nagu V8 Chrome'is ja Node.js-is) rakendavad prügikoristust erinevalt, kuid aluspõhimõtted jäävad samaks. Nende põhimõtete mõistmine on võtmetähtsusega mäluga seotud probleemide algpõhjuste tuvastamisel, olenemata platvormist, millel teie rakendus töötab. Arvestage ka mäluhalduse mõjudega mobiilseadmetele, kuna nende ressursid on piiratumad kui lauaarvutitel. Oluline on projekti algusest peale püüda kirjutada mälusäästlikku koodi, selle asemel et proovida seda hiljem ümber töödelda.

Sissejuhatus mälu profileerimise tööriistadesse

Kaasaegsed veebibrauserid pakuvad oma arendajakonsoolides võimsaid sisseehitatud mälu profileerimise tööriistu. Eelkõige Chrome DevTools pakub tugevaid funktsioone kuhja hetktõmmiste tegemiseks ja mälu eraldamise jälgimiseks. Need tööriistad võimaldavad teil:

• Mälulekete tuvastamine: Aja jooksul suureneva mälukasutuse mustrite tuvastamine.
• Probleemse koodi tuvastamine: Mälu eraldiste jälgimine tagasi konkreetsete koodiridadeni.
• Objektide säilitamise analüüs: Mõistmine, miks objekte ei prügikoristata.

Kuigi järgnevad näited keskenduvad Chrome DevToolsile, kehtivad üldised põhimõtted ja tehnikad ka teiste brauseri arendajate tööriistade kohta. Firefox Developer Tools ja Safari Web Inspector pakuvad samuti sarnaseid funktsioone mälu analüüsiks, kuigi potentsiaalselt erinevate kasutajaliideste ja spetsiifiliste funktsioonidega.

Kuhja hetktõmmiste tegemine

Kuhja hetktõmmis on JavaScripti kuhja oleku hetkeseis, mis hõlmab kõiki objekte ja nende suhteid. Mitu hetktõmmist aja jooksul võimaldavad teil võrrelda mälukasutust ja tuvastada potentsiaalseid lekkeid. Kuhja hetktõmmised võivad olla üsna suured, eriti keerukate veebirakenduste puhul, seega on oluline keskenduda rakenduse käitumise asjakohastele osadele.

Kuidas teha kuhja hetktõmmist Chrome DevToolsis:

1. Avage Chrome DevTools (tavaliselt vajutades F12 või paremklõpsates ja valides "Inspect").
2. Liikuge paneelile "Memory".
3. Valige raadionupp "Heap snapshot".
4. Klõpsake nuppu "Take snapshot".

Kuhja hetktõmmise analüüsimine:

Pärast hetktõmmise tegemist näete tabelit erinevate veergudega, mis esindavad erinevaid objektitüüpe, suurusi ja hoidjaid. Siin on peamiste mõistete jaotus:

• Konstruktor: Funktsioon, mida kasutatakse objekti loomiseks. Levinud konstruktorid hõlmavad `Array`, `Object`, `String` ja teie koodis defineeritud kohandatud konstruktoreid.
• Kaugus: Lühim tee prügikoristuse juureni. Lühem kaugus näitab tavaliselt tugevamat säilitusteed.
• Pinnapealne suurus (Shallow Size): Mälu hulk, mida objekt ise otse hoiab.
• Säilitatud suurus (Retained Size): Mälu koguhulk, mis vabaneks, kui objekt ise prügikoristuse käigus eemaldataks. See hõlmab objekti pinnapealset suurust pluss mälu, mida hoiavad kõik objektid, mis on ligipääsetavad ainult selle objekti kaudu. See on mälulekete tuvastamisel kõige olulisem mõõdik.
• Hoidjad (Retainers): Objektid, mis hoiavad seda objekti elus (takistades selle prügikoristust). Hoidjate uurimine on kriitilise tähtsusega mõistmaks, miks objekti ei koguta.

Näide: mälulekke tuvastamine lihtsas rakenduses

Oletame, et teil on lihtne veebirakendus, mis lisab sündmuste kuulajaid DOM-elementidele. Kui neid sündmuste kuulajaid ei eemaldata korrektselt, kui elemente enam ei vajata, võivad need põhjustada mälulekkeid. Vaatleme seda lihtsustatud stsenaariumi:

            
function createAndAddElement() {
  const element = document.createElement('div');
  element.textContent = 'Click me!';
  element.addEventListener('click', function() {
    console.log('Clicked!');
  });
  document.body.appendChild(element);
}

// Repeatedly call this function to simulate adding elements
setInterval(createAndAddElement, 1000);

            

              
                Copy
              
            
          

Selles näites loob sündmuste kuulajana lisatud anonüümne funktsioon sulundi, mis hõivab muutuja `element`, takistades potentsiaalselt selle prügikoristust isegi pärast DOM-ist eemaldamist. Siin on, kuidas saate seda kuhja hetktõmmiste abil tuvastada:

1. Käivitage kood oma brauseris.
2. Tehke kuhja hetktõmmis.
3. Laske koodil mõni sekund töötada, luues rohkem elemente.
4. Tehke veel üks kuhja hetktõmmis.
5. DevToolsi mälu paneelil valige rippmenüüst "Comparison" (tavaliselt vaikimisi "Summary"). See võimaldab teil kahte hetktõmmist võrrelda.
6. Otsige kahe hetktõmmise vahel `HTMLDivElement` objektide või sarnaste DOM-iga seotud konstruktorite arvu suurenemist.
7. Uurige nende `HTMLDivElement` objektide hoidjaid, et mõista, miks neid ei prügikoristata. Võite avastada, et sündmuste kuulaja on endiselt küljes ja hoiab viidet elemendile.

Eraldiste jälgimine

Eraldiste jälgimine pakub üksikasjalikumat ülevaadet mälu eraldamisest ajas. See võimaldab teil salvestada objektide eraldamise ja jälgida neid tagasi konkreetsete koodiridadeni, mis need lõid. See on eriti kasulik mälulekete tuvastamisel, mis ei ole ainuüksi kuhja hetktõmmiste põhjal kohe ilmsed.

Kuidas kasutada eraldiste jälgimist Chrome DevToolsis:

1. Avage Chrome DevTools (tavaliselt vajutades F12).
2. Liikuge paneelile "Memory".
3. Valige raadionupp "Allocation instrumentation on timeline".
4. Salvestamise alustamiseks klõpsake nuppu "Start".
5. Teostage oma rakenduses toimingud, mis teie arvates põhjustavad mäluga seotud probleeme.
6. Salvestamise lõpetamiseks klõpsake nuppu "Stop".

Eraldiste jälgimise andmete analüüsimine:

Eraldiste ajaskaala kuvab graafiku, mis näitab mälu eraldisi ajas. Saate suumida konkreetsetele ajavahemikele, et uurida eraldiste üksikasju. Kui valite konkreetse eraldise, kuvab alumine paan eraldise virnajälje, näidates funktsioonikutsete järjekorda, mis viisid eraldamiseni. See on kriitilise tähtsusega mälu eraldamise eest vastutava täpse koodirea leidmiseks.

Näide: mälulekke allika leidmine eraldiste jälgimisega

Laiendame eelmist näidet, et demonstreerida, kuidas eraldiste jälgimine aitab tuvastada mälulekke täpse allika. Oletame, et funktsioon `createAndAddElement` on osa suuremast moodulist või teegist, mida kasutatakse kogu veebirakenduses. Mälu eraldise jälgimine võimaldab meil tuvastada probleemi allika, mis ainuüksi kuhja hetktõmmist vaadates ei oleks võimalik.

1. Alustage eraldiste instrumenteerimise ajaskaala salvestamist.
2. Käivitage funktsiooni `createAndAddElement` korduvalt (nt jätkates `setInterval` kutset).
3. Peatage salvestamine mõne sekundi pärast.
4. Uurige eraldiste ajaskaalat. Peaksite nägema kasvavate mälu eraldiste mustrit.
5. Valige üks eraldussündmustest, mis vastab `HTMLDivElement` objektile.
6. Alumises paneelis uurige eraldiste virnajälge. Peaksite nägema kutsevirna, mis viib tagasi funktsiooni `createAndAddElement` juurde.
7. Klõpsake `createAndAddElement` funktsiooni konkreetsel koodireal, mis loob `HTMLDivElement` või lisab sündmuste kuulaja. See viib teid otse probleemse koodi juurde.

Eralduste virna jälgides saate kiiresti tuvastada oma koodis täpse asukoha, kus mälu eraldatakse ja potentsiaalselt lekib.

Parimad tavad mälulekete vältimiseks

Mälulekete vältimine on alati parem kui nende silumine pärast nende tekkimist. Siin on mõned parimad tavad, mida järgida:

• Eemaldage sündmuste kuulajad: Kui DOM-element eemaldatakse DOM-ist, eemaldage alati kõik sellele kinnitatud sündmuste kuulajad. Selleks saate kasutada `removeEventListener` meetodit.
• Vältige globaalseid muutujaid: Globaalsed muutujad võivad püsida rakenduse kogu eluea jooksul, potentsiaalselt takistades objektide prügikoristust. Kasutage võimalusel lokaalseid muutujaid.
• Hallake sulundeid hoolikalt: Sulundid võivad tahtmatult haarata muutujaid ja takistada nende prügikoristust. Veenduge, et sulundid hõivaksid ainult vajalikke muutujaid ja et need vabastatakse õigesti, kui neid enam ei vajata.
• Kasutage nõrku viiteid (kui need on saadaval): Nõrgad viited võimaldavad teil hoida viidet objektile, takistamata selle prügikoristust. Kasutage `WeakMap` ja `WeakSet` objekte andmete salvestamiseks, mis on seotud objektidega, ilma tugevaid viiteid loomata. Pange tähele, et nende funktsioonide brauseritugi varieerub, seega arvestage oma sihtrühmaga.
• Lahutage DOM-elemendid: DOM-elemendi eemaldamisel veenduge, et see on DOM-puust täielikult lahti ühendatud. Vastasel juhul võivad paigutuse mootor sellele endiselt viidata ja takistada prügikoristust.
• Minimeerige DOM-i manipuleerimist: Liigne DOM-i manipuleerimine võib põhjustada mälu fragmenteerimist ja jõudlusprobleeme. Koondage DOM-i uuendused võimalusel ja kasutage tehnikaid nagu virtuaalne DOM tegelike DOM-i uuenduste arvu minimeerimiseks.
• Profileerige regulaarselt: Integreerige mälu profileerimine oma tavapärasesse arendustöövoogu. See aitab teil tuvastada potentsiaalsed mälulekked varakult, enne kui neist saavad suured probleemid. Kaaluge mälu profileerimise automatiseerimist osana oma pidevast integreerimisprotsessist.

Täiustatud tehnikad ja tööriistad

Lisaks kuhja hetktõmmistele ja eraldiste jälgimisele on olemas ka teisi täiustatud tehnikaid ja tööriistu, mis võivad mälu profileerimisel abiks olla:

• Jõudluse jälgimise tööriistad: Tööriistad nagu New Relic, Sentry ja Raygun pakuvad reaalajas jõudluse jälgimist, sealhulgas mälukasutuse mõõdikuid. Need tööriistad aitavad teil tuvastada mälulekkeid tootmiskeskkondades.
• Kuhja tõmmiste analüüsi tööriistad: Tööriistad nagu `memlab` (Meta poolt) või `heapdump` võimaldavad teil programmilist analüüsida kuhja tõmmiseid ja automatiseerida mälulekete tuvastamise protsessi.
• Mäluhalduse mustrid: Tutvuge levinud mäluhalduse mustritega, nagu objektide kogum (object pooling) ja memoisatsioon, et optimeerida mälukasutust.
• Kolmandate osapoolte teegid: Olge teadlik kasutatavate kolmandate osapoolte teekide mälukasutusest. Mõnedel teekidel võivad olla mälulekked või need võivad olla mälu kasutamisel ebaefektiivsed. Hinnake alati teegi kasutamise jõudlusmõjusid enne selle projekti kaasamise.

Reaalmaailma näited ja juhtumiuuringud

Mälu profileerimise praktilise rakendamise illustreerimiseks kaaluge järgmisi reaalmaailma näiteid:

• Ühelehelised rakendused (SPA-d): SPA-d kannatavad sageli mälulekete all komponentide keerukate interaktsioonide ja sagedase DOM-i manipuleerimise tõttu. Sündmuste kuulajate ja komponentide elutsüklite õige haldamine on SPA-de mälulekete vältimisel ülioluline.
• Veebimängud: Veebimängud võivad olla eriti mäluintensiivsed tänu suurele hulgale objektidele ja tekstuuridele, mida need loovad. Mälu kasutamise optimeerimine on sujuva jõudluse saavutamiseks hädavajalik.
• Andmemahukad rakendused: Rakendused, mis töötlevad suuri andmehulki, nagu andmete visualiseerimise tööriistad ja teaduslikud simulatsioonid, võivad kiiresti tarbida märkimisväärse hulga mälu. Andmevoogude ja mälutõhusate andmestruktuuride kasutamine on ülioluline.
• Reklaadid ja kolmandate osapoolte skriptid: Sageli on probleemide põhjustajaks kood, mida te ise ei kontrolli. Pöörake erilist tähelepanu sisseehitatud reklaamide ja kolmandate osapoolte skriptide mälukasutusele. Need skriptid võivad tekitada mälulekkeid, mida on raske diagnoosida. Ressursipiirangute kasutamine aitab leevendada halvasti kirjutatud skriptide mõju.

Kokkuvõte

JavaScripti mälu profileerimise valdamine on oluline jõudluse ja töökindlate veebirakenduste loomiseks. Mõistes mäluhalduse põhimõtteid ja kasutades selles juhendis kirjeldatud tööriistu ja tehnikaid, saate tuvastada ja parandada mälulekkeid, optimeerida mälukasutust ja pakkuda paremat kasutuskogemust.

Pidage meeles, et profileerige oma koodi regulaarselt, järgige parimaid tavasid mälulekete vältimiseks ja õppige pidevalt uusi tehnikaid ja tööriistu mäluhalduse jaoks. Hoolikuse ja ennetava lähenemisviisiga saate tagada, et teie JavaScripti rakendused on mälu säästvad ja jõudluse poolest head.

Mõelge Donald Knuthi tsitaadile: "Enneaegne optimeerimine on kogu kurja juur (või vähemalt enamik sellest) programmeerimises." Kuigi see on tõsi, ei tähenda see mäluhalduse täielikku eiramist. Keskenduge esmalt puhta ja arusaadava koodi kirjutamisele ning seejärel kasutage profileerimisvahendeid, et tuvastada optimeerimist vajavad valdkonnad. Mäluga seotud probleemide ennetav lahendamine võib pikas perspektiivis säästa märkimisväärselt aega ja ressursse.

Lisateave

• Chrome DevToolsi mäluga seotud probleemide dokumentatsioon
• Mozilla Developer Network (MDN) - Mäluhaldus
• Chrome Dev Summit - Mälu profileerimine veebirakenduste jaoks (YouTube'i video)