JavaScript atminties nuotėkiai: Nustatymas ir prevencija

Dinamiškame žiniatinklio kūrimo pasaulyje „JavaScript“ yra kertinė kalba, valdanti interaktyvias patirtis daugybėje svetainių ir programų. Tačiau kartu su jos lankstumu atsiranda ir potenciali dažna problema: atminties nuotėkiai. Šios klastingos problemos gali tyliai pabloginti našumą, todėl programos veikia lėtai, naršyklės užstringa, o galiausiai vartotojai patiria nusivylimą. Ši išsami vadovas siekia aprūpinti pasaulio kūrėjus žiniomis ir įrankiais, reikalingais norint suprasti, nustatyti ir užkirsti kelią atminties nuotėkiams jų „JavaScript“ koduose.

Kas yra atminties nuotėkiai?

Atminties nuotėkis įvyksta, kai programa netyčia laiko atmintį, kuri jai nebereikalinga. „JavaScript“ kalboje, kuri yra su automatinio šiukšlių surinkimo funkcija, variklis automatiškai atgauna atmintį, kuri nebėra referencijuojama. Tačiau jei objektas lieka pasiekiamas dėl netyčinių nuorodų, šiukšlių surinkėjas negali atlaisvinti jo atminties, todėl laipsniškai kaupiasi nenaudojama atmintis – atminties nuotėkis. Laikui bėgant šie nuotėkiai gali sunaudoti reikšmingus išteklius, sulėtinti programą ir potencialiai sukelti jos gedimą. Pagalvokite apie tai kaip apie nuolat bėgantį čiaupą, kuris lėtai, bet užtikrintai užlieja sistemą.

Skirtingai nuo tokių kalbų kaip C ar C++, kuriose kūrėjai rankiniu būdu priskiria ir atjungia atmintį, „JavaScript“ pasikliauja automatiniu šiukšlių surinkimu. Nors tai supaprastina kūrimą, tai neatmeta atminties nuotėkių rizikos. Suprasti, kaip veikia „JavaScript“ šiukšlių surinkėjas, yra labai svarbu, siekiant užkirsti kelią šioms problemoms.

Dažnos „JavaScript“ atminties nuotėkių priežastys

Keletas įprastų kodavimo modelių gali sukelti atminties nuotėkius „JavaScript“. Šių modelių supratimas yra pirmas žingsnis siekiant jų išvengti:

1. Globalūs kintamieji

Netyčia sukurti globalūs kintamieji yra dažnas kaltininkas. „JavaScript“ kalboje, jei priskiriate reikšmę kintamajam, nedeklaravę jo su var, let arba const, jis automatiškai tampa globalaus objekto (naršyklėse window) nuosavybe. Šie globalūs kintamieji išlieka visą programos gyvavimo laiką, neleisdami šiukšlių surinkėjui atgauti jų atminties, net jei jie nebenaudojami.

Pavyzdys:

function myFunction() {
    // Netyčia sukuriamas globalus kintamasis
    myVariable = "Labas, pasauli!"; 
}

myFunction();

// myVariable dabar yra window objekto nuosavybė ir išliks.
console.log(window.myVariable); // Išvestis: "Labas, pasauli!"

Prevencija: Visada deklaruokite kintamuosius su var, let arba const, kad užtikrintumėte, jog jie turi numatytą taikymo sritį.

2. Pamiršti laikmačiai ir atgaliniai skambučiai

setInterval ir setTimeout funkcijos planuoja kodą vykdyti po tam tikro vėlavimo. Jei šie laikmačiai nėra tinkamai išvalyti naudojant clearInterval arba clearTimeout, suplanuoti atgaliniai skambučiai ir toliau bus vykdomi, net jei jie nebereikalingi, potencialiai išlaikydami nuorodas į objektus ir neleisdami jų šiukšlių surinkti.

Pavyzdys:

var intervalId = setInterval(function() {
    // Ši funkcija tęs vykdymą neribotai, net jei nebereikalinga.
    console.log("Laikmatis veikia...");
}, 1000);

// Norint užkirsti kelią atminties nuotėkiui, išvalykite laikmatį, kai jo nebereikia:
// clearInterval(intervalId);

Prevencija: Visada išvalykite laikmačius ir atgalinius skambučius, kai jų nebereikia. Naudokite try...finally bloką, kad garantuotumėte valymą, net jei įvyksta klaidos.

3. Uždarymai (Closures)

Uždarymai yra galinga „JavaScript“ funkcija, leidžianti vidinėms funkcijoms pasiekti kintamuosius iš savo išorinių (apimančių) funkcijų srities, net ir po to, kai išorinė funkcija baigė vykdyti. Nors uždarymai yra nepaprastai naudingi, jie taip pat gali netyčia sukelti atminties nuotėkius, jei jie išlaiko nuorodas į didelius objektus, kurie nebereikalingi. Vidinis funkcija išlaiko nuorodą į visą išorinės funkcijos sritį, įskaitant kintamuosius, kurie nebereikalingi.

Pavyzdys:

function outerFunction() {
    var largeArray = new Array(1000000).fill(0); // Didelis masyvas

    function innerFunction() {
        // innerFunction turi prieigą prie largeArray, net ir po outerFunction baigimo.
        console.log("Vidinė funkcija iškviesta");
    }

    return innerFunction;
}

var myClosure = outerFunction();
// myClosure dabar išlaiko nuorodą į largeArray, neleisdama jai būti surinkta.
myClosure();

Prevencija: Atidžiai nagrinėkite uždarymus, kad įsitikintumėte, jog jie nereikalingai neišlaiko nuorodų į didelius objektus. Apsvarstykite galimybę nustatyti kintamuosius uždarymo srityje į null, kai jų nebereikia, kad nutrauktumėte nuorodą.

4. DOM elementų nuorodos

Kai saugote nuorodas į DOM elementus „JavaScript“ kintamuosiuose, sukuriate ryšį tarp „JavaScript“ kodo ir žiniatinklio puslapio struktūros. Jei šios nuorodos nėra tinkamai atleistos, kai DOM elementai pašalinami iš puslapio, šiukšlių surinkėjas negali atgauti su tais elementais susijusios atminties. Tai ypač problematiška dirbant su sudėtingomis žiniatinklio programomis, kurios dažnai prideda ir pašalina DOM elementus.

Pavyzdys:

var element = document.getElementById("myElement");

// ... vėliau elementas pašalinamas iš DOM:
// element.parentNode.removeChild(element);

// Tačiau 'element' kintamasis vis dar išlaiko nuorodą į pašalintą elementą,
// neleisdamas jam būti surinktu.

// Norint užkirsti kelią atminties nuotėkiui:
// element = null;

Prevencija: Nustatykite DOM elementų nuorodas į null po to, kai elementai pašalinami iš DOM arba kai nuorodos nebereikalingos. Apsvarstykite galimybę naudoti silpnas nuorodas (jei jos prieinamos jūsų aplinkoje) scenarijuose, kai reikia stebėti DOM elementus, neleidžiant jiems būti surinktiems.

5. Įvykių klausytojai

Įvykių klausytojų pridėjimas prie DOM elementų sukuria ryšį tarp „JavaScript“ kodo ir elementų. Jei šie įvykių klausytojai nėra tinkamai pašalinami, kai elementai pašalinami iš DOM, klausytojai ir toliau egzistuos, potencialiai išlaikydami nuorodas į elementus ir neleisdami jų šiukšlių surinkti. Tai ypač dažna vieno puslapio programose (SPA), kur komponentai dažnai montuojami ir išmontuojami.

Pavyzdys:

var button = document.getElementById("myButton");

function handleClick() {
    console.log("Mygtukas paspaustas!");
}

button.addEventListener("click", handleClick);

// ... vėliau mygtukas pašalinamas iš DOM:
// button.parentNode.removeChild(button);

// Tačiau įvykių klausytojas vis dar prijungtas prie pašalinto mygtuko,
// neleisdamas jam būti surinktu.

// Norint užkirsti kelią atminties nuotėkiui, pašalinkite įvykių klausytoją:
// button.removeEventListener("click", handleClick);
// button = null; // Taip pat nustatykite mygtuko nuorodą į null

Prevencija: Visada pašalinkite įvykių klausytojus prieš pašalindami DOM elementus iš puslapio arba kai klausytojai nebereikalingi. Daugelis šiuolaikinių „JavaScript“ karkasų (pvz., „React“, „Vue“, „Angular“) teikia mechanizmus automatiškai tvarkyti įvykių klausytojų gyvavimo ciklą, o tai gali padėti užkirsti kelią šiam nuotėkio tipui.

6. Cirkuliarios nuorodos

Cirkuliarios nuorodos atsiranda, kai du ar daugiau objektų nurodo vienas kitą, sudarydami ciklą. Jei šie objektai nebe pasiekiami iš šaknies, bet šiukšlių surinkėjas negali jų atlaisvinti, nes jie vis dar nurodo vienas kitą, atsiranda atminties nuotėkis.

Pavyzdys:

var obj1 = {};
var obj2 = {};

obj1.reference = obj2;
obj2.reference = obj1;

// Dabar obj1 ir obj2 nurodo vienas kitą. Net jei jie nebe pasiekiami
// iš šaknies, jie nebus surinkti dėl cirkuliarios nuorodos.

// Norint nutraukti cirkuliarią nuorodą:
// obj1.reference = null;
// obj2.reference = null;

Prevencija: Būkite atsargūs su objektų santykiais ir venkite nereikalingų cirkuliarių nuorodų kūrimo. Kai tokios nuorodos neišvengiamos, nutraukite ciklą nustatydami nuorodas į null, kai objektai nebereikalingi.

Atminties nuotėkių nustatymas

Atminties nuotėkių nustatymas gali būti sudėtingas, nes jie dažnai pasireiškia subtiliai per tam tikrą laiką. Tačiau keli įrankiai ir metodai gali padėti jums nustatyti ir diagnozuoti šias problemas:

1. Chrome DevTools

„Chrome DevTools“ suteikia galingų įrankių žiniatinklio programų atminties naudojimo analizei. Memory (Atminties) skydelyje galite kurti „heap“ momentines nuotraukas, įrašyti atminties priskyrimus laikui bėgant ir palyginti atminties naudojimą tarp skirtingų programos būsenų. Tai, be abejonės, yra galingiausias įrankis atminties nuotėkiams diagnozuoti.

Heap momentinės nuotraukos: Kuriant „heap“ momentines nuotraukas skirtingais laiko momentais ir jas lyginant, galite nustatyti objektus, kurie kaupiasi atmintyje ir nėra surinkti.

Priskyrimų laiko juosta: Priskyrimų laiko juosta įrašo atminties priskyrimus laikui bėgant, rodydama, kada atmintis yra priskiriama, o kada atlaisvinama. Tai gali padėti nustatyti kodą, kuris sukelia atminties nuotėkius.

Profiliavimas: „Performance“ (Našumo) skydelis taip pat gali būti naudojamas profiliuojant jūsų programos atminties naudojimą. Įrašydami našumo seką, galite matyti, kaip atmintis yra priskiriama ir atlaisvinama per skirtingas operacijas.

2. Našumo stebėjimo įrankiai

Įvairūs našumo stebėjimo įrankiai, tokie kaip „New Relic“, „Sentry“ ir „Dynatrace“, siūlo funkcijas atminties naudojimo stebėjimui gamybos aplinkose. Šie įrankiai gali įspėti jus apie galimus atminties nuotėkius ir suteikti įžvalgų apie jų priežastis.

3. Rankinis kodų peržiūra

Atidžiai peržiūrėdami savo kodą dėl dažnų atminties nuotėkių priežasčių, tokių kaip globalūs kintamieji, pamiršti laikmačiai, uždarymai ir DOM elementų nuorodos, galite padėti proaktyviai nustatyti ir užkirsti kelią šioms problemoms.

4. „Linters“ ir statinės analizės įrankiai

„Linters“, tokie kaip ESLint, ir statinės analizės įrankiai gali padėti jums automatiškai nustatyti galimus atminties nuotėkius jūsų kode. Šie įrankiai gali nustatyti nedeklaruotus kintamuosius, nenaudojamus kintamuosius ir kitus kodavimo modelius, kurie gali sukelti atminties nuotėkius.

5. Testavimas

Rašykite testus, kurie specialiai tikrina atminties nuotėkius. Pavyzdžiui, galite parašyti testą, kuris sukuria didelį skaičių objektų, atlieka su jais tam tikras operacijas, o tada patikrina, ar atminties naudojimas žymiai padidėjo po to, kai objektai turėjo būti surinkti.

Atminties nuotėkių prevencija: Geriausia praktika

Prevencija visada yra geriau nei gydymas. Laikydamiesi šios geriausios praktikos, galite žymiai sumažinti atminties nuotėkių riziką savo „JavaScript“ kode:

• Visada deklaruokite kintamuosius su var, let arba const. Venkite netyčia kurti globalius kintamuosius.
• Išvalykite laikmačius ir atgalinius skambučius, kai jų nebereikia. Naudokite clearInterval ir clearTimeout laikmačiams atšaukti.
• Atidžiai nagrinėkite uždarymus, kad įsitikintumėte, jog jie nereikalingai neišlaiko nuorodų į didelius objektus. Nustatykite kintamuosius uždarymo srityje į null, kai jų nebereikia.
• Nustatykite DOM elementų nuorodas į null po to, kai elementai pašalinami iš DOM arba kai nuorodos nebereikalingos.
• Pašalinkite įvykių klausytojus prieš pašalindami DOM elementus iš puslapio arba kai klausytojai nebereikalingi.
• Venkite nereikalingų cirkuliarių nuorodų kūrimo. Nutraukite ciklus nustatydami nuorodas į null, kai objektai nebereikalingi.
• Reguliariai naudokite atminties profiliavimo įrankius savo programos atminties naudojimui stebėti.
• Rašykite testus, kurie specialiai tikrina atminties nuotėkius.
• Naudokite „JavaScript“ karkasą, kuris padeda efektyviai tvarkyti atmintį. „React“, „Vue“ ir „Angular“ turi mechanizmus automatiškai tvarkyti komponentų gyvavimo ciklus ir užkirsti kelią atminties nuotėkiams.
• Būkite atsargūs su trečiųjų šalių bibliotekomis ir jų atminties nuotėkių potencialu. Laikykite bibliotekas atnaujintas ir tirkite bet kokį įtartiną atminties elgesį.
• Optimizuokite savo kodą našumui. Efektyvus kodas rečiau nutekina atmintį.

Globalios aplinkybės

Kuriant žiniatinklio programas visai pasaulinei auditorijai, labai svarbu atsižvelgti į galimą atminties nuotėkių poveikį vartotojams su skirtingais įrenginiais ir tinklo sąlygomis. Vartotojai regionuose su lėtesniu interneto ryšiu arba senesniais įrenginiais gali būti labiau jautrūs našumo degradacijai, kurią sukelia atminties nuotėkiai. Todėl labai svarbu teikti pirmenybę atminties valdymui ir optimizuoti kodą optimaliam našumui įvairiuose įrenginiuose ir tinklo aplinkose.

Pavyzdžiui, apsvarstykite žiniatinklio programą, naudojamą tiek išsivysčiusioje šalyje su greitu internetu ir galingais įrenginiais, tiek besivystančioje šalyje su lėtesniu internetu ir senesniais, mažiau galingais įrenginiais. Atminties nuotėkis, kuris išsivysčiusioje šalyje gali būti beveik nepastebimas, besivystančioje šalyje gali padaryti programą nenaudojamą. Todėl kruopštus testavimas ir optimizavimas yra būtini, norint užtikrinti teigiamą vartotojo patirtį visiems vartotojams, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos ar įrenginio.

Išvada

Atminties nuotėkiai yra dažna ir potencialiai rimta problema „JavaScript“ žiniatinklio programose. Suprasdami dažnas atminties nuotėkių priežastis, išmokdami juos nustatyti ir laikydamiesi geriausios atminties valdymo praktikos, galite žymiai sumažinti šių problemų riziką ir užtikrinti, kad jūsų programos veiktų optimaliai visiems vartotojams, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos ar įrenginio. Atminkite, kad proaktyvus atminties valdymas yra investicija į jūsų žiniatinklio programų ilgalaikę sveikatą ir sėkmę.