JavaScript Memory Profiling: Mastering Heap Snapshots and Allocation Tracking

Atminties valdymas yra esminis efektyvių ir našiai veikiančių JavaScript programų kūrimo aspektas. Atminties nutekėjimai ir per didelis atminties suvartojimas gali lemti vangų veikimą, naršyklės gedimus ir prastą vartotojo patirtį. Supratimas, kaip profilizuoti savo JavaScript kodą, norint nustatyti ir išspręsti atminties problemas, yra būtinas kiekvienam rimtam žiniatinklio kūrėjui.

Šiame išsamiame vadove rasite informacijos apie tai, kaip naudoti heap momentines nuotraukas ir paskirstymo stebėjimą Chrome DevTools (arba panašius įrankius kitose naršyklėse, tokiose kaip Firefox ir Safari), kad diagnozuotumėte ir išspręstumėte su atmintimi susijusias problemas. Aptarsime pagrindines sąvokas, pateiksime praktinių pavyzdžių ir suteiksime jums žinių, kad optimizuotumėte savo JavaScript programas optimaliam atminties naudojimui.

Understanding JavaScript Memory Management

JavaScript, kaip ir daugelis šiuolaikinių programavimo kalbų, naudoja automatinį atminties valdymą per procesą, vadinamą šiukšlių rinkimu. Šiukšlių rinkėjas periodiškai nustato ir atgauna atmintį, kurios programa nebenaudoja. Tačiau šis procesas nėra tobulas. Atminties nutekėjimai gali atsirasti, kai objektai nebereikalingi, bet vis dar yra nurodomi programos, neleidžiant šiukšlių rinkėjui atlaisvinti atminties. Šios nuorodos gali būti netyčinės, dažnai dėl uždarymų, įvykių klausytojų arba atjungtų DOM elementų.

Prieš gilinantis į įrankius, trumpai pakartokime pagrindines sąvokas:

• Atminties Nutekėjimas: Kai atmintis yra paskirta, bet niekada negrąžinama sistemai, dėl to laikui bėgant padidėja atminties naudojimas.
• Šiukšlių Rinkimas: Procesas, kai automatiškai atgaunama atmintis, kurios programa nebenaudoja.
• Heap: Atminties sritis, kurioje saugomi JavaScript objektai.
• Nuorodos: Ryšiai tarp skirtingų objektų atmintyje. Jei objektas yra nurodytas, jo negalima surinkti kaip šiukšlių.

Skirtingos JavaScript vykdymo aplinkos (pvz., V8 Chrome ir Node.js) skirtingai įgyvendina šiukšlių rinkimą, tačiau pagrindiniai principai išlieka tie patys. Šių principų supratimas yra raktas į atminties problemų pagrindinių priežasčių nustatymą, nepriklausomai nuo platformos, kurioje veikia jūsų programa. Apsvarstykite atminties valdymo pasekmes ir mobiliuosiuose įrenginiuose, nes jų ištekliai yra ribotesni nei stalinių kompiuterių. Svarbu siekti atminties efektyvumo kodo nuo pat projekto pradžios, o ne bandyti refaktoruoti vėliau.

Introduction to Memory Profiling Tools

Šiuolaikinės žiniatinklio naršyklės savo kūrėjų konsolėse pateikia galingus įtaisytus atminties profiliavimo įrankius. Chrome DevTools, ypač, siūlo patikimas funkcijas heap momentinėms nuotraukoms daryti ir atminties paskirstymui stebėti. Šie įrankiai leidžia jums:

• Nustatyti atminties nutekėjimus: Aptikti didėjančio atminties naudojimo modelius laikui bėgant.
• Tiksliai nustatyti probleminį kodą: Sekti atminties paskirstymą atgal iki konkrečių kodo eilučių.
• Analizuoti objektų sulaikymą: Suprasti, kodėl objektai nėra surenkami kaip šiukšlės.

Nors šie pavyzdžiai daugiausia dėmesio skirs Chrome DevTools, bendrieji principai ir metodai taikomi ir kitiems naršyklių kūrėjų įrankiams. Firefox Developer Tools ir Safari Web Inspector taip pat siūlo panašias funkcijas atminties analizei, nors ir su galimai skirtingomis vartotojo sąsajomis ir specifinėmis funkcijomis.

Taking Heap Snapshots

Heap momentinė nuotrauka yra momentinis JavaScript heap būsenos fiksavimas, įskaitant visus objektus ir jų ryšius. Darant kelias momentines nuotraukas laikui bėgant, galite palyginti atminties naudojimą ir nustatyti galimus nutekėjimus. Heap momentinės nuotraukos gali tapti gana didelės, ypač sudėtingoms žiniatinklio programoms, todėl svarbu sutelkti dėmesį į atitinkamas programos elgesio dalis.

How to Take a Heap Snapshot in Chrome DevTools:

1. Open Chrome DevTools (usually by pressing F12 or right-clicking and selecting "Inspect").
2. Eikite į skydelį „Memory“.
3. Pažymėkite radijo mygtuką „Heap snapshot“.
4. Spustelėkite mygtuką „Take snapshot“.

Analyzing a Heap Snapshot:

Paėmus momentinę nuotrauką, pamatysite lentelę su įvairiais stulpeliais, vaizduojančiais skirtingus objektų tipus, dydžius ir sulaikytojus. Štai pagrindinių sąvokų apžvalga:

• Konstruktorius: Funkcija, naudojama objektui sukurti. Įprasti konstruktoriai yra `Array`, `Object`, `String` ir pasirinktiniai konstruktoriai, apibrėžti jūsų kode.
• Atstumas: Trumpiausias kelias iki šiukšlių surinkimo šaknies. Mažesnis atstumas paprastai rodo stipresnį sulaikymo kelią.
• Seklus Dydis: Atminties kiekis, kurį tiesiogiai turi pats objektas.
• Sulaikomas Dydis: Bendras atminties kiekis, kuris būtų atlaisvintas, jei pats objektas būtų surinktas kaip šiukšlės. Tai apima objekto seklų dydį ir atmintį, kurią turi bet kurie objektai, pasiekiami tik per šį objektą. Tai yra svarbiausias rodiklis atminties nutekėjimams nustatyti.
• Sulaikytojai: Objektai, kurie palaiko šį objektą gyvą (neleidžia jo surinkti kaip šiukšlės). Sulaikytojų nagrinėjimas yra labai svarbus norint suprasti, kodėl objektas nėra surenkamas.

Example: Identifying a Memory Leak in a Simple Application

Tarkime, kad turite paprastą žiniatinklio programą, kuri prideda įvykių klausytojus prie DOM elementų. Jei šie įvykių klausytojai tinkamai nepašalinami, kai elementai nebereikalingi, jie gali sukelti atminties nutekėjimus. Apsvarstykite šį supaprastintą scenarijų:

            
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
              
            
          

Šiame pavyzdyje anoniminė funkcija, pridėta kaip įvykio klausytojas, sukuria uždarąją sritį, kuri užfiksuoja `element` kintamąjį, potencialiai neleisdama jo surinkti kaip šiukšlės net ir pašalinus iš DOM. Štai kaip galite tai nustatyti naudodami heap momentines nuotraukas:

1. Vykdykite kodą savo naršyklėje.
2. Padarykite heap momentinę nuotrauką.
3. Leiskite kodui veikti kelias sekundes, sukuriant daugiau elementų.
4. Padarykite kitą heap momentinę nuotrauką.
5. „DevTools Memory“ skydelyje išskleidžiamajame meniu pasirinkite „Comparison“ (paprastai numatytasis yra „Summary“). Tai leidžia palyginti dvi momentines nuotraukas.
6. Ieškokite `HTMLDivElement` objektų arba panašių su DOM susijusių konstruktorių skaičiaus padidėjimo tarp dviejų momentinių nuotraukų.
7. Išnagrinėkite šių `HTMLDivElement` objektų sulaikytojus, kad suprastumėte, kodėl jie nėra surenkami kaip šiukšlės. Galite pastebėti, kad įvykio klausytojas vis dar yra prijungtas ir laiko nuorodą į elementą.

Allocation Tracking

Paskirstymo stebėjimas suteikia išsamesnį atminties paskirstymo vaizdą laikui bėgant. Tai leidžia įrašyti objektų paskirstymą ir sekti juos atgal iki konkrečių kodo eilučių, kurios juos sukūrė. Tai ypač naudinga nustatant atminties nutekėjimus, kurie iš karto nepastebimi vien tik iš heap momentinių nuotraukų.

How to Use Allocation Tracking in Chrome DevTools:

1. Open Chrome DevTools (usually by pressing F12).
2. Eikite į skydelį „Memory“.
3. Pažymėkite radijo mygtuką „Allocation instrumentation on timeline“.
4. Spustelėkite mygtuką „Start“, kad pradėtumėte įrašymą.
5. Atlikite veiksmus savo programoje, kurie, jūsų manymu, sukelia atminties problemų.
6. Spustelėkite mygtuką „Stop“, kad baigtumėte įrašymą.

Analyzing Allocation Tracking Data:

Example: Finding the Source of a Memory Leak with Allocation Tracking

Patobulinkime ankstesnį pavyzdį, kad parodytume, kaip paskirstymo stebėjimas gali padėti tiksliai nustatyti atminties nutekėjimo šaltinį. Tarkime, kad funkcija `createAndAddElement` yra didesnio modulio ar bibliotekos, naudojamos visoje žiniatinklio programoje, dalis. Atminties paskirstymo stebėjimas leidžia mums tiksliai nustatyti problemos šaltinį, o to nebūtų galima padaryti tik žiūrint į heap momentinę nuotrauką.

1. Pradėkite paskirstymo instrumentavimo laiko juostos įrašymą.
2. Vykdykite funkciją `createAndAddElement` pakartotinai (pvz., tęsdami `setInterval` iškvietimą).
3. Po kelių sekundžių sustabdykite įrašymą.
4. Išnagrinėkite paskirstymo laiko juostą. Turėtumėte pamatyti didėjančio atminties paskirstymo modelį.
5. Pasirinkite vieną iš paskirstymo įvykių, atitinkančių `HTMLDivElement` objektą.
6. Apatiniame skydelyje išnagrinėkite paskirstymo dėklo sekimą. Turėtumėte pamatyti iškvietimų dėklą, vedantį atgal į funkciją `createAndAddElement`.
7. Spustelėkite konkrečią kodo eilutę funkcijoje `createAndAddElement`, kuri sukuria `HTMLDivElement` arba prideda įvykio klausytoją. Tai nuves jus tiesiai į probleminį kodą.

Sekdami paskirstymo dėklą, galite greitai nustatyti tikslią vietą savo kode, kur atmintis paskirstoma ir potencialiai nuteka.

Best Practices for Preventing Memory Leaks

Užkirsti kelią atminties nutekėjimams visada geriau nei bandyti juos derinti po to, kai jie įvyksta. Štai keletas geriausių praktikų, kurių reikia laikytis:

• Pašalinkite Įvykių Klausytojus: Kai DOM elementas pašalinamas iš DOM, visada pašalinkite visus prie jo pridėtus įvykių klausytojus. Šiam tikslui galite naudoti `removeEventListener`.
• Venkite Globalių Kintamųjų: Globalūs kintamieji gali išlikti visą programos gyvavimo laikotarpį, potencialiai neleisdami objektams būti surenkamiems kaip šiukšlės. Kai įmanoma, naudokite vietinius kintamuosius.
• Atsargiai Valdykite Uždarymą: Uždarymai gali netyčia užfiksuoti kintamuosius ir neleisti jų surinkti kaip šiukšlės. Užtikrinkite, kad uždarymai užfiksuotų tik būtinus kintamuosius ir kad jie būtų tinkamai atlaisvinti, kai jų nebereikia.
• Naudokite Silpnas Nuorodas (kur įmanoma): Silpnos nuorodos leidžia jums turėti nuorodą į objektą, netrukdant jam būti surenkamam kaip šiukšlėms. Naudokite `WeakMap` ir `WeakSet`, kad saugotumėte duomenis, susijusius su objektais, nesukurdami stiprių nuorodų. Atkreipkite dėmesį, kad naršyklių palaikymas šioms funkcijoms skiriasi, todėl atsižvelkite į savo tikslinę auditoriją.
• Atjunkite DOM Elementus: Pašalindami DOM elementą, įsitikinkite, kad jis visiškai atjungtas nuo DOM medžio. Priešingu atveju, jis vis tiek gali būti nurodytas išdėstymo variklio ir neleisti surinkti šiukšlių.
• Sumažinkite DOM Manipuliavimą: Per didelis DOM manipuliavimas gali sukelti atminties suskaidymą ir našumo problemas. Grupės DOM atnaujinimus, kai tik įmanoma, ir naudokite tokius metodus kaip virtualus DOM, kad sumažintumėte tikrų DOM atnaujinimų skaičių.
• Profilizuokite Reguliariai: Įtraukite atminties profiliavimą į savo įprastą kūrimo darbo eigą. Tai padės jums nustatyti galimus atminties nutekėjimus anksti, kol jie netaps didelėmis problemomis. Apsvarstykite atminties profiliavimo automatizavimą kaip dalį savo nuolatinio integravimo proceso.

Advanced Techniques and Tools

Be heap momentinių nuotraukų ir paskirstymo stebėjimo, yra ir kitų pažangių metodų ir įrankių, kurie gali būti naudingi atminties profiliavimui:

• Našumo Stebėjimo Įrankiai: Tokie įrankiai kaip New Relic, Sentry ir Raygun teikia našumo stebėjimą realiuoju laiku, įskaitant atminties naudojimo metriką. Šie įrankiai gali padėti nustatyti atminties nutekėjimus gamybos aplinkose.
• Heapdump Analizės Įrankiai: Tokie įrankiai kaip `memlab` (iš Meta) arba `heapdump` leidžia jums programiškai analizuoti heap išvestis ir automatizuoti atminties nutekėjimų nustatymo procesą.
• Atminties Valdymo Šablonai: Susipažinkite su įprastais atminties valdymo šablonais, tokiais kaip objektų telkinys ir įsiminimas, kad optimizuotumėte atminties naudojimą.
• Trečiųjų Šalių Bibliotekos: Atminkite trečiųjų šalių bibliotekų, kurias naudojate, atminties naudojimą. Kai kuriose bibliotekose gali būti atminties nutekėjimų arba jos gali būti neefektyvios savo atminties naudojimu. Visada įvertinkite bibliotekos naudojimo našumo pasekmes prieš įtraukdami ją į savo projektą.

Real-World Examples and Case Studies

Norėdami iliustruoti praktinį atminties profiliavimo taikymą, apsvarstykite šiuos realaus pasaulio pavyzdžius:

• Vieno Puslapio Programos (SPAs): SPA dažnai kenčia nuo atminties nutekėjimų dėl sudėtingų komponentų sąveikų ir dažno DOM manipuliavimo. Tinkamai valdyti įvykių klausytojus ir komponentų gyvavimo ciklus yra labai svarbu norint išvengti atminties nutekėjimų SPA.
• Žiniatinklio Žaidimai: Žiniatinklio žaidimai gali būti ypač intensyvūs atminties atžvilgiu dėl didelio sukurtų objektų ir tekstūrų skaičiaus. Atminties naudojimo optimizavimas yra būtinas norint pasiekti sklandų našumą.
• Duomenų Intensyvios Programos: Programos, kurios apdoroja didelius duomenų kiekius, tokios kaip duomenų vizualizavimo įrankiai ir mokslinės simuliacijos, gali greitai sunaudoti didelį atminties kiekį. Tokių metodų kaip duomenų srautinis perdavimas ir atminties efektyvios duomenų struktūros naudojimas yra labai svarbūs.
• Reklamos ir Trečiųjų Šalių Scenarijai: Dažnai kodas, kurio nekontroliuojate, yra kodas, kuris sukelia problemų. Ypatingą dėmesį atkreipkite į įterptų reklamų ir trečiųjų šalių scenarijų atminties naudojimą. Šie scenarijai gali sukelti atminties nutekėjimus, kuriuos sunku diagnozuoti. Išteklių limitų naudojimas gali padėti sušvelninti prastai parašytų scenarijų poveikį.

Conclusion

JavaScript atminties profiliavimo valdymas yra būtinas kuriant našiai veikiančias ir patikimas žiniatinklio programas. Suprasdami atminties valdymo principus ir naudodami šiame vadove aprašytus įrankius ir metodus, galite nustatyti ir išspręsti atminties nutekėjimus, optimizuoti atminties naudojimą ir suteikti aukštesnę vartotojo patirtį.

Nepamirškite reguliariai profilizuoti savo kodą, laikykitės geriausios atminties nutekėjimų prevencijos praktikos ir nuolat mokykitės apie naujus atminties valdymo metodus ir įrankius. Su atkaklumu ir aktyviu požiūriu galite užtikrinti, kad jūsų JavaScript programos būtų atminties efektyvios ir našiai veikiančios.

Apsvarstykite šią Donaldo Knuto citatą: "Per ankstyva optimizacija yra visų blogybių šaknis (arba bent jau daugumos jų) programavime." Nors tai tiesa, tai nereiškia, kad visiškai ignoruojate atminties valdymą. Pirmiausia sutelkite dėmesį į švaraus, suprantamo kodo rašymą, o tada naudokite profiliavimo įrankius, kad nustatytumėte sritis, kurias reikia optimizuoti. Proaktyvus atminties problemų sprendimas gali sutaupyti daug laiko ir išteklių ilgainiui.

Further Resources

• Chrome DevTools Atminties Problemų Dokumentacija
• Mozilla Developer Network (MDN) - Atminties Valdymas
• Chrome Dev Summit - Atminties Profiliavimas Žiniatinklio Programoms (YouTube video)