Pārlūkprogrammas veiktspējas profilēšana: JavaScript atmiņas noplūžu atklāšana un novēršana

Tīmekļa izstrādes pasaulē veiktspēja ir vissvarīgākā. Lēna vai nereaģējoša tīmekļa lietotne var novest pie neapmierinātiem lietotājiem, pamestiem iepirkumu groziem un, galu galā, zaudētiem ienākumiem. JavaScript atmiņas noplūdes ir būtisks veiktspējas pasliktināšanās iemesls. Šīs noplūdes, bieži vien smalkas un mānīgas, pakāpeniski patērē pārlūkprogrammas resursus, izraisot palēninājumus, avārijas un sliktu lietotāja pieredzi. Šis visaptverošais ceļvedis sniegs jums zināšanas un rīkus, lai atklātu, diagnosticētu un novērstu JavaScript atmiņas noplūdes, nodrošinot, ka jūsu tīmekļa lietotnes darbojas raiti un efektīvi.

Izpratne par JavaScript atmiņas pārvaldību

Pirms iedziļināties noplūžu atklāšanā, ir svarīgi saprast, kā JavaScript pārvalda atmiņu. JavaScript izmanto automātisku atmiņas pārvaldību, izmantojot procesu, ko sauc par atkritumu savākšanu (garbage collection). Atkritumu savācējs periodiski identificē un atbrīvo atmiņu, kuru lietotne vairs neizmanto. Tomēr atkritumu savācēja efektivitāte ir atkarīga no lietotnes koda. Ja objekti tiek netīšām uzturēti dzīvi, atkritumu savācējs nespēs atbrīvot to atmiņu, kas novedīs pie atmiņas noplūdes.

Biežākie JavaScript atmiņas noplūžu cēloņi

Vairāki izplatīti programmēšanas modeļi var izraisīt atmiņas noplūdes JavaScript:

• Globālie mainīgie: Nejauša globālo mainīgo izveide (piem., izlaižot atslēgvārdu var, let vai const) var liegt atkritumu savācējam atbrīvot to atmiņu. Šie mainīgie pastāv visā lietotnes dzīves ciklā.
• Aizmirsti taimeri un atzvanīšanas funkcijas: setInterval un setTimeout funkcijas, kā arī notikumu klausītāji, var izraisīt atmiņas noplūdes, ja tās netiek pareizi notīrītas vai noņemtas, kad tās vairs nav nepieciešamas. Ja šie taimeri un klausītāji satur atsauces uz citiem objektiem, arī šie objekti tiks uzturēti dzīvi.
• Noslēgumi (Closures): Lai gan noslēgumi ir spēcīga JavaScript funkcija, tie var arī veicināt atmiņas noplūdes, ja tie netīšām tver un saglabā atsauces uz lieliem objektiem vai datu struktūrām.
• DOM elementu atsauces: Atsauču turēšana uz DOM elementiem, kas ir noņemti no DOM koka, var liegt atkritumu savācējam atbrīvot ar tiem saistīto atmiņu.
• Cikliskas atsauces: Kad divi vai vairāki objekti atsaucas viens uz otru, veidojot ciklu, atkritumu savācējam var būt grūti identificēt un atbrīvot to atmiņu.
• Atvienoti DOM koki: Elementi, kas ir noņemti no DOM, bet uz kuriem joprojām ir atsauces JavaScript kodā. Viss apakškoks paliek atmiņā, nepieejams atkritumu savācējam.

Rīki JavaScript atmiņas noplūžu atklāšanai

Mūsdienu pārlūkprogrammas nodrošina jaudīgus izstrādātāju rīkus, kas īpaši paredzēti atmiņas profilēšanai. Šie rīki ļauj jums uzraudzīt atmiņas lietojumu, identificēt potenciālās noplūdes un noteikt atbildīgo kodu.

Chrome DevTools

Chrome DevTools piedāvā visaptverošu atmiņas profilēšanas rīku komplektu:

• Atmiņas panelis (Memory Panel): Šis panelis sniedz augsta līmeņa pārskatu par atmiņas lietojumu, ieskaitot kaudzes (heap) izmēru, JavaScript atmiņu un dokumenta resursus.
• Kaudzes momentuzņēmumi (Heap Snapshots): Kaudzes momentuzņēmumu veikšana ļauj fiksēt JavaScript kaudzes stāvokli noteiktā laika brīdī. Salīdzinot dažādos laikos veiktus momentuzņēmumus, var atklāt objektus, kas uzkrājas atmiņā, norādot uz potenciālu noplūdi.
• Alokāciju instrumentācija laika joslā (Allocation Instrumentation on Timeline): Šī funkcija izseko atmiņas alokācijas laika gaitā, sniedzot detalizētu informāciju par to, kuras funkcijas un cik daudz atmiņas piešķir.
• Veiktspējas panelis (Performance Panel): Šis panelis ļauj ierakstīt un analizēt jūsu lietotnes veiktspēju, ieskaitot atmiņas lietojumu, CPU noslodzi un renderēšanas laiku. Varat izmantot šo paneli, lai identificētu veiktspējas vājās vietas, ko izraisa atmiņas noplūdes.

Chrome DevTools izmantošana atmiņas noplūžu atklāšanai: praktisks piemērs

Ilustrēsim, kā izmantot Chrome DevTools, lai identificētu atmiņas noplūdi, ar vienkāršu piemēru:

Scenārijs: Tīmekļa lietotne atkārtoti pievieno un noņem DOM elementus, bet atsauce uz noņemtajiem elementiem tiek netīšām saglabāta, izraisot atmiņas noplūdi.

1. Atveriet Chrome DevTools: Nospiediet F12 (vai Cmd+Opt+I macOS), lai atvērtu Chrome DevTools.
2. Dodieties uz atmiņas paneli: Noklikšķiniet uz cilnes "Memory".
3. Veiciet kaudzes momentuzņēmumu: Noklikšķiniet uz pogas "Take snapshot", lai fiksētu sākotnējo kaudzes stāvokli.
4. Simulējiet noplūdi: Mijiedarbojieties ar tīmekļa lietotni, lai aktivizētu scenāriju, kurā DOM elementi tiek atkārtoti pievienoti un noņemti.
5. Veiciet vēl vienu kaudzes momentuzņēmumu: Pēc noplūdes simulēšanas kādu laiku veiciet vēl vienu kaudzes momentuzņēmumu.
6. Salīdziniet momentuzņēmumus: Atlasiet otro momentuzņēmumu un nolaižamajā izvēlnē izvēlieties "Comparison". Tas parādīs objektus, kas ir pievienoti, noņemti un mainīti starp abiem momentuzņēmumiem.
7. Analizējiet rezultātus: Meklējiet objektus, kuriem ir liels skaita un izmēra pieaugums. Šajā gadījumā jūs, visticamāk, redzētu ievērojamu atvienoto DOM koku skaita pieaugumu.
8. Identificējiet kodu: Pārbaudiet saglabātājus (the objects that are keeping the leaked objects alive), lai precīzi noteiktu kodu, kas tur atsauces uz atvienotajiem DOM elementiem.

Firefox Developer Tools

Firefox Developer Tools arī nodrošina spēcīgas atmiņas profilēšanas iespējas:

• Atmiņas rīks (Memory Tool): Līdzīgi kā Chrome atmiņas panelim, atmiņas rīks ļauj veikt kaudzes momentuzņēmumus, ierakstīt atmiņas alokācijas un analizēt atmiņas lietojumu laika gaitā.
• Veiktspējas rīks (Performance Tool): Veiktspējas rīku var izmantot, lai identificētu veiktspējas vājās vietas, ieskaitot tās, ko izraisa atmiņas noplūdes.

Firefox izstrādātāju rīku izmantošana atmiņas noplūžu atklāšanai

Atmiņas noplūžu atklāšanas process Firefox ir līdzīgs kā Chrome:

1. Atveriet Firefox Developer Tools: Nospiediet F12, lai atvērtu Firefox Developer Tools.
2. Dodieties uz atmiņas rīku: Noklikšķiniet uz cilnes "Memory".
3. Veiciet momentuzņēmumu: Noklikšķiniet uz pogas "Take Snapshot".
4. Simulējiet noplūdi: Mijiedarbojieties ar tīmekļa lietotni.
5. Veiciet vēl vienu momentuzņēmumu: Veiciet vēl vienu momentuzņēmumu pēc aktivitātes perioda.
6. Salīdziniet momentuzņēmumus: Atlasiet "Diff" skatu, lai salīdzinātu abus momentuzņēmumus un identificētu objektus, kuru izmērs vai skaits ir palielinājies.
7. Izpētiet saglabātājus (Retainers): Izmantojiet "Retained By" funkciju, lai atrastu objektus, kas tur noplūdušos objektus.

Stratēģijas JavaScript atmiņas noplūžu novēršanai

Atmiņas noplūžu novēršana vienmēr ir labāka nekā to atkļūdošana. Šeit ir dažas labākās prakses, lai samazinātu noplūžu risku jūsu JavaScript kodā:

• Izvairieties no globāliem mainīgajiem: Vienmēr izmantojiet var, let vai const, lai deklarētu mainīgos to paredzētajā tvērumā.
• Notīriet taimerus un atzvanīšanas funkcijas: Izmantojiet clearInterval un clearTimeout, lai apturētu taimerus, kad tie vairs nav nepieciešami. Noņemiet notikumu klausītājus, izmantojot removeEventListener.
• Rūpīgi pārvaldiet noslēgumus: Esiet uzmanīgi ar mainīgajiem, ko noslēgumi tver. Izvairieties no nevajadzīgas lielu objektu vai datu struktūru tveršanas.
• Atbrīvojiet DOM elementu atsauces: Noņemot DOM elementus no DOM koka, pārliecinieties, ka jūs arī atbrīvojat jebkādas atsauces uz šiem elementiem savā JavaScript kodā. To var izdarīt, iestatot mainīgos, kas satur šīs atsauces, uz null.
• Pārtrauciet cikliskas atsauces: Ja jums ir cikliskas atsauces starp objektiem, mēģiniet pārtraukt ciklu, iestatot vienu no atsaucēm uz null, kad attiecības vairs nav nepieciešamas.
• Izmantojiet vājās atsauces (Weak References), kur pieejams: Vājās atsauces ļauj turēt atsauci uz objektu, neaizliedzot to atkritumu savācējam atbrīvot. Tas var būt noderīgi situācijās, kad jums ir nepieciešams novērot objektu, bet nevēlaties to nevajadzīgi uzturēt dzīvu. Tomēr vājās atsauces nav universāli atbalstītas visās pārlūkprogrammās.
• Izmantojiet atmiņu taupošas datu struktūras: Apsveriet iespēju izmantot tādas datu struktūras kā WeakMap un WeakSet, kas ļauj saistīt datus ar objektiem, neaizliedzot tos atkritumu savācējam atbrīvot.
• Koda pārskates (Code Reviews): Regulāri veiciet koda pārskates, lai agrīnā izstrādes posmā identificētu potenciālas atmiņas noplūdes problēmas. Svaigs skatījums bieži var pamanīt smalkas noplūdes, kuras jūs varētu palaist garām.
• Automatizēta testēšana: Ieviesiet automatizētus testus, kas īpaši pārbauda atmiņas noplūdes. Šie testi var palīdzēt jums agri notvert noplūdes un novērst to nonākšanu ražošanas vidē.
• Izmantojiet koda analizatorus (Linting Tools): Izmantojiet koda analizatorus, lai ieviestu kodēšanas standartus un identificētu potenciālus atmiņas noplūdes modeļus, piemēram, nejaušu globālo mainīgo izveidi.

Padziļinātas tehnikas atmiņas noplūžu diagnosticēšanai

Dažos gadījumos atmiņas noplūdes pamatcēloņa identificēšana var būt sarežģīta, prasot padziļinātas tehnikas.

Kaudzes alokāciju profilēšana

Kaudzes alokāciju profilēšana sniedz detalizētu informāciju par to, kuras funkcijas un cik daudz atmiņas piešķir. Tas var būt noderīgi, lai identificētu funkcijas, kas nevajadzīgi piešķir atmiņu vai piešķir lielu atmiņas apjomu vienlaicīgi.

Laika joslas ierakstīšana

Laika joslas ierakstīšana ļauj fiksēt jūsu lietotnes veiktspēju noteiktā laika periodā, ieskaitot atmiņas lietojumu, CPU noslodzi un renderēšanas laiku. Analizējot laika joslas ierakstu, jūs varat identificēt modeļus, kas varētu norādīt uz atmiņas noplūdi, piemēram, pakāpenisku atmiņas lietojuma pieaugumu laika gaitā.

Attālinātā atkļūdošana

Attālinātā atkļūdošana ļauj atkļūdot jūsu tīmekļa lietotni, kas darbojas attālinātā ierīcē vai citā pārlūkprogrammā. Tas var būt noderīgi, lai diagnosticētu atmiņas noplūdes, kas rodas tikai noteiktās vidēs.

Gadījumu izpēte un piemēri

Apskatīsim dažus reālās pasaules gadījumu pētījumus un piemērus, kā var rasties atmiņas noplūdes un kā tās novērst:

1. gadījuma izpēte: Notikumu klausītāja noplūde

Problēma: Vienas lapas lietotne (SPA) piedzīvo pakāpenisku atmiņas lietojuma pieaugumu laika gaitā. Pēc navigācijas starp dažādiem maršrutiem (routes), lietotne kļūst lēna un galu galā avarē.

Diagnoze: Izmantojot Chrome DevTools, kaudzes momentuzņēmumi atklāj pieaugošu skaitu atvienotu DOM koku. Turpmāka izmeklēšana parāda, ka notikumu klausītāji tiek pievienoti DOM elementiem, kad maršruti tiek ielādēti, bet tie netiek noņemti, kad maršruti tiek atslēgti.

Risinājums: Modificēt maršrutēšanas loģiku, lai nodrošinātu, ka notikumu klausītāji tiek pareizi noņemti, kad maršruts tiek atslēgts. To var izdarīt, izmantojot removeEventListener metodi vai izmantojot ietvaru (framework) vai bibliotēku, kas automātiski pārvalda notikumu klausītāju dzīves ciklu.

2. gadījuma izpēte: Noslēguma noplūde

Problēma: Sarežģīta JavaScript lietotne, kas plaši izmanto noslēgumus, piedzīvo atmiņas noplūdes. Kaudzes momentuzņēmumi parāda, ka lieli objekti tiek saglabāti atmiņā pat pēc tam, kad tie vairs nav nepieciešami.

Diagnoze: Noslēgumi netīšām tver atsauces uz šiem lielajiem objektiem, neļaujot tos atkritumu savācējam atbrīvot. Tas notiek tāpēc, ka noslēgumi ir definēti veidā, kas rada pastāvīgu saikni ar ārējo tvērumu.

Risinājums: Pārveidot kodu, lai samazinātu noslēgumu tvērumu un izvairītos no nevajadzīgu mainīgo tveršanas. Dažos gadījumos var būt nepieciešams izmantot tehnikas, piemēram, nekavējoties izsauktas funkciju izteiksmes (IIFEs), lai izveidotu jaunu tvērumu un pārtrauktu pastāvīgo saikni ar ārējo tvērumu.

Piemērs: Taimera noplūde

function startTimer() { setInterval(function() { // Some code that updates the UI let data = new Array(1000000).fill(0); // Simulating a large data allocation console.log("Timer tick"); }, 1000); } startTimer();

Problēma: Šis kods izveido taimeri, kas darbojas katru sekundi. Tomēr taimeris nekad netiek notīrīts, tāpēc tas turpina darboties pat pēc tam, kad tas vairs nav nepieciešams. Turklāt katrs taimera tikšķis piešķir lielu masīvu, saasinot noplūdi.

Risinājums: Saglabājiet taimera ID, ko atgriež setInterval, un izmantojiet clearInterval, lai apturētu taimeri, kad tas vairs nav nepieciešams.

let timerId; function startTimer() { timerId = setInterval(function() { // Some code that updates the UI let data = new Array(1000000).fill(0); // Simulating a large data allocation console.log("Timer tick"); }, 1000); } function stopTimer() { clearInterval(timerId); } startTimer(); // Later, when the timer is no longer needed: stopTimer();

Atmiņas noplūžu ietekme uz lietotājiem visā pasaulē

Atmiņas noplūdes nav tikai tehniska problēma; tām ir reāla ietekme uz lietotājiem visā pasaulē:

• Lēna veiktspēja: Lietotājus reģionos ar lēnāku interneta savienojumu vai mazāk jaudīgām ierīcēm atmiņas noplūdes ietekmē nesamērīgi, jo veiktspējas pasliktināšanās ir pamanāmāka.
• Akumulatora iztukšošanās: Atmiņas noplūdes var izraisīt tīmekļa lietotņu lielāku akumulatora enerģijas patēriņu, kas ir īpaši problemātiski lietotājiem mobilajās ierīcēs. Tas ir īpaši svarīgi vietās, kur piekļuve elektrībai ir ierobežota.
• Datu patēriņš: Dažos gadījumos atmiņas noplūdes var izraisīt palielinātu datu patēriņu, kas var būt dārgi lietotājiem reģionos ar ierobežotiem vai dārgiem datu plāniem.
• Pieejamības problēmas: Atmiņas noplūdes var saasināt pieejamības problēmas, apgrūtinot lietotājiem ar invaliditāti mijiedarbību ar tīmekļa lietotnēm. Piemēram, ekrāna lasītājiem var būt grūti apstrādāt uzpūsto DOM, ko izraisa atmiņas noplūdes.

Noslēgums

JavaScript atmiņas noplūdes var būt nozīmīgs veiktspējas problēmu avots tīmekļa lietotnēs. Izprotot biežākos atmiņas noplūžu cēloņus, izmantojot pārlūkprogrammas izstrādātāju rīkus profilēšanai un ievērojot labākās prakses atmiņas pārvaldībā, jūs varat efektīvi atklāt, diagnosticēt un novērst atmiņas noplūdes, nodrošinot, ka jūsu tīmekļa lietotnes sniedz raitu un atsaucīgu pieredzi visiem lietotājiem, neatkarīgi no viņu atrašanās vietas vai ierīces. Regulāra lietotnes atmiņas lietojuma profilēšana ir ļoti svarīga, īpaši pēc lieliem atjauninājumiem vai funkciju pievienošanas. Atcerieties, proaktīva atmiņas pārvaldība ir atslēga, lai veidotu augstas veiktspējas tīmekļa lietotnes, kas iepriecina lietotājus visā pasaulē. Negaidiet, kamēr radīsies veiktspējas problēmas; padariet atmiņas profilēšanu par standarta daļu savā izstrādes darbplūsmā.