Профілювання продуктивності браузера: виявлення та усунення витоків пам'яті JavaScript

У світі веб-розробки продуктивність має першорядне значення. Повільний або невідповідний веб-додаток може призвести до розчарованих користувачів, покинутих кошиків і, зрештою, втрати доходу. Витоки пам'яті JavaScript є значним фактором погіршення продуктивності. Ці витоки, часто ледь помітні та підступні, поступово споживають ресурси браузера, призводячи до уповільнення, збоїв і поганої взаємодії з користувачем. Цей вичерпний посібник надасть вам знання та інструменти для виявлення, діагностики та усунення витоків пам'яті JavaScript, забезпечуючи безперебійну та ефективну роботу ваших веб-додатків.

Розуміння управління пам'яттю JavaScript

Перш ніж заглиблюватися у виявлення витоків, важливо зрозуміти, як JavaScript управляє пам'яттю. JavaScript використовує автоматичне управління пам'яттю за допомогою процесу, який називається збиранням сміття. Збирач сміття періодично ідентифікує та повертає пам'ять, яка більше не використовується додатком. Однак ефективність збирача сміття залежить від коду програми. Якщо об’єкти ненавмисно залишаються активними, збирач сміття не зможе звільнити їхню пам’ять, що призведе до витоку пам’яті.

Поширені причини витоків пам'яті JavaScript

Кілька поширених шаблонів програмування можуть призвести до витоків пам'яті в JavaScript:

• Глобальні змінні: Випадкове створення глобальних змінних (наприклад, шляхом пропуску ключового слова var, let або const) може перешкодити збирачу сміття звільнити їхню пам'ять. Ці змінні зберігаються протягом усього життєвого циклу програми.
• Забуті таймери та зворотні виклики: Функції setInterval і setTimeout, а також обробники подій можуть спричинити витоки пам'яті, якщо їх не очистити або не видалити належним чином, коли вони більше не потрібні. Якщо ці таймери та обробники містять посилання на інші об’єкти, ці об’єкти також будуть підтримуватися активними.
• Замикання: Хоча замикання є потужною функцією JavaScript, вони також можуть сприяти витокам пам'яті, якщо вони ненавмисно захоплюють і зберігають посилання на великі об'єкти або структури даних.
• Посилання на елементи DOM: Утримання посилань на елементи DOM, які були видалені з дерева DOM, може перешкодити збирачу сміття звільнити пов’язану з ними пам’ять.
• Циклічні посилання: Коли два або більше об’єктів посилаються один на одного, створюючи цикл, збирачу сміття може бути важко ідентифікувати та звільнити їхню пам’ять.
• Від'єднані дерева DOM: Елементи, які видаляються з DOM, але все ще є посилання на них у коді JavaScript. Все піддерево залишається в пам'яті, недоступним для збирача сміття.

Інструменти для виявлення витоків пам'яті JavaScript

Сучасні браузери надають потужні інструменти розробника, спеціально розроблені для профілювання пам'яті. Ці інструменти дають змогу контролювати використання пам'яті, виявляти потенційні витоки та визначати код, який за це відповідає.

Chrome DevTools

Chrome DevTools пропонує повний набір інструментів для профілювання пам'яті:

• Панель пам'яті: Ця панель надає загальний огляд використання пам'яті, включно з розміром купи, пам'яттю JavaScript і ресурсами документа.
• Знімки купи: Створення знімків купи дає змогу зафіксувати стан купи JavaScript у певний момент часу. Порівняння знімків, зроблених у різний час, може виявити об’єкти, які накопичуються в пам’яті, що вказує на потенційний витік.
• Інструментарій розподілу в часовій шкалі: Ця функція відстежує розподіл пам’яті з часом, надаючи детальну інформацію про те, які функції розподіляють пам’ять і скільки.
• Панель продуктивності: Ця панель дає змогу записувати та аналізувати продуктивність програми, включно з використанням пам'яті, використанням ЦП і часом рендерингу. Цю панель можна використовувати для виявлення вузьких місць продуктивності, спричинених витоками пам'яті.

Використання Chrome DevTools для виявлення витоків пам'яті: практичний приклад

Проілюструємо, як використовувати Chrome DevTools для виявлення витоку пам'яті на простому прикладі:

Сценарій: Веб-додаток неодноразово додає та видаляє елементи DOM, але посилання на видалені елементи ненавмисно зберігається, що призводить до витоку пам'яті.

1. Відкрийте Chrome DevTools: Натисніть F12 (або Cmd+Opt+I на macOS), щоб відкрити Chrome DevTools.
2. Перейдіть до панелі пам'яті: Клацніть вкладку "Пам'ять".
3. Зробіть знімок купи: Натисніть кнопку "Зробити знімок", щоб зафіксувати початковий стан купи.
4. Змоделюйте витік: Взаємодійте з веб-додатком, щоб ініціювати сценарій, у якому елементи DOM додаються та видаляються кілька разів.
5. Зробіть ще один знімок купи: Після моделювання витоку протягом деякого часу зробіть ще один знімок купи.
6. Порівняйте знімки: Виберіть другий знімок і виберіть "Порівняння" у спадному меню. Це покаже вам об’єкти, які було додано, видалено та змінено між двома знімками.
7. Проаналізуйте результати: Шукайте об’єкти, у яких значно збільшилася кількість і розмір. У цьому випадку ви, ймовірно, побачите значне збільшення кількості від’єднаних дерев DOM.
8. Визначте код: Перевірте утримувачі (об’єкти, які підтримують активність об’єктів із витоком), щоб визначити код, який утримує посилання на від’єднані елементи DOM.

Firefox Developer Tools

Firefox Developer Tools також надає надійні можливості профілювання пам'яті:

• Інструмент пам'яті: Подібно до панелі пам'яті Chrome, інструмент пам'яті дає змогу робити знімки купи, записувати розподіл пам'яті та аналізувати використання пам'яті з часом.
• Інструмент продуктивності: Інструмент продуктивності можна використовувати для виявлення вузьких місць продуктивності, включно з тими, які спричинені витоками пам'яті.

Використання Firefox Developer Tools для виявлення витоків пам'яті

Процес виявлення витоків пам'яті у Firefox подібний до Chrome:

1. Відкрийте Firefox Developer Tools: Натисніть F12, щоб відкрити Firefox Developer Tools.
2. Перейдіть до інструмента пам'яті: Клацніть вкладку "Пам'ять".
3. Зробіть знімок: Натисніть кнопку "Зробити знімок".
4. Змоделюйте витік: Взаємодійте з веб-додатком.
5. Зробіть ще один знімок: Зробіть ще один знімок після періоду активності.
6. Порівняйте знімки: Виберіть перегляд "Diff", щоб порівняти два знімки та визначити об’єкти, розмір або кількість яких збільшилася.
7. Дослідіть утримувачів: Використовуйте функцію "Утримується", щоб знайти об’єкти, які утримують об’єкти з витоком.

Стратегії запобігання витокам пам'яті JavaScript

Запобігання витокам пам'яті завжди краще, ніж їх налагодження. Ось кілька найкращих практик для мінімізації ризику витоків у вашому коді JavaScript:

• Уникайте глобальних змінних: Завжди використовуйте var, let або const, щоб оголошувати змінні у межах їхньої області видимості.
• Очищайте таймери та зворотні виклики: Використовуйте clearInterval і clearTimeout, щоб зупинити таймери, коли вони більше не потрібні. Видаліть обробники подій за допомогою removeEventListener.
• Ретельно керуйте замиканнями: Пам’ятайте про змінні, які захоплюють замикання. Уникайте захоплення великих об’єктів або структур даних без потреби.
• Звільняйте посилання на елементи DOM: Видаляючи елементи DOM з дерева DOM, переконайтеся, що ви також звільняєте будь-які посилання на ці елементи у вашому коді JavaScript. Це можна зробити, встановивши для змінних, які містять ці посилання, значення null.
• Розривайте циклічні посилання: Якщо у вас є циклічні посилання між об’єктами, спробуйте розірвати цикл, установивши одне з посилань у null, коли зв’язок більше не потрібен.
• Використовуйте слабкі посилання (де це можливо): Слабкі посилання дають змогу утримувати посилання на об’єкт, не перешкоджаючи його збиранню сміття. Це може бути корисним у ситуаціях, коли вам потрібно спостерігати за об’єктом, але ви не хочете підтримувати його активним без потреби. Однак слабкі посилання не підтримуються повсюдно у всіх браузерах.
• Використовуйте ефективні структури даних: Розгляньте можливість використання таких структур даних, як WeakMap і WeakSet, які дають змогу пов’язувати дані з об’єктами, не перешкоджаючи їх збиранню сміття.
• Перевірки коду: Проводьте регулярні перевірки коду, щоб виявляти потенційні проблеми з витоком пам'яті на ранніх етапах процесу розробки. Свіжий погляд часто може виявити незначні витоки, які ви могли б пропустити.
• Автоматизоване тестування: Впроваджуйте автоматизовані тести, які спеціально перевіряють наявність витоків пам’яті. Ці тести можуть допомогти вам виявити витоки на ранньому етапі та запобігти їх потраплянню у виробництво.
• Використовуйте інструменти для лінтингу: Використовуйте інструменти для лінтингу, щоб забезпечити дотримання стандартів кодування та виявляти потенційні шаблони витоку пам’яті, як-от випадкове створення глобальних змінних.

Розширені методи діагностики витоків пам'яті

У деяких випадках визначення першопричини витоку пам'яті може бути складним, що вимагає більш складних методів.

Профілювання розподілу купи

Профілювання розподілу купи надає детальну інформацію про те, які функції розподіляють пам'ять і скільки. Це може бути корисним для виявлення функцій, які розподіляють пам'ять без потреби або розподіляють великі обсяги пам'яті одночасно.

Запис часової шкали

Запис часової шкали дає змогу зафіксувати продуктивність програми протягом певного періоду часу, включно з використанням пам'яті, використанням ЦП і часом рендерингу. Аналізуючи запис часової шкали, ви можете визначити шаблони, які можуть вказувати на витік пам'яті, як-от поступове збільшення використання пам'яті з часом.

Віддалене налагодження

Віддалене налагодження дає змогу налагоджувати веб-додаток, запущений на віддаленому пристрої або в іншому браузері. Це може бути корисним для діагностики витоків пам'яті, які виникають лише в певних середовищах.

Приклади та дослідження випадків

Розгляньмо кілька реальних прикладів і досліджень випадків того, як можуть виникати витоки пам'яті та як їх виправити:

Дослідження випадку 1: Витік обробника подій

Проблема: Односторінковий додаток (SPA) відчуває поступове збільшення використання пам'яті з часом. Після переходу між різними маршрутами програма стає млявою і зрештою аварійно завершує роботу.

Діагностика: Використовуючи Chrome DevTools, знімки купи показують зростаючу кількість від’єднаних дерев DOM. Подальше дослідження показує, що обробники подій приєднуються до елементів DOM під час завантаження маршрутів, але їх не видаляють під час вивантаження маршрутів.

Рішення: Змініть логіку маршрутизації, щоб переконатися, що обробники подій належним чином видаляються під час вивантаження маршруту. Це можна зробити за допомогою методу removeEventListener або за допомогою фреймворку чи бібліотеки, яка автоматично керує життєвим циклом обробника подій.

Дослідження випадку 2: Витік замикання

Проблема: Складний додаток JavaScript, який широко використовує замикання, відчуває витоки пам'яті. Знімки купи показують, що великі об’єкти зберігаються в пам’яті навіть після того, як вони більше не потрібні.

Діагностика: Замикання ненавмисно захоплюють посилання на ці великі об’єкти, запобігаючи їх збиранню сміття. Це відбувається тому, що замикання визначено таким чином, що створює постійний зв’язок із зовнішньою областю видимості.

Рішення: Рефакторіть код, щоб мінімізувати область видимості замикань і уникати захоплення непотрібних змінних. У деяких випадках може знадобитися використовувати такі методи, як негайно викликані функціональні вирази (IIFE), щоб створити нову область видимості та розірвати постійний зв’язок із зовнішньою областю видимості.

Приклад: Таймер з витоком

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();

Проблема: Цей код створює таймер, який працює кожну секунду. Однак таймер ніколи не очищається, тому він продовжує працювати навіть після того, як він більше не потрібен. Крім того, кожен такт таймера розподіляє великий масив, що посилює витік.

Рішення: Збережіть ідентифікатор таймера, повернутий setInterval, і використовуйте clearInterval, щоб зупинити таймер, коли він більше не потрібен.

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();

Вплив витоків пам'яті на глобальних користувачів

Витоки пам'яті — це не лише технічна проблема; вони мають реальний вплив на користувачів у всьому світі:

• Низька продуктивність: Користувачі в регіонах із повільнішим підключенням до Інтернету або менш потужними пристроями непропорційно страждають від витоків пам'яті, оскільки погіршення продуктивності є більш помітним.
• Розряджання акумулятора: Витоки пам'яті можуть призвести до того, що веб-додатки споживають більше енергії акумулятора, що особливо проблематично для користувачів на мобільних пристроях. Це особливо важливо в регіонах, де доступ до електроенергії обмежений.
• Використання даних: У деяких випадках витоки пам'яті можуть призвести до збільшення використання даних, що може бути дорогим для користувачів у регіонах з обмеженими або дорогими тарифними планами.
• Проблеми з доступністю: Витоки пам'яті можуть погіршити проблеми з доступністю, ускладнюючи взаємодію з веб-додатками для користувачів з обмеженими можливостями. Наприклад, програмам зчитування з екрана може бути важко обробляти роздутий DOM, спричинений витоками пам’яті.

Висновок

Витоки пам'яті JavaScript можуть бути значним джерелом проблем із продуктивністю у веб-додатках. Розуміючи поширені причини витоків пам'яті, використовуючи інструменти розробника браузера для профілювання та дотримуючись найкращих практик управління пам'яттю, ви можете ефективно виявляти, діагностувати та усувати витоки пам'яті, забезпечуючи плавну та швидку роботу ваших веб-додатків для всіх користувачів, незалежно від їхнього місцезнаходження чи пристрою. Регулярне профілювання використання пам’яті вашою програмою є важливим, особливо після великих оновлень або додавання функцій. Пам’ятайте, що активне управління пам’яттю є ключем до створення високопродуктивних веб-додатків, які радують користувачів у всьому світі. Не чекайте виникнення проблем із продуктивністю; зробіть профілювання пам’яті стандартною частиною робочого процесу розробки.