前端性能优化——内存问题

过高的内存资源占用会导致 Web 应用变慢，甚至崩溃。可以通过 window.performance.memory 查看浏览器的内存限制等信息。

一、常见内存问题

Web 前端开发中存在许多内存问题，下面是一些常见的内存问题：

内存泄漏：当一个对象不再被使用，但仍然占用着内存空间，就会导致内存泄漏问题。在 Web 应用中，常见的内存泄漏场景包括不合理的事件绑定、未正确释放定时器、闭包等。
大量数据的加载和处理：在 Web 应用中，如果我们需要加载和处理大量的数据，容易导致内存占用过高。例如，当我们需要加载大量的图片、视频、音频等资源时，需要合理控制加载时机和内存占用。
不合理的数据结构和算法：在 Web 应用中，如果我们使用了不合理的数据结构和算法，也会导致内存占用过高。例如，当我们需要对一个大数组进行操作时，如果使用了低效的遍历算法，就会导致内存占用过高。
大量的 DOM 操作：在 Web 应用中，如果我们需要频繁地进行 DOM 操作，也会导致内存占用过高。例如，当我们需要频繁地插入、删除、修改 DOM 元素时，需要合理控制操作频率和内存占用。
脚本的加载和执行：在 Web 应用中，如果我们需要加载和执行大量的脚本文件，也会导致内存占用过高。例如，当我们需要加载大量的第三方库和插件时，需要合理控制加载时机和内存占用。
长时间运行的脚本：在 Web 应用中，如果我们的脚本需要长时间运行，也会导致内存占用过高。例如，当我们需要进行复杂的计算或者动画效果时，需要注意脚本的运行时间和内存占用。
缓存和资源释放：在 Web 应用中，如果我们没有正确地使用缓存和释放资源，也会导致内存占用过高。例如，当我们需要缓存一些资源或者使用 Web Worker 来进行计算时，需要合理控制缓存时机和资源释放。
跨页面共享数据：在 Web 应用中，如果我们需要在多个页面之间共享数据，也会导致内存占用过高。例如，当我们使用 localStorage 或者 sessionStorage 来共享数据时，需要合理控制数据的大小和清除时机。
浏览器兼容性问题：在 Web 前端开发中，不同的浏览器对内存管理的实现方式可能存在差异，也可能存在一些兼容性问题。例如，在 IE 浏览器中，可能存在一些内存泄漏的问题需要特殊处理。
跨域资源共享：在 Web 应用中，如果我们需要访问跨域的资源，也会涉及到一些内存管理的问题。例如，在跨域的 Ajax 请求中，需要使用 JSONP 或者 CORS 来实现跨域访问，需要合理控制资源的占用和释放。
垃圾回收机制：JavaScript 语言自带了垃圾回收机制，但是这个机制并不完美。在 Web 前端开发中，如果我们没有正确地使用变量和对象，也会导致内存占用过高。例如，当我们使用全局变量或者闭包时，需要注意变量的作用域和生命周期，避免出现无用的变量和对象，导致内存占用过高。
框架和库的使用：在 Web 前端开发中，我们通常使用各种框架和库来简化开发工作，但是这些框架和库也会影响内存管理。例如，当我们使用 React 或者 Vue 等框架时，需要合理控制组件的销毁和状态管理，避免出现内存泄漏的问题。

二、分析内存问题

以 Google Chrome 浏览器为例，对页面进行内存问题分析。

使用 Chrome 任务管理器实时监控内存使用情况

任务管理器的打开方法：

打开的任务管理器：

使用性能（Performance）面板录制可视化内存泄漏

通过 Chrome 开发者工具（DevTools）的性能（Performance）面板记录可视化内存泄漏

在 Chrome 开发者工具的性能（Performance）面板中，可以录制页面上的操作并查看有关页面内存使用情况的信息。这些信息包括 JavaScript 堆、DOM 节点、事件侦听器等的使用情况。可以使用这些信息来识别内存泄漏，并确定在哪些操作中发生了内存泄漏。

例如，在性能（Performance）面板中看到 DOM 节点计数增加但不会减少时，这可能表明代码中存在一个内存泄漏。使用性能（Performance）面板还可以查看内存使用情况的趋势图，以便更直观地了解内存使用情况的变化。

要开始性能（Performance）录制，先打开 Chrome 开发者工具并切换到性能（Performance）面板。单击录制按钮开始录制，并在执行要测试的操作时操作页面。当完成操作时，单击停止按钮停止录制。然后，可以查看性能（Performance）记录并使用相关工具进行分析，以了解内存使用情况和潜在的内存泄漏问题。

测试目标页面代码：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>

  <body>
    <button id="grow">grow</button>

    <script>
      var x = [];

      function grow() {
        for (var i = 0; i < 10000; i++) {
          document.body.appendChild(document.createElement("div"));
        }
        x.push(new Array(1000000).join("x"));
      }

      document.getElementById("grow").addEventListener("click", grow);
    </script>
  </body>
</html>

提示：在录制性能分析时，最好在开始和结束时进行强制垃圾回收。在录制过程中点击“回收垃圾”按钮（垃圾桶图标）即可强制垃圾回收。

在结果图表中堆这一栏查看内存的使用情况，我们将一开始没有进行操作时的内存使用情况作为基准值，与最后停止操作并进行 GC 后的值进行比较，如果有较明显的差距，则说明产生了内存泄漏。

使用堆快照（Heap Snapshots）比较（单击 grow 按钮前后）分析：

使用堆快照（Heap Snapshots）发现脱离 DOM 树的内存泄漏问题

通过 Chrome 开发者工具（DevTools）的内存（Memory）面板中堆快照（Heap Snapshots）发现脱离 DOM 树的内存泄漏问题：

只有当页面的 DOM 树或 JavaScript 代码中没有对 DOM 节点的引用时，该节点才能被垃圾回收。当 DOM 节点从 DOM 树中移除但某些 JavaScript 仍然引用它时，该节点就被称为 "detached"。脱离 DOM 树的 DOM 节点是内存泄漏的常见原因。可以使用 DevTools 的堆分析器来识别脱离的节点。

下面是一个分离 DOM 节点的简单示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>

  <body>
    <button id="create">create</button>

    <script>
      var detachedTree;

      function create() {
        var ul = document.createElement("ul");
        for (var i = 0; i < 10; i++) {
          var li = document.createElement("li");
          ul.appendChild(li);
        }
        detachedTree = ul;
      }

      document.getElementById("create").addEventListener("click", create);
    </script>
  </body>
</html>

单击代码中引用的按钮将创建一个包含 10 个 li 子节点的 ul 节点。这些节点被代码引用，但在 DOM 树中不存在，因此它们是分离的。

堆快照（Heap snapshots）是识别分离节点的一种方法。顾名思义，堆快照显示了在快照的时间点，内存是如何在页面的 JS 对象和 DOM 节点之间分布的。

要创建快照，请打开 DevTools 并转到内存（Memory）面板，分析类型选择堆快照（Take Heap snapshot）单选按钮，然后按下拍摄快照（Take snapshot）按钮。

快照可能需要一些时间来处理和加载。完成后，从左侧面板中选择它（名为堆快照/HEAP SNAPSHOTS）。

在“类过滤器”文本框中键入 Detached 以搜索已分离的 DOM 树。

在“对象”窗格中，可以看到有关引用它的代码的更多信息。例如，在下面的屏幕截图中，可以看到 detachedTree 变量正在引用节点。要修复这个特定的内存泄漏，需要研究使用 detachedTree 的代码，并确保它在不再需要时删除对节点的引用。

使用分配时间轴分析 JS 堆内存泄漏

通过 Chrome 开发者工具（DevTools）的内存（Memory）面板中时间轴上的分配插桩（Allocation instrumentation on timeline）分析 JS 堆内存泄漏：

分配时间轴是另一个可以追踪 JS 堆内存泄漏的工具。

演示代码示例：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <title>Document</title>
  </head>

  <body>
    <button id="grow">grow</button>

    <script>
      var x = [];

      function grow() {
        x.push(new Array(1000000).join("x"));
      }

      document.getElementById("grow").addEventListener("click", grow);
    </script>
  </body>
</html>

每次按下代码中引用的按钮时，都会将一百万个字符的字符串添加到 x 数组中。

要记录对象分配情况，打开 DevTools，转到内存（Memory）面板，选择时间轴上的分配插桩（Allocation instrumentation on timeline）单选按钮，按开始（Start）按钮，执行有可能导致内存泄漏的操作，然后按停止（Stop）按钮完成记录。

记录时，请注意分配时间轴上是否出现任何蓝色条，如下面的屏幕截图所示。

最上方的时间轴中，条形说明在该时间段发生了内存分配。条形的高度对应了分配的内存大小，条形的蓝色部分说明依然存活的对象数量，灰色部分说明已经被 GC 的对象数量。如果较早时间分配的对象依然大量存活，则说明可能有内存泄漏的问题。我们可以点击时间轴上该条形，检查该时间段内的详细内存分配信息。

蓝色条代表新的内存分配。这些新的内存分配有可能是内存泄漏的原因。可以放大蓝色条以过滤“构造函数”窗格以仅显示在指定时间范围内分配的对象。

展开对象，点击它的值，在对象窗格中查看更多详细信息。例如，在下面的屏幕截图中，通过查看新分配的对象的详细信息，将能够看到它已分配到 Window 范围内的 x 变量。

使用抽样分析对内存问题进行分析

通过 Chrome 开发者工具（DevTools）的内存（Memory）面板中分配采样（Allocation sampling）分析内存问题：

选择内存（Memory）面板中分配采样（Allocation sampling）分析类型，并点击开始：

进行可能存在内存问题的操作，完成抽样录制后，点击停止：

三、防范内存问题

Web 前端开发需要注意以下几点以避免内存问题：

及时释放不需要的引用和资源。例如，移除无用的 DOM 元素、取消事件监听器、清除定时器等。
减少全局变量的使用。全局变量会一直存在于内存中，增加了内存占用的风险。可以将变量封装在函数内部或使用模块化开发的方式。
使用对象池技术。对象池可以缓存已经创建的对象，避免重复创建和销毁，从而减少内存占用。
减少不必要的数据复制。例如，使用引用传递而不是值传递。
使用轻量级的库和框架。大型库和框架往往包含了大量的功能和代码，容易导致内存占用过高。
避免循环引用。如果两个对象相互引用，且它们都没有被引用时，它们将无法被垃圾回收器回收，导致内存泄漏。
避免不必要的引用：确保在不再需要对象时将其引用设置为 null。这将使垃圾回收机制能够将其释放。
合理使用缓存。在某些情况下，缓存可以提高性能，但是也需要注意缓存的过期时间，避免过度缓存。
使用 Chrome 开发者工具等工具检测和分析内存问题。定期检查页面的内存使用情况，并进行优化。
优化 DOM 操作：频繁的 DOM 操作会导致内存问题。建议使用 document fragments 或虚拟 DOM 来减少 DOM 操作次数。
使用事件委托：使用事件委托可以减少事件处理程序的数量，并减少内存使用。
垃圾回收机制的手动干预：尽管浏览器通常会自动进行垃圾回收，但是在某些情况下，手动干预可以帮助解决内存问题。可以使用 window.performance.memory API 或 Chrome 开发者工具的 Memory 面板来检查内存使用情况，并调用 window.gc() 手动触发垃圾回收。
使用可观察对象：在使用 RxJS 或其他可观察对象库时，需要小心避免在订阅后忘记取消订阅，这可能导致内存泄漏。在订阅时，可以使用 takeUntil 操作符并通过手动取消订阅来避免这种情况。