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JS内存泄漏排查方法(Chrome Profiles)

 
Google Chrome浏览器提供了非常强大的JS调试工具,Heap Profiling便是其中一个。Heap Profiling可以记录当前的堆内存(heap)快照,并生成对象的描述文件,该描述文件给出了当时JS运行所用到的所有对象,以及这些对 ...
 
 
一、概述
Google Chrome浏览器提供了非常强大的JS调试工具,Heap Profiling便是其中一个。Heap Profiling可以记录当前的堆内存(heap)快照,并生成对象的描述文件,该描述文件给出了当时JS运行所用到的所有对象,以及这些对象所占用的内存大小、引用的层级关系等等。这些描述文件为内存泄漏的排查提供了非常有用的信息。
注意:本文里的所有例子均基于Google Chrome浏览器。
什么是heap
JS运行的时候,会有栈内存(stack)和堆内存(heap),当我们用new实例化一个类的时候,这个new出来的对象就保存在heap里面,而这个对象的引用则存储在stack里。程序通过stack里的引用找到这个对象。例如var a = [1,2,3];,a是存储在stack里的引用,heap里存储着内容为[1,2,3]的Array对象。
二、Heap Profiling
打开工具
打开Chrome浏览器(版本25.0.1364.152 m),打开要监视的网站(这里以游戏大厅为例),按下F12调出调试工具,点击“Profiles”标签。可以看到下图:
可以看到,该面板可以监控CPU、CSS和内存,选中“Take Heap Snapshot”,点击“Start”按钮,就可以拍下当前JS的heap快照,如下图所示:
右边视图列出了heap里的对象列表。由于游戏大厅使用了Quark游戏库,所以这里可以清楚地看到Quark.XXX之类的类名称(即Function对象的引用名称)。
注意:每次拍快照前,都会先自动执行一次GC,所以在视图里的对象都是可及的。
视图解释
列字段解释:
Constructor -- 类名Distance -- 估计是对象到根的引用层级距离
Objects Count -- 给出了当前有多少个该类的对象
Shallow Size -- 对象所占内存(不包含内部引用的其它对象所占的内存)(单位:字节)
Retained Size -- 对象所占总内存(包含内部引用的其它对象所占的内存)(单位:字节)
下面解释一下部分类名称所代表的意思:
(compiled code) -- 未知,估计是程序代码区
(closure) -- 闭包(array) -- 未知
Object -- JS对象类型(system) -- 未知
(string) -- 字符串类型,有时对象里添加了新属性,属性的名称也会出现在这里
Array -- JS数组类型cls -- 游戏大厅特有的继承类
Window -- JS的window对象
Quark.DisplayObjectContainer -- Quark引擎的显示容器类
Quark.ImageContainer -- Quark引擎的图片类
Quark.Text -- Quark引擎的文本类
Quark.ToggleButton -- Quark引擎的开关按钮类
  对于cls这个类名,是由于游戏大厅的继承机制里会使用“cls”这个引用名称,指向新建的继承类,所以凡是使用了该继承机制的类实例化出来的对象,都放在这里。例如程序中有一个类ClassA,继承了Quark.Text,则new出来的对象是放在cls里,不是放在Quark.Text里。
  查看对象内容
  点击类名左边的三角形,可以看到所有该类的对象。对象后面的“@70035”表示的是该对象的ID(有人会错认为是内存地址,GC执行后,内存地址是会变的,但对象ID不会)。把鼠标停留在某一个对象上,会显示出该对象的内部属性和当时的值。
  这个视图有助于我们辨别这是哪个对象。但该视图跟踪不了是被谁引用了。
查看对象的引用关系
点击其中一个对象,能看到对象的引用层级关系,如下图:
Object's retaining tree视图显示出了该对象被哪些对象引用了,以及这个引用的名称。图中的这个对象被5个对象引用了,分别是:
1. 一个cls对象的_txtContent变量;
2. 一个闭包函数的context变量;
3. 同一个闭包函数的self变量;
4. 一个数组对象的0位置;
5. 一个Quark.Tween对象的target变量。
  看到context和self这两个引用,可以知道这个Quark.Text对象使用了JS常用的上下文绑定机制,被一个闭包里的变量引用着,相当于该Quark.Text对象多了两个引用,这种情况比较容易出现内存泄漏,如果闭包函数不释放,这个Quark.Text对象也释放不了。
展开_textContent,可以看到下一级的引用:
把这个树状图反过来看,可以看到,该对象(ID @70035)其中的一条引用链是这样的:
GameListV       _curV       _gameListV    省略...
                  \         |        /
                    \       |       /
                  _noticeWidget
                           |
                     _noticeC
                           |
                     _noticeV
                           |
                  _txtContent
                           ||
             Quark.Text @70035
  内存快照的对比通过快照对比的功能,可以知道程序在运行期间哪些对象变更了。
  刚才已经拍下了一个快照,接下来再拍一次,如下图:
点击图中的黑色实心圆圈按钮,即可得到第二个内存快照:
然后点击图中的“Snapshot 2”,视图才会切换到第二次拍的快照。
点击图中的“Summary”,可弹出一个列表,选择“Comparison”选项,结果如下图:
  这个视图列出了当前视图与上一个视图的对象差异。列名字段解释:
  # New -- 新建了多少个对象
  # Deleted -- 回收了多少个对象
  # Delta -- 对象变化值,即新建的对象个数减去回收了的对象个数Size Delta -- 变化的内存大小(字节)注意Delta字段,尤其是值大于0的对象。
  
  下面以Quark.Tween为例子,展开该对象,可看到如下图所示:
在“# New”列里,如果有“.”,则表示是新建的对象。
在“# Deleted”列里,如果有“.”,则表示是回收了的对象。
平时排查问题的时候,应该多拍几次快照进行对比,这样有利于找出其中的规律。
三、内存泄漏的排查
  JS程序的内存溢出后,会使某一段函数体永远失效(取决于当时的JS代码运行到哪一个函数),通常表现为程序突然卡死或程序出现异常。
这时我们就要对该JS程序进行内存泄漏的排查,找出哪些对象所占用的内存没有释放。这些对象通常都是开发者以为释放掉了,但事实上仍被某个闭包引用着,或者放在某个数组里面。
  观察者模式引起的内存泄漏
  有时我们需要在程序中加入观察者模式(Observer)来解藕一些模块,但如果使用不当,也会带来内存泄漏的问题。
排查这类型的内存泄漏问题,主要重点关注被引用的对象类型是闭包(closure)和数组Array的对象。
下面以德州扑克游戏为例:
测试人员发现德州扑克游戏存在内存溢出的问题,重现步骤:进入游戏--退出到分区--再进入游戏--再退出到分区,如此反复几次便出现游戏卡死的问题。
排查的步骤如下:
1.打开游戏;
2.进入第一个分区(快速场5/10);
3.进入后,拍下内存快照;
4.退出到刚才的分区界面;
5.再次进入同一个分区;
6.进入后,再次拍下内存快照;
7.重复步骤2到6,直到拍下5组内存快照;
8.将每组的视图都转换到Comparison对比视图;
9.进行内存对比分析。
经过上面的步骤后,可以得到下图结果:
先看最后一个快照,可以看到闭包(closure)+1,这是需要重点关注的部分。(string)、(system)和(compiled code)类型可以不管,因为提供的信息不多。
接着点击倒数第二个快照,看到闭包(closure)类型也是+1。
接着再看上一个快照,闭包还是+1。
这说明每次进入游戏都会创建这个闭包函数,并且退出到分区的时候没有销毁。
展开(closure),可以看到非常多的function对象:
建新的闭包数量是49个,回收的闭包数量是48个,即是说这次操作有48个闭包正确释放了,有一个忘记释放了。每个新建和回收的function对象的ID都不一样,找不到任何的关联性,无法定位是哪一个闭包函数出了问题。
接下来打开Object's retaining tree视图,查找引用里是否存在不断增大的数组。
如下图,展开“Snapshot 5”每个function对象的引用:
其中有个function对象的引用deleFunc存放在一个数组里,下标是4,数组的对象ID是@45599。
继续查找“Snapshot 4”的function对象:
发现这里有一个function的引用名称也是deleFunc,也存放在ID为@45599的数组里,下标是3。这个对象极有可能是没有释放掉的闭包。
继续查看“Snapshot 3”里的function对象:
从图中可以看到同一个function对象,下标是2。那么这里一定存在内存泄漏问题。
数组下面有一个引用名称“login_success”,在程序里搜索一下该关键字,终于定位到有问题的代码。因为进入游戏的时候注册了“login_success”通知:
ob.addListener("login_success", _onLoginSuc);
但退出到分区的时候,没有移除该通知,下次进入游戏的时候,又再注册了一次,所以造成function不断增加。改成退出到分区的时候移除该通知:
ob.removeListener("login_success", _onLoginSuc);
这样就成功解决这个内存泄漏的问题了。
德州扑克这种问题多数见于观察者设计模式中,使用一个全局数组存储所有注册的通知,如果忘记移除通知,则该数组会不断增大,最终造成内存溢出。
上下文绑定引起的内存泄漏
很多时候我们会用到上下文绑定函数bind(也有些人写成delegate),无论是自己实现的bind方法还是JS原生的bind方法,都会有内存泄漏的隐患。

下面举一个简单的例子:        
<script type="text/javascript">
                var ClassA = function(name){
                        this.name = name;
                        this.func = null;
                };

                var a = new ClassA("a");
                var b = new ClassA("b");

                b.func = bind(function(){
                        console.log("I am " + this.name);
                }, a);

                b.func();  //输出 I am a

                a = null;        //释放a
                //b = null;        //释放b

                //模拟上下文绑定
                function bind(func, self){
                        return function(){
                                return func.apply(self);
                        };
                }; 
</script>
上面的代码中,bind通过闭包来保存上下文self,使得事件b.func里的this指向的是a,而不是b。
首先我们把b = null;注释掉,只释放a。看一下内存快照:

可以看到有两个ClassA对象,这与我们的本意不相符,我们释放了a,应该只存在一个ClassA对象b才对。
从上面两个图可以看出这两个对象中,一个是b,另一个并不是a,因为a这个引用已经置空了。第二个ClassA对象是bind里的闭包的上下文self,self与a引用同一个对象。虽然a释放了,但由于b没有释放,或者b.func没有释放,使得闭包里的self也一直存在。要释放self,可以执行b=null或者b.func=null。
把代码改成:        
<script type="text/javascript">
                var ClassA = function(name){
                        this.name = name;
                        this.func = null;
                };
                var a = new ClassA("a");
                var b = new ClassA("b");
                b.func = bind(function(){
                        console.log("I am " + this.name);
                }, a);
                b.func();        //输出 I am a
                a = null;        //释放a
                b.func = null;        //释放self
                //模拟上下文绑定
                function bind(func, self){
                        return function(){
                                return func.apply(self);
                        };
                };
</script>
再看看内存:
可以看到只剩下一个ClassA对象b了,a已被释放掉了。
四、结语
JS的灵活性既是优点也是缺点,平时写代码时要注意内存泄漏的问题。当代码量非常庞大的时候,就不能仅靠复查代码来排查问题,必须要有一些监控对比工具来协助排查。
之前排查内存泄漏问题的时候,总结出以下几种常见的情况:
1.闭包上下文绑定后没有释放;
2.观察者模式在添加通知后,没有及时清理掉;
3.定时器的处理函数没有及时释放,没有调用clearInterval方法;
4.视图层有些控件重复添加,没有移除。

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