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前端進擊的巨人(二):棧、堆、隊列、內存空間

出錯 傳參數 tps 乒乓球 棧應用 保存 webp ring 釋放內存

面試經常遇到的深淺拷貝,事件輪詢,函數調用棧,閉包等容易出錯的題目,究其原因,都是跟JavaScript基礎知識不牢固有關,下層地基沒打好,上層就是豆腐渣工程,新人小白,踏實踩土才是關鍵。

打地基第二篇:本篇我們將對JavaScript數據結構的知識點詳解一二。

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JavaScript中有三種數據結構: 棧(stack) 、堆(heap)、 隊列(queue)。

棧(stack)

棧的特點是"LIFO,即後進先出(Last in, first out)"。數據存儲時只能從頂部逐個存入,取出時也需從頂部逐個取出。《前端進擊的巨人(一):執行上下文與執行棧,變量對象》中解釋執行棧時,舉了一個乒乓球盒子的例子,來演示棧的存取方式,這裏再舉個栗子搭積木。

舉個栗子:乒乓球盒子/搭建積木
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JavaScript中Array數組模擬棧:

var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

arr.push(6); // 存入數據 arr -> [1, 2, 3, 4, 5, 6]
arr.pop();   // 取出數據 arr -> [1, 2, 3, 4, 5]

堆(heap)

堆的特點是"無序"key-value"鍵值對"存儲方式。

舉個栗子:書架存書
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我們想要在書架上找到想要的書,最直接的方式就是通過查找書名,書名就是我們的key。拿著這把key,就可以輕松檢索到對應的書籍。

"堆的存取方式跟順序沒有關系,不局限出入口"

隊列 (queue)

隊列的特點是是"FIFO,即先進先出(First in, first out)"
數據存取時"從隊尾插入,從隊頭取出"

"與棧的區別:棧的存入取出都在頂部一個出入口,而隊列分兩個,一個出口,一個入口"

舉個栗子:排隊取餐

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JavaScript中Array數組模擬隊列:

var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

// 隊尾in
arr.push(6);    // 存入 arr -> [1, 2, 3, 4, 5, 6]
// 隊頭out
arr.shift();    // 取出 arr -> [2, 3, 4, 5, 6]

棧、堆、隊列在JavaScript中的應用

1. 代碼運行方式(棧應用/函數調用棧)

《前端進擊的巨人(一):執行上下文與執行棧,變量對象》詳解了JavaScript運行時的函數調用過程,而其中執行棧(函數調用棧)就是用到棧的數據結構。

JavaScript中函數的執行過程,其實就是一個入棧出棧的過程:

  1. 當腳本要調用一個函數時,JS解析器把該函數推入棧中(push)並執行
  2. 當函數運行結束後,JS解釋器將它從堆棧中推出(pop)

具體執行過程可翻閱上篇文章《前端進擊的巨人(一):執行上下文與執行棧,變量對象》,這裏不再贅述。

2. 內存存儲(棧、堆)

JavaScript中變量類型有兩種:

  1. 基礎類型(Undefined, Null, Boolean, Number, String, Symbol)一共6種
  2. 引用類型(Object)

基礎類型的值保存在棧中,這些類型的值有固定大小,"按值來訪問"

引用類型的值保存在堆中,棧中存儲的是引用類型的引用地址(地址指針),"按引用訪問",引用類型的值沒有固定大小,可擴展(一個對象我們可以添加多個屬性)。

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3. 事件輪詢(隊列)

JavaScript中事件輪詢(Event Loop)的執行機制,就是采用隊列的存取方式,因事件輪詢(Event Loop)也是JS基礎中的一個比較難理解的知識點,後續另開一篇章再作詳細探究。

深淺拷貝

將一個變量的值賦值給另一個變量,相當於在棧內存中創建了一個新的內存空間,然後從棧中復制值,存儲到這個新空間中。對於基本類型,棧中存儲的就是它自身的值,所以新內存空間存儲的也是一個值。直接改變新變量的值,不會影響到舊變量的值,因為他們值存儲的內存空間不同。

// 基本類型復制變量
var a = 10;
var b = a;
b = 20;

a // 10
b // 20

而對於引用類型來說,同樣是復制棧中存儲的值。但是棧存儲的只是其引用地址,其具體的值存儲在堆中。變量復制僅復制棧中存儲的值,不會復制堆中存儲的值,所以新變量在棧中的值是一個地址指針。

// 引用類型復制變量
var a = { age: 27 };
var b = a;
b.age = 29;

a.age == b.age; // 29

可見,變量復制賦值,都屬於棧存儲拷貝,因此深淺拷貝可以這樣區分分:

  • "淺拷貝:棧存儲拷貝"
  • "深拷貝:棧堆存儲拷貝"

深拷貝會同時開辟新的棧內存,堆內存空間。

// 利用JSON對象方法實現深拷貝
var a = { age: 27 };
var b = JSON.parse(JSON.stringify(a));
b.age = 29;

a.age // 27
b.age // 29

函數傳參數是按值傳遞?按引用傳遞?

var person = {
 age: 27
};
function foo (person) {
  person.age = 29;
}
foo(person);
person.age // 29;

函數調用時,會對參數賦值。而參數傳遞過程其實同樣是變量復制的過程,所以它是按值傳遞。var person = person,因為傳遞參數是對象時,變量復制僅復制的棧存儲(淺拷貝),所以修改對象屬性會造成外部變量對象的修改。

至此,當我們理清棧、堆數據結構,以及JS中數據類型存取方式。深淺拷貝問題也就通順了。

內存空間管理

JavaScript執行過程中內存分配:

  1. 為變量對象分配需要的內存
  2. 在分配到的內存中進行讀/寫操作
  3. 不再使用時將其銷毀,釋放內存

內存管理不善,會出現內存泄露,造成瀏覽器內存占用過多,頁面卡頓等問題。(後續性能優化篇章續講)

垃圾回收機制

JavaScript中有自動垃圾回收機制,會通過標記清除的算法識別哪些變量對象不再使用,對其進行銷毀。開發者也可在代碼中手動設置變量值為null(a = null)進行標記清除,讓其失去引用,以便下一次垃圾回收時進行有效回收。

局部環境中,函數執行完成後,函數局部環境聲明的變量不再需要時,就會被垃圾回收銷毀(理想的情況下,閉包會阻止這一過程)。

全局環境只有頁面退出時才會出棧,解除變量引用。所以開發者應盡量避免在全局環境中創建全局變量,如需使用,也要在不需要時手動標記清除,將其內存釋放掉。

垃圾回收算法除了"標記清除",還有一種"引用計數",不常用,僅作了解。


參考文檔:

  • stack的三種含義
  • 內存空間詳細圖解
  • JavaScript變量——棧內存or堆內存

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作者:以樂之名
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