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js-调用栈机制与ES6尾调用优化介绍

jiezi

调用栈的英文名叫做 Call Stack，大家或多或少是有听过的，但是对于 js 调用栈的工作方式以及如何在工作中利用这一特性，大部分人可能没有进行过更深入的研究，这块内容可以说对我们前端来说就是所谓的基础知识，咋一看好像用处并没有很大，但掌握好这个知识点，就可以让我们在以后可以走的更远，走的更快！

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目录

  1. 数据结构：栈
  2. 调用栈是什么？用来做什么？
  3. 调用栈的运行机制
  4. 调用栈优化内存
  5. 调用栈 debug 大法

数据结构：栈

栈是一种遵从 后进先出 (LIFO) 原则的有序集合，新元素都靠近栈顶，旧元素都接近栈底。

生活中的栗子，帮助一下理解：

餐厅里面堆放的盘子(栈)，一开始放的都在下面(先进)，后面放的都在上面(后进)，洗盘子的时候先从上面开始洗(先出)。

调用栈是什么？用来做什么？

  1. 调用栈是一种栈结构的数据，它是由调用侦组成的。
  2. 调用栈记录了函数的执行顺序和函数内部变量等信息。

调用栈的运行机制

机制：

程序运行到一个函数，它就会将其添加到调用栈中，当从这个函数返回的时候，就会将这个函数从调用栈中删掉。

看一下例子帮助理解：

// 调用栈中的执行步骤用数字表示
printSquare(5); // 1 添加
function printSquare(x) {var s = multiply(x, x); // 2 添加 => 3 运行完成，内部没有再调用其他函数，删掉
    console.log(s); // 4 添加 => 5 删掉
    // 运行完成 删掉 printSquare
}
function multiply(x, y) {return x * y;}

调用栈中的执行步骤如下(删除 multiply 的步骤被省略了)：

调用侦：

每个进入到调用栈中的函数，都会分配到一个单独的栈空间，称为“调用侦”。

在调用栈中每个“调用侦”都对应一个函数，最上方的调用帧称为“当前帧”，调用栈是由所有的调用侦形成的。

找到一张图片，调用侦：

调用栈优化内存

调用栈的内存消耗：

如上图，函数的变量等信息会被调用侦保存起来，所以 调用侦中的变量不会被垃圾收集器回收。

当函数嵌套的层级比较深了，调用栈中的调用侦比较多的时候，这些信息对内存消耗是非常大的。

针对这种情况除了我们要尽量避免函数层级嵌套的比较深之外，ES6 提供了“尾调用优化”来解决调用侦过多，引起的内存消耗过大的问题。

何谓尾调用：

尾调用指的是：函数的最后一步是调用另一个函数。

function f(x){return g(x); // 最后一步调用另一个函数并且使用 return
}
function f(x){g(x); // 没有 return 不算尾调用 因为不知道后面还有没有操作
  // return undefined; // 隐式的 return
}

尾调用优化优化了什么？

尾调用用来 删除外层无用的调用侦，只保留内层函数的调用侦，来节省浏览器的内存。

下面这个例子调用栈中的调用侦一直只有一项，如果不使用尾调用的话会出现三个调用侦：

a() // 1 添加 a 到调用栈
function a(){return b(); // 在调用栈中删除 a 添加 b
}
function b(){return c() // 删除 b 添加 c
}

防止爆栈：

浏览器对调用栈都有大小限制，在 ES6 之前递归比较深的话，很容易出现“爆栈”问题(stack overflow)。

现在可以使用“尾调用优化”来写一个“尾递归”，只保存一个调用侦，来防止爆栈问题。

注意：

  1. 只有不再用到外层函数的内部变量，内层函数的调用帧才会取代外层函数的调用帧。

如果要使用外层函数的变量，可以通过参数的形式传到内层函数中

function a(){
    var aa = 1;
    let b = val => aa + val // 使用了外层函数的参数 aa
    return b(2) // 无法进行尾调用优化
}
  1. 尾调用优化只在严格模式下开启，非严格模式是无效的。
  2. 如果环境不支持“尾调用优化”，代码还可以正常运行，是无害的！

更多：

关于尾递归以及更多尾调用优化的内容，推荐查阅 ES6 入门 - 阮一峰

调用栈 debug 大法

查看调用栈有什么用

  1. 查看函数的调用顺序是否跟预期一致，比如不同判断调用不同函数。
  2. 快速定位问题 / 修改三方库的代码。

    当接手一个历史项目，或者引用第三方库出现问题的时候，可以先查看对应 API 的调用栈，找到其中涉及的关键函数，针对性的修复它。

    通过查看调用栈的形式，帮助我快速定位问题，修改三方库的源码。

如何查看调用栈

  1. 只查看调用栈：console.trace 
a()
function a() {b();
}
function b() {c()
}
function c() {
    let aa = 1;
    console.trace()}

如图所示, 点击右侧还能查看代码位置：

  1. bugger打断点形式，这也是我最喜欢的调试方式：

结语

本文主要讲了这几个方面的内容：

  1. 理解调用栈的运行机制，对代码背后的一些执行机制也可以更加了解，帮助我们在百尺竿头更进一步。
  2. 我们应该在日常的 code 中，有意识的使用 ES6 的“尾调用优化”，来减少调用栈的长度，节省客户端内存。
  3. 利用调用栈，对第三方库或者不熟悉的项目，可以更快速的定位问题，提高我们 debug 速度。

最后：之前写过一篇关于垃圾回收机制与内存泄露的文章，感兴趣的同学可以扩展一下。

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以上 2019/5/19

参考资料：

JS 垃圾回收机制与常见内存泄露的解决方法

ES6 入门 - 阮一峰

JavaScript 如何工作：对引擎、运行时、调用堆栈的概述

浅析 javascript 调用栈

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