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前端进击的巨人(二):栈、堆、队列、内存空间

面试经常遇到的深浅拷贝,事件轮询,函数调用栈,闭包等容易出错的题目,究其原因,都是跟 JavaScript 基础知识不牢固有关,下层地基没打好,上层就是豆腐渣工程,新人小白,踏实踩土才是关键。
打地基第二篇:本篇我们将对 JavaScript 数据结构的知识点详解一二。

JavaScript 中有三种数据结构:栈(stack)、堆(heap)、队列(queue)。
栈(stack)
栈的特点是 ”LIFO,即先进先出(Last in, first out)”。数据存储时只能从顶部逐个存入,取出时也需从顶部逐个取出。《前端进击的巨人(一):执行上下文与执行栈,变量对象》中解释执行栈时,举了一个乒乓球盒子的例子,来演示栈的存取方式,这里再举个栗子搭积木。
举个栗子:乒乓球盒子 / 搭建积木
JavaScript 中 Array 数组模拟栈:
var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

arr.push(6); // 存入数据 arr -> [1, 2, 3, 4, 5, 6]
arr.pop(); // 取出数据 arr -> [1, 2, 3, 4, 5]
堆(heap)
堆的特点是 ” 无序 ” 的 key-value” 键值对 ” 存储方式。
举个栗子:书架存书
我们想要在书架上找到想要的书,最直接的方式就是通过查找书名,书名就是我们的 key。拿着这把 key,就可以轻松检索到对应的书籍。
“ 堆的存取方式跟顺序没有关系,不局限出入口 ”。
队列(queue)
队列的特点是是 ”FIFO,即先进先出(First in, first out)”。数据存取时 ” 从队尾插入,从队头取出 ”。
“ 与栈的区别:栈的存入取出都在顶部一个出入口,而队列分两个,一个出口,一个入口 ”。
举个栗子:排队取餐

JavaScript 中 Array 数组模拟队列:
var arr = [1, 2, 3, 4, 5];

// 队尾 in
arr.push(6); // 存入 arr -> [1, 2, 3, 4, 5, 6]
// 队头 out
arr.shift(); // 取出 arr -> [2, 3, 4, 5, 6]
栈、堆、队列在 JavaScript 中的应用
1. 代码运行方式(栈应用 / 函数调用栈)
《前端进击的巨人(一):执行上下文与执行栈,变量对象》详解了 JavaScript 运行时的函数调用过程,而其中执行栈(函数调用栈)就是用到栈的数据结构。

JavaScript 中函数的执行过程,其实就是一个入栈出栈的过程:

当脚本要调用一个函数时,JS 解析器把该函数推入栈中(push)并执行
当函数运行结束后,JS 解释器将它从堆栈中推出(pop)

具体执行过程可翻阅上篇文章《前端进击的巨人(一):执行上下文与执行栈,变量对象》,这里不再赘述。
2. 内存存储(栈、堆)
JavaScript 中变量类型有两种:

基础类型(Undefined, Null, Boolean, Number, String, Symbol)一共 6 种
引用类型(Objejct)

基础类型的值保存在栈中,这些类型的值有固定大小,” 按值来访问 ”;
引用类型的值保存在堆中,栈中存储的是引用类型的引用地址(地址指针),” 按引用访问 ”,引用类型的值没有固定大小,可扩展(一个对象我们可以添加多个属性)。

3. 事件轮询(队列)
JavaScript 中事件轮询(Event Loop)的执行机制,就是采用队列的存取方式,因事件轮询(Event Loop)也是 JS 基础中的一个比较难理解的知识点,后续另开一篇章再作详细探究。
深浅拷贝
将一个变量的值赋值给另一个变量,相当于在栈内存中创建了一个新的内存空间,然后从栈中复制值,存储到这个新空间中。对于基本类型,栈中存储的就是它自身的值,所以新内存空间存储的也是一个值。直接改变新变量的值,不会影响到旧变量的值,因为他们值存储的内存空间不同。
// 基本类型复制变量
var a = 10;
var b = a;
b = 20;

a // 10
b // 20
而对于引用类型来说,同样是复制栈中存储的值。但是栈存储的只是其引用地址,其具体的值存储在堆中。变量复制仅复制栈中存储的值,不会复制堆中存储的值,所以新变量在栈中的值是一个地址指针。
// 引用类型复制变量
var a = {age: 27};
var b = a;
b.age = 29;

a.age == b.age; // 29
可见,变量复制赋值,都属于栈存储拷贝,因此深浅拷贝可以这样区分分:

“ 浅拷贝:栈存储拷贝 ”
“ 深拷贝:栈堆存储拷贝 ”

深拷贝会同时开辟新的栈内存,堆内存空间。
// 利用 JSON 对象方法实现深拷贝
var a = {age: 27};
var b = JSON.parse(JSON.stringify(a));
b.age = 29;

a.age // 27
b.age // 29
函数传参数是按值传递?按引用传递?
var person = {
age: 27
};
function foo (person) {
person.age = 29;
}
foo(person);
person.age // 29;
函数调用时,会对参数赋值。而参数传递过程其实同样是变量复制的过程,所以它是按值传递。var person = person,因为传递参数是对象时,变量复制仅复制的栈存储(浅拷贝),所以修改对象属性会造成外部变量对象的修改。
至此,当我们理清栈、堆数据结构,以及 JS 中数据类型存取方式。深浅拷贝问题也就通顺了。
内存空间管理
JavaScript 执行过程中内存分配:

为变量对象分配需要的内存
在分配到的内存中进行读 / 写操作
不再使用时将其销毁,释放内存

内存管理不善,会出现内存泄露,造成浏览器内存占用过多,页面卡顿等问题。(后续性能优化篇章续讲)
垃圾回收机制
JavaScript 中有自动垃圾回收机制,会通过标记清除的算法识别哪些变量对象不再使用,对其进行销毁。开发者也可在代码中手动设置变量值为 null(a = null)进行标记清除,让其失去引用,以便下一次垃圾回收时进行有效回收。
局部环境中,函数执行完成后,函数局部环境声明的变量不再需要时,就会被垃圾回收销毁(理想的情况下,闭包会阻止这一过程)。
全局环境只有页面退出时才会出栈,解除变量引用。所以开发者应尽量避免在全局环境中创建全局变量,如需使用,也要在不需要时手动标记清除,将其内存释放掉。
垃圾回收算法除了 ” 标记清除 ”,还有一种 ” 引用计数 ”,不常用,仅作了解。

参考文档:

stack 的三种含义
内存空间详细图解
JavaScript 变量——栈内存 or 堆内存

作者:以乐之名本文原创,有不当的地方欢迎指出。转载请指明出处。

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