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加深對JavaScript閉包closure概念的理解

高洛峰
發布: 2016-11-28 15:16:13
原創
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在網路上查閱了不少JavaScript閉包(closure)相關的資料,寫的大多是非常的學術和專業。對於初學者來說別說理解閉包了,就連文字敘述都很難看懂。撰寫此文的目的就是用最通俗的文字來揭開JavaScript閉包的真實面目。

1. 什麼是閉包?

「官方」的解釋是:閉包是一個擁有許多變數和綁定了這些變數的環境的表達式(通常是一個函數),因而這些變數也是該表達式的一部分。 相信很少人能直接看懂這句話,因為他描述的太學術。其實這句話通俗的來說就是:JavaScript中所有的function都是一個閉包。不過一般來說,嵌套的function所產生的閉包更為強大,也是大部分時候我們所謂的「閉包」。看下面這段程式碼:

function a() {
    var i = 0;
    function b() {
        alert(++i);
    }
    return b;
}
var c = a();
c();
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這段程式碼有兩個特點:

函數b嵌套在函數a內部;

函數a回傳函數b。

這樣在執行完var c=a()後,變數c其實是指向了函數b,b中用到了變數i,再執行c()後就會彈出一個視窗顯示i的值(第一次為1)。這段程式碼其實就創造了一個閉包,為什麼?因為函數a外的變數c引用了函數a內的函數b,就是說:當函數a的內部函數b被函數a外的一個變數引用的時候,就創建了一個我們通常所謂的「閉包」。

讓我們說的更透徹一些。所謂“閉包”,就是在建構函數體內定義另外的函數作為目標物件的方法函數,而這個物件的方法函數反過來引用外層函數體中的臨時變數。這使得只要目標 物件在生存期間始終能保持其方法,就能間接保持原構造函數體當時用到的臨時變數值。儘管最開始的建構函式呼叫已經結束,臨時變數的名稱也都消失了,但在目 標對象的方法內卻始終能引用到該變數的值,而且該值只能通這種方法來存取。即使再次呼叫相同的建構函數,只會產生新物件和方法,新的臨時變數只是對應新 的值,和上次那次呼叫的是各自獨立的。

為了更深刻的理解閉包,以下讓我們繼續探索閉包的作用和效果。

2. 閉包有什麼作用和效果?

簡而言之,閉包的作用就是在a執行完並返​​回後,閉包使得Javascript的垃圾回收機制GC不會收回a所佔用的資源,因為a的內部函數b的執行需要依賴a中的變數。這是對閉包作用的非常直白的描述,不專業也不嚴謹,但你一定能看懂。理解閉包需要循序漸進的過程。

在上面的例子中,由於閉包的存在使得函數a返回後,a中的i始終存在,這樣每次執行c(),i都是自加1後alert出i的值。

那我們來想像另一種情況,如果a回傳的不是函數b,情況就完全不同了。因為a執行完後,b沒有被回傳給a的外界,只是被a所引用,而此時a也只會被b引用,因此函數a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用) ,函數a和b就會被GC回收。

3. 閉包的微觀世界

如果要更加深入的了解閉包以及函數a和嵌套函數b的關係,我們需要引入另外幾個概念:函數的執行環境(excution context)、活動對象(call object)、作用域(scope)、作用域鏈(scope chain)。以函數a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。

當定義函數a的時候,js解釋器會將函數a的作用域鏈(scope chain)設定為定義a時a所在的“環境”,如果a是一個全域函數,則scope chain中只有window對象。

當執行函數a的時候,a會進入對應的執行環境(excution context)。

在創建執行環境的過程中,首先會為a增加一個scope屬性,即a的作用域,其值為第1步驟中的scope chain。即a.scope=a的作用域鏈。

然後執行環境會建立一個活動物件(call object)。活動對像也是擁有屬性的對象,但它不具有原型且不能透過JavaScript程式碼直接存取。建立完活動物件後,把活動物件加入a的作用域鏈的最頂端。此時a的作用域鏈包含了兩個物件:a的活動物件和window物件。

下一步是在活動物件上新增一個arguments屬性,它保存著呼叫函數a時所傳遞的參數。

最后把所有函数a的形参和内部的函数b的引用也添加到a的活动对象上。在这一步中,完成了函数b的的定义,因此如同第3步,函数b的作用域链被设置为b所被定义的环境,即a的作用域。

到此,整个函数a从定义到执行的步骤就完成了。此时a返回函数b的引用给c,又函数b的作用域链包含了对函数a的活动对象的引用,也就是说b可以访问到a中定义的所有变量和函数。函数b被c引用,函数b又依赖函数a,因此函数a在返回后不会被GC回收。

当函数b执行的时候亦会像以上步骤一样。因此,执行时b的作用域链包含了3个对象:b的活动对象、a的活动对象和window对象

当在函数b中访问一个变量的时候,搜索顺序是:

先搜索自身的活动对象,如果存在则返回,如果不存在将继续搜索函数a的活动对象,依次查找,直到找到为止。

如果函数b存在prototype原型对象,则在查找完自身的活动对象后先查找自身的原型对象,再继续查找。这就是Javascript中的变量查找机制。

如果整个作用域链上都无法找到,则返回undefined。

小结,本段中提到了两个重要的词语:函数的定义与执行。文中提到函数的作用域是在定义函数时候就已经确定,而不是在执行的时候确定(参看步骤1和3)。用一段代码来说明这个问题:

function f(x) {
    var g = function () { return x; }
    return g;
}
var h = f(1);
alert(h());
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这段代码中变量h指向了f中的那个匿名函数(由g返回)。

假设函数h的作用域是在执行alert(h())确定的,那么此时h的作用域链是:h的活动对象->alert的活动对象->window对象。

假设函数h的作用域是在定义时确定的,就是说h指向的那个匿名函数在定义的时候就已经确定了作用域。那么在执行的时候,h的作用域链为:h的活动对象->f的活动对象->window对象。

如果第一种假设成立,那输出值就是undefined;如果第二种假设成立,输出值则为1。运行结果证明了第2个假设是正确的,说明函数的作用域确实是在定义这个函数的时候就已经确定了。

4. 闭包的应用场景

保护函数内的变量安全。以最开始的例子为例,函数a中i只有函数b才能访问,而无法通过其他途径访问到,因此保护了i的安全性。

在内存中维持一个变量。依然如前例,由于闭包,函数a中i的一直存在于内存中,因此每次执行c(),都会给i自加1。

function Constructor(...) {
    var that = this;
    var membername = value;
    function membername(...) {...}
}
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以上3点是闭包最基本的应用场景,很多经典案例都源于此。

5. JavaScript的垃圾回收机制

在Javascript中,如果一个对象不再被引用,那么这个对象就会被GC回收。如果两个对象互相引用,而不再被第3者所引用,那么这两个互相引用的对象也会被回收。因为函数a被b引用,b又被a外的c引用,这就是为什么函数a执行后不会被回收的原因。

6. 结语

理解JavaScript的闭包是迈向高级JS程序员的必经之路,理解了其解释和运行机制才能写出更为安全和优雅的代码。


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