• 学习Javascript闭包(Closure)


    最近在网上查阅了不少Javascript闭包(closure)相关的资料,写的大多是非常的学术和专业。对于初学者来说别说理解闭包了,就连文字叙述都很难看懂。撰写此文的目的就是用最通俗的文字揭开Javascript闭包的真实面目。

      一、什么是闭包?

      “官方”的解释是:所谓“闭包”,指的是一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的表达式(通常是一个函数),因而这些变量也是该表达式的一部分。

      相信很少有人能直接看懂这句话,因为他描述的太学术。我想用如何在Javascript中创建一个闭包来告诉你什么是闭包,因为跳过闭包的创建过程直接理解闭包的定义是非常困难的。看下面这段代码:

        function a(){
          var i=0;
          function b(){
            alert(++i);
          }
          return b;
        }
        var c = a();
        c();

      这段代码有两个特点:

      1、函数b嵌套在函数a内部;

      2、函数a返回函数b。

      这样在执行完var c=a()后,变量c实际上是指向了函数b,再执行c()后就会弹出一个窗口显示i的值(第一次为1)。这段代码其实就创建了一个闭包,为什么?因为函数a外的变量c引用了函数a内的函数b,就是说:

      当函数a的内部函数b被函数a外的一个变量引用的时候,就创建了一个闭包。

      我猜想你一定还是不理解闭包,因为你不知道闭包有什么作用,下面让我们继续探索。

      二、闭包有什么作用?

      简而言之,闭包的作用就是在a执行完并返回后,闭包使得Javascript的垃圾回收机制GC不会收回a所占用的资源,因为a的内部函数b的执行需要依赖a中的变量。这是对闭包作用的非常直白的描述,不专业也不严谨,但大概意思就是这样,理解闭包需要循序渐进的过程。

    在上面的例子中,由于闭包的存在使得函数a返回后,a中的i始终存在,这样每次执行c(),i都是自加1后alert出i的值。

      那 么我们来想象另一种情况,如果a返回的不是函数b,情况就完全不同了。因为a执行完后,b没有被返回给a的外界,只是被a所引用,而此时a也只会被b引 用,因此函数a和b互相引用但又不被外界打扰(被外界引用),函数a和b就会被GC回收。(关于Javascript的垃圾回收机制将在后面详细介绍)

      三、闭包内的微观世界

      如 果要更加深入的了解闭包以及函数a和嵌套函数b的关系,我们需要引入另外几个概念:函数的执行环境(excution context)、活动对象(call object)、作用域(scope)、作用域链(scope chain)。以函数a从定义到执行的过程为例阐述这几个概念。

      1、当定义函数a的时候,js解释器会将函数a的作用域链(scope chain)设置为定义a时a所在的“环境”,如果a是一个全局函数,则scope chain中只有window对象。

      2、当函数a执行的时候,a会进入相应的执行环境(excution context)。

      3、在创建执行环境的过程中,首先会为a添加一个scope属性,即a的作用域,其值就为第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域链。

      4、然后执行环境会创建一个活动对象(call object)。活动对象也是一个拥有属性的对象,但它不具有原型而且不能通过JavaScript代码直接访问。创建完活动对象后,把活动对象添加到a的作用域链的最顶端。此时a的作用域链包含了两个对象:a的活动对象和window对象。

      5、下一步是在活动对象上添加一个arguments属性,它保存着调用函数a时所传递的参数。

      6、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,如下图所示:

      如图所示,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。如果整个作用域链上都无法找到,则返回undefined。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。

      四、闭包的应用场景

      1、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。

      2、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。

      以上两点是闭包最基本的应用场景,很多经典案例都源于此。

      五、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。

    包(closure)是Javascript语言的一个难点,也是它的特色,很多高级应用都要依靠闭包实现。

    下面就是我的学习笔记,对于Javascript初学者应该是很有用的。

    一、变量的作用域

    要理解闭包,首先必须理解Javascript特殊的变量作用域。

    变量的作用域无非就是两种:全局变量和局部变量。

    Javascript语言的特殊之处,就在于函数内部可以直接读取全局变量。

      var n=999;

      function f1(){
        alert(n);
      }

      f1(); // 999

    另一方面,在函数外部自然无法读取函数内的局部变量。

      function f1(){
        var n=999;
      }

      alert(n); // error

    这里有一个地方需要注意,函数内部声明变量的时候,一定要使用var命令。如果不用的话,你实际上声明了一个全局变量!

      function f1(){
        n=999;
      }

      f1();

      alert(n); // 999

    二、如何从外部读取局部变量?

    出于种种原因,我们有时候需要得到函数内的局部变量。但是,前面已经说过了,正常情况下,这是办不到的,只有通过变通方法才能实现。

    那就是在函数的内部,再定义一个函数。

      function f1(){

        n=999;

        function f2(){
          alert(n); // 999
        }

      }

    在上面的代码中,函数f2就被包括在函数f1内部,这时f1内部的所有局部变量,对f2都是可见的。但是反过来就不行,f2内部的局部变量,对f1就是不可见的。这就是Javascript语言特有的"链式作用域"结构(chain scope),子对象会一级一级地向上寻找所有父对象的变量。所以,父对象的所有变量,对子对象都是可见的,反之则不成立。

    既然f2可以读取f1中的局部变量,那么只要把f2作为返回值,我们不就可以在f1外部读取它的内部变量了吗!

      function f1(){

        n=999;

        function f2(){
          alert(n);
        }

        return f2;

      }

      var result=f1();

      result(); // 999

    三、闭包的概念

    上一节代码中的f2函数,就是闭包。

    各种专业文献上的"闭包"(closure)定义非常抽象,很难看懂。我的理解是,闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数。

    由于在Javascript语言中,只有函数内部的子函数才能读取局部变量,因此可以把闭包简单理解成"定义在一个函数内部的函数"。

    所以,在本质上,闭包就是将函数内部和函数外部连接起来的一座桥梁。

    四、闭包的用途

    闭包可以用在许多地方。它的最大用处有两个,一个是前面提到的可以读取函数内部的变量,另一个就是让这些变量的值始终保持在内存中。

    怎么来理解这句话呢?请看下面的代码。

      function f1(){

        var n=999;

        nAdd=function(){n+=1}

        function f2(){
          alert(n);
        }

        return f2;

      }

      var result=f1();

      result(); // 999

      nAdd();

      result(); // 1000

    在这段代码中,result实际上就是闭包f2函数。它一共运行了两次,第一次的值是999,第二次的值是1000。这证明了,函数f1中的局部变量n一直保存在内存中,并没有在f1调用后被自动清除。

    为什么会这样呢?原因就在于f1是f2的父函数,而f2被赋给了一个全局变量,这导致f2始终在内存中,而f2的存在依赖于f1,因此f1也始终在内存中,不会在调用结束后,被垃圾回收机制(garbage collection)回收。

    这段代码中另一个值得注意的地方,就是"nAdd=function(){n+=1}"这一行,首先在nAdd前面没有使用var关键字,因此nAdd是一个全局变量,而不是局部变量。其次,nAdd的值是一个匿名函数(anonymous function),而这个匿名函数本身也是一个闭包,所以nAdd相当于是一个setter,可以在函数外部对函数内部的局部变量进行操作。

    五、使用闭包的注意点

    1)由于闭包会使得函数中的变量都被保存在内存中,内存消耗很大,所以不能滥用闭包,否则会造成网页的性能问题,在IE中可能导致内存泄露。解决方法是,在退出函数之前,将不使用的局部变量全部删除。

    2)闭包会在父函数外部,改变父函数内部变量的值。所以,如果你把父函数当作对象(object)使用,把闭包当作它的公用方法(Public Method),把内部变量当作它的私有属性(private value),这时一定要小心,不要随便改变父函数内部变量的值。

    六、思考题

    如果你能理解下面两段代码的运行结果,应该就算理解闭包的运行机制了。

    代码片段一。

      var name = "The Window";

      var object = {
        name : "My Object",

        getNameFunc : function(){
          return function(){
            return this.name;
          };

        }

      };

      alert(object.getNameFunc()());


    代码片段二。

      var name = "The Window";

      var object = {
        name : "My Object",

        getNameFunc : function(){
          var that = this;
          return function(){
            return that.name;
          };

        }

      };

      alert(object.getNameFunc()());

    (完)

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