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深入理解JavaScript閉包(closure) – Felix Woo

最近在網(wǎng)上查閱了不少Javascript閉包(closure)相關(guān)的資料,寫的大多是非常的學(xué)術(shù)和專業(yè)。對于初學(xué)者來說別說理解閉包了,就連文字?jǐn)⑹龆己茈y看懂。撰寫此文的目的就是用最通俗的文字揭開Javascript閉包的真實(shí)面目。

一、什么是閉包?

“官方”的解釋是:閉包是一個(gè)擁有許多變量和綁定了這些變量的環(huán)境的表達(dá)式(通常是一個(gè)函數(shù)),因而這些變量也是該表達(dá)式的一部分。
相信很少有人能直接看懂這句話,因?yàn)樗枋龅奶珜W(xué)術(shù)。其實(shí)這句話通俗的來說就是:JavaScript中所有的function都是一個(gè)閉包。不過一般來說,嵌套的function所產(chǎn)生的閉包更為強(qiáng)大,也是大部分時(shí)候我們所謂的“閉包”??聪旅孢@段代碼:

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

這段代碼有兩個(gè)特點(diǎn):

  1. 函數(shù)b嵌套在函數(shù)a內(nèi)部;
  2. 函數(shù)a返回函數(shù)b。

引用關(guān)系如圖:

這樣在執(zhí)行完var c=a()后,變量c實(shí)際上是指向了函數(shù)b,b中用到了變量i,再執(zhí)行c()后就會(huì)彈出一個(gè)窗口顯示i的值(第一次為1)。這段代碼其實(shí)就創(chuàng)建了一個(gè)閉包,為什么?因?yàn)楹瘮?shù)a外的變量c引用了函數(shù)a內(nèi)的函數(shù)b,就是說:

當(dāng)函數(shù)a的內(nèi)部函數(shù)b被函數(shù)a外的一個(gè)變量引用的時(shí)候,就創(chuàng)建了一個(gè)我們通常所謂的“閉包”。

讓我們說的更透徹一些。所謂“閉包”,就是在構(gòu)造函數(shù)體內(nèi)定義另外的函數(shù)作為目標(biāo)對象的方法函數(shù),而這個(gè)對象的方法函數(shù)反過來引用外層外層函數(shù)體中的臨時(shí)變量。這使得只要目標(biāo) 對象在生存期內(nèi)始終能保持其方法,就能間接保持原構(gòu)造函數(shù)體當(dāng)時(shí)用到的臨時(shí)變量值。盡管最開始的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用已經(jīng)結(jié)束,臨時(shí)變量的名稱也都消失了,但在目 標(biāo)對象的方法內(nèi)卻始終能引用到該變量的值,而且該值只能通這種方法來訪問。即使再次調(diào)用相同的構(gòu)造函數(shù),但只會(huì)生成新對象和方法,新的臨時(shí)變量只是對應(yīng)新 的值,和上次那次調(diào)用的是各自獨(dú)立的。

為了更深刻的理解閉包,下面讓我們繼續(xù)探索閉包的作用和效果。

二、閉包有什么作用和效果?

簡而言之,閉包的作用就是在a執(zhí)行完并返回后,閉包使得Javascript的垃圾回收機(jī)制GC不會(huì)收回a所占用的資源,因?yàn)閍的內(nèi)部函數(shù)b的執(zhí)行需要依賴a中的變量。這是對閉包作用的非常直白的描述,不專業(yè)也不嚴(yán)謹(jǐn),但大概意思就是這樣,理解閉包需要循序漸進(jìn)的過程。
在上面的例子中,由于閉包的存在使得函數(shù)a返回后,a中的i始終存在,這樣每次執(zhí)行c(),i都是自加1后alert出i的值。

那么我們來想象另一種情況,如果a返回的不是函數(shù)b,情況就完全不同了。因?yàn)閍執(zhí)行完后,b沒有被返回給a的外界,只是被a所引用,而此時(shí)a也只會(huì)被b引用,因此函數(shù)a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用),函數(shù)a和b就會(huì)被GC回收。(關(guān)于Javascript的垃圾回收機(jī)制將在后面詳細(xì)介紹)

三、閉包的微觀世界

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

  1. 當(dāng)定義函數(shù)a的時(shí)候,js解釋器會(huì)將函數(shù)a的作用域鏈(scope chain)設(shè)置為定義a時(shí)a所在的“環(huán)境”,如果a是一個(gè)全局函數(shù),則scope chain中只有window對象。
  2. 當(dāng)執(zhí)行函數(shù)a的時(shí)候,a會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行環(huán)境(excution context)。
  3. 在創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境的過程中,首先會(huì)為a添加一個(gè)scope屬性,即a的作用域,其值就為第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域鏈。
  4. 然后執(zhí)行環(huán)境會(huì)創(chuàng)建一個(gè)活動(dòng)對象(call object)?;顒?dòng)對象也是一個(gè)擁有屬性的對象,但它不具有原型而且不能通過JavaScript代碼直接訪問。創(chuàng)建完活動(dòng)對象后,把活動(dòng)對象添加到a的作用域鏈的最頂端。此時(shí)a的作用域鏈包含了兩個(gè)對象:a的活動(dòng)對象和window對象。
  5. 下一步是在活動(dòng)對象上添加一個(gè)arguments屬性,它保存著調(diào)用函數(shù)a時(shí)所傳遞的參數(shù)。
  6. 最后把所有函數(shù)a的形參和內(nèi)部的函數(shù)b的引用也添加到a的活動(dòng)對象上。在這一步中,完成了函數(shù)b的的定義,因此如同第3步,函數(shù)b的作用域鏈被設(shè)置為b所被定義的環(huán)境,即a的作用域。

到此,整個(gè)函數(shù)a從定義到執(zhí)行的步驟就完成了。此時(shí)a返回函數(shù)b的引用給c,又函數(shù)b的作用域鏈包含了對函數(shù)a的活動(dòng)對象的引用,也就是說b可以訪問到a中定義的所有變量和函數(shù)。函數(shù)b被c引用,函數(shù)b又依賴函數(shù)a,因此函數(shù)a在返回后不會(huì)被GC回收。

當(dāng)函數(shù)b執(zhí)行的時(shí)候亦會(huì)像以上步驟一樣。因此,執(zhí)行時(shí)b的作用域鏈包含了3個(gè)對象:b的活動(dòng)對象、a的活動(dòng)對象和window對象,如下圖所示:

如圖所示,當(dāng)在函數(shù)b中訪問一個(gè)變量的時(shí)候,搜索順序是:

  1. 先搜索自身的活動(dòng)對象,如果存在則返回,如果不存在將繼續(xù)搜索函數(shù)a的活動(dòng)對象,依次查找,直到找到為止。
  2. 如果函數(shù)b存在prototype原型對象,則在查找完自身的活動(dòng)對象后先查找自身的原型對象,再繼續(xù)查找。這就是Javascript中的變量查找機(jī)制。
  3. 如果整個(gè)作用域鏈上都無法找到,則返回undefined。

小結(jié),本段中提到了兩個(gè)重要的詞語:函數(shù)的定義執(zhí)行。文中提到函數(shù)的作用域是在定義函數(shù)時(shí)候就已經(jīng)確定,而不是在執(zhí)行的時(shí)候確定(參看步驟1和3)。用一段代碼來說明這個(gè)問題:

function f(x) {var g = function () { return x; }return g;}var h = f(1);alert(h());

這段代碼中變量h指向了f中的那個(gè)匿名函數(shù)(由g返回)。

  • 假設(shè)函數(shù)h的作用域是在執(zhí)行alert(h())確定的,那么此時(shí)h的作用域鏈?zhǔn)牵篽的活動(dòng)對象->alert的活動(dòng)對象->window對象。
  • 假設(shè)函數(shù)h的作用域?qū)嵲诙x時(shí)確定的,就是說h指向的那個(gè)匿名函數(shù)在定義的時(shí)候就已經(jīng)確定了作用域。那么在執(zhí)行的時(shí)候,h的作用域鏈為:h的活動(dòng)對象->f的活動(dòng)對象->window對象。

如果第一種假設(shè)成立,那輸出值就是undefined;如果第二種假設(shè)成立,輸出值則為1。

運(yùn)行結(jié)果證明了第2個(gè)假設(shè)是正確的,說明函數(shù)的作用域確實(shí)是在定義這個(gè)函數(shù)的時(shí)候就已經(jīng)確定了。

四、閉包的應(yīng)用場景

  1. 保護(hù)函數(shù)內(nèi)的變量安全。以最開始的例子為例,函數(shù)a中i只有函數(shù)b才能訪問,而無法通過其他途徑訪問到,因此保護(hù)了i的安全性。
  2. 在內(nèi)存中維持一個(gè)變量。依然如前例,由于閉包,函數(shù)a中i的一直存在于內(nèi)存中,因此每次執(zhí)行c(),都會(huì)給i自加1。
  3. 通過保護(hù)變量的安全實(shí)現(xiàn)JS私有屬性和私有方法(不能被外部訪問)推薦閱讀:http://javascript.crockford.com/private.html
    私有屬性和方法在Constructor外是無法被訪問的

     

    function Constructor(...) {    var that = this;    var membername = value;    function membername(...) {...}    }

以上3點(diǎn)是閉包最基本的應(yīng)用場景,很多經(jīng)典案例都源于此。

五、Javascript的垃圾回收機(jī)制

在Javascript中,如果一個(gè)對象不再被引用,那么這個(gè)對象就會(huì)被GC回收。如果兩個(gè)對象互相引用,而不再被第3者所引用,那么這兩個(gè)互相引用的對象也會(huì)被回收。因?yàn)楹瘮?shù)a被b引用,b又被a外的c引用,這就是為什么函數(shù)a執(zhí)行后不會(huì)被回收的原因。

六、結(jié)語

理解JavaScript的閉包是邁向高級JS程序員的必經(jīng)之路,理解了其解釋和運(yùn)行機(jī)制才能寫出更為安全和優(yōu)雅的代碼。如果您對本文有任何的建議和疑問,歡迎留言。轉(zhuǎn)載請著名出處。

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