一文带你走进【内存泄漏】

一文带你走进【内存泄漏】

文章目录

​​0. 背景​​​​1. 复现问题​​​​2. 分析问题​​​​3. 解决问题​​​​4. 规避问题​​​​5. 后记​​

0. 背景

没想到项目放到线上后，随着请求量的增多，却感觉到首屏速度越来越慢，并且是在持续性地变慢。而且在发布完后（也就是容器重建了），耗时又陡然降下来了。

因此很合理地怀疑是内存泄漏了。故而在 STKE 的监控面板瞧一瞧，内存确实是一波一波似浪花。

1. 复现问题

知道是内存泄漏，我们就需要找到泄漏的点。因为不能轻易操作线上环境，线上代码也是压缩的，因此我们需要先搭建本地环境看能否方便调试问题。这里我们我们可以在本地起 Server 后，写脚本发起请求，来模拟线上环境。（但是看过上篇文章的小伙伴都知道，我们还有个骨架屏的模式，可以跳过发起 CGI 请求的步骤，大大降低单次请求耗时，让这个结果几秒钟就出来了）

我们可以使用 ​​heapdump​​​ 包来将堆栈信息写入本地文件。​​heapdump​​ 的基本使用姿势是这样的：

const heapdump = require('heapdump'); heapdump.writeSnapshot('./test.heapsnapshot');

然后就可以将堆栈文件导入到 Chrome 开发者工具的 ​​Memory​​ 栏来分析。这里我选择了分别是运行了 1 次、50 次、100 次 以及等待几秒钟垃圾回收后再写个 101 次的堆栈信息。可以看到堆栈文件越变越大，从 35M 增大到 249M。

选择两个堆栈文件做比较来分析，这里有个技巧就是按内存大小排序，然后看到同一个大小的对象个数非常多，那么很有可能就是它被引用了很多次，泄漏的点就可能在那里。然后就发现了问题可能出在 ​​console​​ 对象上。

2. 分析问题

正常地使用 ​​console​​​ 对象不会造成内存泄漏，因此就怀疑是否是对 ​​console​​ 做了什么操作。搜索了一番代码，排除正常调用外，发现有个赋值的操作，就类似于下面这段代码：

const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { // 省略一些操作 nativeError(...argv);};

这段代码在前端开发中其实是比较常见的，比如需要在 log 中自动添加时间：

const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { nativeError(`[${(new Date()).toTimeString()}]`, ...argv);}; console.error('Test');// [20:58:17 GMT+0800 (中国标准时间)] Test

还有一个更常见的场景是，我们要在生产环境下屏蔽大部分的 log 输出，但是又要保留一个 log 函数引用，用来有时候在浏览器终端上输出一些关键信息，这时候会这么写：

// 引用，用来有时候在需要的时候上报const logger = console.log; // 必需用函数赋值，原有的一大堆使用 console.log('...') 的地方才不会报错console.log = () => {}; logger('浏览器终端 AlloyTeam 招聘信息');

但是在我们的环境下，原来客户端的代码是被编译后放在 vm 里反复运行的，这会带来什么问题呢？

这里附个代码，感兴趣的小伙伴可以跑一下：

const vm = require('vm');const heapdump = require('heapdump'); const total = 5000; const writeSnapshot = (count) => { heapdump.writeSnapshot(`./${count}-${total}.heapsnapshot`);}; const code = ` const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { nativeError(argv); }`; const script = new vm.Script(code); for (let i = 1; i <= total; i++) { script.runInNewContext({ console, }); console.log(`${i}/${total}`); switch (i) { case 1: case Math.floor(total * 0.5): case total: writeSnapshot(i); }} setTimeout(() => { writeSnapshot(total + 1);}, 3000);

很小一段代码，运行 5000 次后内存占用到了 1G 多，并且还没有回收的迹象。

我们先来考虑在 vm 的环境下，差异点在于：

vm 里是没有 console 对象的，vm 里的 console 对象是宿主环境传递进去的，在 vm 里针对 console 的修改，也会反映在宿主环境的 console 对象上；在同一段代码多次执行的情况下，也就意味着这几次执行环境是共享 console 对象的，而在浏览器环境下，刷新页面后，代码被多次执行，环境都是独立的；

那么我们的问题就会出现如上图所示：

在宿主环境上，​​console.error​​ 原来指向的是原生的 error 方法；在 vm 第一次执行的时候（假设这个过程要赋值的函数是 Func1），先是引用了​​console.error​​​ ，也就是引用了原生的 error 方法，同时通过赋值操作将宿主环境上的​​console.error​​ 指向了 Func1；在 vm 第二次执行的时候，也是先引用了​​console.error​​​ 方法，但是引用到的已经是第 2 步设置的 Func1，也就是 Func2 引用了 Func1。同时它又将宿主环境上的​​console.error​​ 设置成了 Func2；同理，Func3 引用了 Func2，并且​​console.error​​ 指向了 Func3；

所以聪明的小伙伴们发现问题没有，这变成了一个链式引用。这条链上的对象一个都别想被回收，都被牢牢绑死了。

如果我们要解决这个问题，理想的引用模型应该是什么样的呢？

理想的一个引用模型应该是无论 vm 代码被执行了多少次，在我们取值和赋值操作应该做到：

取值操作始终取的是原生的 error 方法，因为如果取到了上次运行赋值的方法，那么就会存在引用关系；赋值操作将不能操作到宿主环境的 console 对象，因为这样将会影响到其他批次 vm 里的全局 console 对象；赋值操作后的取值操作将需要取到赋值后的方法，这样才能执行到自定义的逻辑；

这其实就要求我们不仅对 vm 的上下文做隔离，对 vm 创建的上下文所传递的属于宿主环境的引用对象也要做隔离。

3. 解决问题

有什么简单的解决办法吗？假设我们很清楚的认识到代码执行环境（多次执行且共享宿主对象），那么只需要做个标志位防止多次执行就可以了：

const nativeError = console.error; if (!nativeError.hasBeenRewrite) { console.error = (...argv) => { nativeError(argv); }; console.error.hasBeenRewrite = true;}

但是在原来运行于客户端的代码里会这么写的，感觉要么是已经遭遇过了这个问题，要么只能说优秀，一开始就有了这个意识！

那么当我们要做一个基础运行库的时候，可以做到不需要业务关心这么细的问题吗？也就是我们可能对对象隔离出上下文环境里的上下文环境吗？有这么几个条件是支持我们这么做的：

我们传递到 vm 里属于宿主环境的引用对象其实很有限，因此可以对这么几个有限的对象做隔离；我们需要隔离的对象是跟随着 vm 创建的上下文的；

那么回到我们上文提到的理想模型，这里先附上代码，再来对整个方案做解读：

const vm = require('vm');const heapdump = require('heapdump'); const total = 5000; const writeSnapshot = (count) => { heapdump.writeSnapshot(`./${count}-${total}.heapsnapshot`);}; const code = ` const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { nativeError(...argv); }`; const script = new vm.Script(code); const vmProxy = (context, obj, name) => { const proxyStore = {}; const proxyObj = new Proxy(obj, { get: function (target, propKey) { if (proxyStore[name] && proxyStore[name][propKey]) { return proxyStore[name][propKey]; } return target[propKey]; }, set: function (target, propKey, value) { if (!proxyStore[name]) { proxyStore[name] = {}; } const defineObj = proxyStore[name]; if ((typeof value === 'function' || typeof value === 'object') && value !== null) { defineObj[propKey] = value; } }, }); context[name] = proxyObj; context.proxyStore = proxyStore; return context;}; for (let i = 1; i <= total; i++) { const context = vmProxy({}, console, 'console'); script.runInNewContext(context); console.log(`${i}/${total}`); switch (i) { case 1: case Math.floor(total * 0.5): case total: writeSnapshot(i); }} setTimeout(() => { writeSnapshot(total + 1);}, 3000);

这里有几个关键的点：

用​​Proxy​​ 方法，对 console 的属性 get 操作做拦截；我们将在 vm 上下文对象上设置​​proxyStore​​​ 对象用来存储 set 操作设置的值，这个​​proxyStore​​ 将跟随着上下文的回收而回收；对 console 的 set 操作将不会设置到 console 上而影响宿主环境的引用对象，但是又需要做存储；

分步骤来看：

对​​console.error​​ 的取值操作，我们判断 ProxyStore 里是否被当前环境设置过了，这时候没有，那么我们给取值操作返回原生的 error 方法；

对​​console.error​​​ 赋值 Func1 的操作，我们判断 ProxyStore 里没有存储对这个属性的赋值，那么将 Func1 存储到 ProxyStore，这里注意我们不能将 Func1 设置到​​console.error​​ 上；

在后续的调用​​console.error​​​ 操作，又会被我们拦截 get 方法，我们判断到 ProxyStore 里有被赋值过 Func1，这时候返回 Func1，调用​​console.error​​​ 就变成了调用​​Func1​​ ；

通过以上的操作，我们维持了 ​​console.error​​ 始终指向原生 error 方法，每次的引用也都是引用的原生的 error 方法，而不是上一次设置的方法。

然后我们就解决了这个内存泄漏的问题：

4. 规避问题

用这么个聪明的方法解决了这个问题，貌似都有点欣赏自己了呢。

但是我们再来考虑 ​​Proxy​​ 会带来什么问题，会有性能问题吗？

实践出真知，我们对比上面两种解决方法的性能差异：

const vm = require('vm'); const total = 10000; const vmProxy = (context, obj, name) => { const proxyStore = {}; const proxyObj = new Proxy(obj, { get: function (target, propKey) { if (proxyStore[name] && proxyStore[name][propKey]) { return proxyStore[name][propKey]; } return target[propKey]; }, set: function (target, propKey, value) { if (!proxyStore[name]) { proxyStore[name] = {}; } const defineObj = proxyStore[name]; if ((typeof value === 'function' || typeof value === 'object') && value !== null) { defineObj[propKey] = value; } }, }); context[name] = proxyObj; context.proxyStore = proxyStore; return context;}; (() => { const code = ` const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { nativeError(...argv); } `; const script = new vm.Script(code); console.time('proxy'); for (let i = 1; i <= total; i++) { const context = vmProxy({}, console, 'console'); script.runInNewContext(context); } console.timeEnd('proxy');})(); (() => { let code = ` const nativeError = console.error; if (!nativeError.hasBeenRewrite) { console.error = (...argv) => { nativeError(argv); }; console.error.hasBeenRewrite = true; } `; let script = new vm.Script(code); console.time('flag'); for (let i = 1; i <= total; i++) { script.runInNewContext({ console, }); } console.timeEnd('flag');})();

看起来几乎没什么性能差异

但是 ​​Proxy​​​ 有个 ​​this​​​ 指向的问题，因为 ​​Proxy​​​ 不是个透明代理，被 ​​Proxy​​ 代理的对象内部的 this 指向会指向 proxy 实例，因此如果是这么个简单例子还好，但是放到线上代理比较复杂的对象，心里还是毛毛的。（还需要考虑对象里的对象）

有没有可能在开发阶段就能发现类似的内存泄漏问题，而不是等到发布线上才发现呢？

当然是想到了办法我才会说了，之前想这个问题的时候想了一下午，想得太复杂了，所以试了好多种方法也没有想出来。我们先来澄清一点，这里是因为要赋值的函数里又调用了存储的 ​​nativeError​​​ 吗？其实是无关的，即使你将 ​​nativeError(...argv)​​ 注释掉，仍然是会存在内存泄漏的问题。

const nativeError = console.error; console.error = (...argv) => { nativeError(...argv);}

这里的原因在于只要同一个 vm 虚拟机里对宿主环境的引用对象的同一个 key 同时做 ​​get​​​ 和 ​​set​​ 操作，那么就会存在内存泄漏。我们来考虑下面这三种情况是否会存在内存泄漏：

相同的 key：

const nativeError = console.undefined; console.undefined = (...argv) => { nativeError(argv);}

不同的 key:

const nativeError = console.undefined; console.notExist = (...argv) => { nativeError(argv);}

设置的不是引用对象：

const nativeError = console.error; console.error = 'AlloyTeam';

答案是第一个会存在内存泄漏，第二和第三不会。好奇的小伙伴可以用上面的例子代码跑一下。

我们将这个问题简化了，再来看检测的方案，照例先上代码：

const { workerData, Worker, isMainThread } = require('worker_threads');const vm = require('vm');const log = console.log; const memoryCheckStore = {}; const isReferenced = value => !!(value && typeof value === 'object' || typeof value === 'function'); const vmProxy = (context, obj, name) => { const proxyObj = new Proxy(obj, { get: function (target, propKey) { const propValue = target[propKey]; if (!memoryCheckStore[obj]) { memoryCheckStore[obj] = {}; } // todo: 需要处理数组和迭代子对象 if (!memoryCheckStore[obj][propKey]) { memoryCheckStore[obj][propKey] = 1; } return propValue; }, set: function (target, propKey, value) { if (isReferenced(value) && memoryCheckStore[obj][propKey]) { log(new Error('[警告] 可能存在内存泄漏')); } target[propKey] = value; }, }); context[name] = proxyObj; return context;}; const code1 = ` const nativeError = console.undefined; // 泄漏 console.undefined = (...argv) => {}`; const code2 = ` const nativeError = console.undefined; // 不会泄漏 console.notExist = (...argv) => {}`; const code3 = ` const nativeError = console.undefined; // 不会泄漏 console.error = 'AlloyTeam';`; const code4 = ` const nativeError = console.error; // 泄漏 console.error = (...argv) => {}`; if (isMainThread) { for (let i = 1; i <= 4; i++) { new Worker(__filename, { workerData: { code: eval(`code${i}`), flag: i, }, }); }} else { const { code, flag } = workerData; const script = new vm.Script(code, { filename: `code${flag}`, }); const context = vmProxy({}, console, 'console'); script.runInNewContext(context);}

仅一次运行，就知道 code1、code4 可能存在内存泄漏：

方案图解 1，get 阶段：

一开始​​console.error​​ 指向原生的 error 方法；我们在全局设置个 GlobalGetStore 对象，用来记录被引用的对象和被引用的属性名；第一次运行，拦截的 get 方法里判断 store 里没有这个对象，就记录对象到 store，同时也记录被引用的 key 值；

方案图解 2，set 阶段：

拦截的 set 方法里判断了 store 里已经有存储了被引用的对象，同时当次操作的 key 值也已经被引用过了，因此判定在 vm 这样多次执行的环境里，可能存在内存泄漏，打印出告警信息；

这样我们就可以在开发阶段部署这样内存检测代码（demo 代码仍然需要处理数组和对象属性是引用类型的情况），在生产环境上移除或失效。

当然了，一个较优秀的项目，上线前后仍然有两件相关的事情可以做：

自动化测试，通过模拟发起多个用户请求，检测内存变化，上线前检测到可能的内存泄漏；设置告警策略，在内存超限时告警，查看内存变化，确认是否泄漏；

5. 后记

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