如何分析 Node.js 中的内存泄漏

内存泄漏（Memory Leak）指由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况。如果内存泄漏的位置比较关键，那么随着处理的进行可能持有越来越多的无用内存，这些无用的内存变多会引起服务器响应速度变慢，严重的情况下导致内存达到某个极限（可能是进程的上限，如 v8 的上限；也可能是系统可提供的内存上限）会使得应用程序崩溃。传统的 C/C++ 中存在野指针，对象用完之后未释放等情况导致的内存泄漏。而在使用虚拟机执行的语言中如 Java、JavaScript 由于使用了 GC （Garbage Collection，垃圾回收）机制自动释放内存，使得程序员的精力得到的极大的解放，不用再像传统语言那样时刻对于内存的释放而战战兢兢。

但是，即便有了 GC 机制可以自动释放，但这并不意味这内存泄漏的问题不存在了。内存泄漏依旧是开发者们不能绕过的一个问题，今天让我们来了解如何分析 Node.js 中的内存泄漏。

GC in Node.js Node.js 使用 V8 作为 JavaScript 的执行引擎，所以讨论 Node.js 的 GC 情况就等于在讨论 V8 的 GC。在 V8 中一个对象的内存是否被释放，是看程序中是否还有地方持有改对象的引用。

在 V8 中，每次 GC 时，是根据 root 对象 (浏览器环境下的 window，Node.js 环境下的 global ) 依次梳理对象的引用，如果能从 root 的引用链到达访问，V8 就会将其标记为可到达对象，反之为不可到达对象。被标记为不可到达对象（即无引用的对象）后就会被 V8 回收。更多细节，可以参见 alinode 的解读 V8 GC。

了解上述的点之后，你就会知道，在 Node.js 中内存泄露的原因就是本该被清除的对象，被可到达对象引用以后，未被正确的清除而常驻内存。

内存泄漏的几种情况一、全局变量

a = 10;
//未声明对象。

global.b = 11;
//全局变量引用

这种比较简单的原因，全局变量直接挂在 root 对象上，不会被清除掉。

二、闭包

function out() {
  const bigData = new Buffer(100);
  inner = function () {
    void bigData;
  }
}

闭包会引用到父级函数中的变量，如果闭包未释放，就会导致内存泄漏。上面例子是 inner 直接挂在了 root 上，从而导致内存泄漏（bigData 不会释放）。

需要注意的是，这里举得例子只是简单的将引用挂在全局对象上，实际的业务情况可能是挂在某个可以从 root 追溯到的对象上导致的。

三、事件监听

Node.js 的事件监听也可能出现的内存泄漏。例如对同一个事件重复监听，忘记移除（removeListener），将造成内存泄漏。这种情况很容易在复用对象上添加事件时出现，所以事件重复监听可能收到如下警告：

(node:2752) Warning: Possible EventEmitter memory leak detected。11 haha listeners added。Use emitter。setMaxListeners() to increase limit

例如，Node.js 中 Agent 的 keepAlive 为 true 时，可能造成的内存泄漏。当 Agent keepAlive 为 true 的时候，将会复用之前使用过的 socket，如果在 socket 上添加事件监听，忘记清除的话，因为 socket 的复用，将导致事件重复监听从而产生内存泄漏。

原理上与前一个添加事件监听的时候忘了清除是一样的。在使用 Node.js 的 http 模块时，不通过 keepAlive 复用是没有问题的，复用了以后就会可能产生内存泄漏。所以，你需要了解添加事件监听的对象的生命周期，并注意自行移除。

关于这个问题的实例，可以看 Github 上的 issues（node Agent keepAlive 内存泄漏）

四、其他原因

还有一些其他的情况可能会导致内存泄漏，比如缓存。在使用缓存的时候，得清楚缓存的对象的多少，如果缓存对象非常多，得做限制最大缓存数量处理。还有就是非常占用 CPU 的代码也会导致内存泄漏，服务器在运行的时候，如果有高 CPU 的同步代码，因为Node.js 是单线程的，所以不能处理处理请求，请求堆积导致内存占用过高。

定位内存泄漏一、重现内存泄漏情况

想要定位内存泄漏，通常会有两种情况：

对于只要正常使用就可以重现的内存泄漏，这是很简单的情况只要在测试环境模拟就可以排查了。

对于偶然的内存泄漏，一般会与特殊的输入有关系。想稳定重现这种输入是很耗时的过程。如果不能通过代码的日志定位到这个特殊的输入，那么推荐去生产环境打印内存快照了。需要注意的是，打印内存快照是很耗 CPU 的操作，可能会对线上业务造成影响。

快照工具推荐使用 heapdump 用来保存内存快照，使用 devtool 来查看内存快照。使用 heapdump 保存内存快照时，只会有 Node.js 环境中的对象，不会受到干扰（如果使用 node-inspector 的话，快照中会有前端的变量干扰）。

PS：安装 heapdump 在某些 Node.js 版本上可能出错，建议使用 npm install heapdump -target=Node.js 版本来安装。二、打印内存快照

将 heapdump 引入代码中，使用 heapdump.writeSnapshot 就可以打印内存快照了了。为了减少正常变量的干扰，可以在打印内存快照之前会调用主动释放内存的 gc() 函数（启动时加上 --expose-gc 参数即可开启）。

const heapdump = require('heapdump');

const save = function () {
  gc();
  heapdump.writeSnapshot('./' + Date.now() + '.heapsnapshot');
}

在打印线上的代码的时候，建议按照内存增长情况来打印快照。heapdump 可以使用 kill 向程序发送信号来打印内存快照（只在 *nix 系统上提供）。

kill -USR2 推荐打印 3 个内存快照，一个是内存泄漏之前的内存快照，一个是少量测试以后的内存快照，还有一个是多次测试以后的内存快照。

第一个内存快照作为对比，来查看在测试后有哪些对象增长。在内存泄漏不明显的情况下，可以与大量测试以后的内存快照对比，这样能更容易定位。

三、对比内存快照找出泄漏位置

通过内存快照找到数量不断增加的对象，找到增加对象是被谁给引用，找到问题代码，改正之后就行，具体问题具体分析，这里通过我们在工作中遇到的情况来讲解。

const {EventEmitter} = require('events');
const heapdump = require('heapdump');

global.test = new EventEmitter();
heapdump.writeSnapshot('./' + Date.now() + '.heapsnapshot');

function run3() {
  const innerData = new Buffer(100);
  const outClosure3 = function () {
    void innerData;
  };
  test.on('error', () => {
    console.log('error');
  });
  outClosure3();
}

for(let i = 0; i < 10; i++) {
  run3();
}
gc();

heapdump.writeSnapshot('./' + Date.now() + '.heapsnapshot');

这里是对错误代码的最小重现代码。

首先使用 node --expose-gc index.js 运行代码，将会得到两个内存快照，之后打开 devtool，点击 profile，载入内存快照。打开对比，Delta 会显示对象的变化情况，如果对象 Delta 一直增长，就很有可能是内存泄漏了。如何分析 Node.js 中的内存泄漏

可以看到有三处对象明显增长的地方，闭包、上下文以及 Buffer 对象增长。点击查看一下对象的引用情况：如何分析 Node.js 中的内存泄漏

其实这三处对象增长都是一个问题导致的。test 对象中的 error 监听事件中闭包引用了 innerData 对象，导致 buffer 没有被清除，从而导致内存泄漏。

其实这里的 error 监听事件中没有引用 innerData 为什么会闭包引用了 innerData 对象，这个问题很是疑惑，后来弄清是 V8 的优化问题，在文末会额外讲解一下。对于对比快照找到问题，得看你对代码的熟悉程度，还有眼力了。

如何避免内存泄漏文中的例子基本都可以很清楚的看出内存泄漏，但是在工作中，代码混合上业务以后就不一定能很清楚的看出内存泄漏了，还是得依靠工具来定位内存泄漏。另外下面是一些避免内存泄漏的方法。

ESLint 检测代码检查非期望的全局变量。

使用闭包的时候，得知道闭包了什么对象，还有引用闭包的对象何时清除闭包。最好可以避免写出复杂的闭包，因为复杂的闭包引起的内存泄漏，如果没有打印内存快照的话，是很难看出来的。

绑定事件的时候，一定得在恰当的时候清除事件。在编写一个类的时候，推荐使用 init 函数对类的事件监听进行绑定和资源申请，然后 destroy 函数对事件和占用资源进行释放。

额外说明在做了很多测试以后得到下面关于闭包的总结。

class Test{};
global.test = new Test()
function run5(bigData) {
  const innerData = new Buffer(100);

  // 被闭包引用，创建一个 context: context1。
  // context1 引用 bigData，innerData。
  // closure 为 function run5()
  // run5函数没有 context，所以 context1 没有previous。
  // 在 run5中新建的函数将绑定上 context1。

  test.outClosure5 = function () {

    // 此函数闭包 context 指向 context1。

    void bigData;
    const closureData = new Buffer(100);

    // 被闭包使用，创建 context: context2。
    // outClosure5 函数有 context1，previous 指向 context1。
    // 在 outClosure5 中新建的函数将绑定上context2。

    test.innerClosure5 = function () {

      // 此函数闭包 context 指向 context2。

      void innerData;
    }
    test.innerClosure5_1 = function () {

      // 此函数闭包 context 指向 context2。

      void closureData;
    }
  };
  test.outClosure5_1 = function () {

  }
  test.outClosure5();
}

run5(new Buffer(1000));

V8 会生成一个 context 内部对象来实现闭包。下面是 V8 生成 context 的规则。

V8 会在被闭包引用变量声明处创建一个 context2，如果被闭包的变量所在函数拥有 context1 ，则创建的 context2 的 previous指向函数 context1。在被闭包引用变量的函数内新建的函数将会绑定上 context2。

由于这个和 V8版本相关，这里只测试了 v6.2.2 和 v6.10.1 还有 v7.7.1，都是相同的情况。如果想实践测试可以在这个 repo 上了解更多。

注：本文由饿了么大前端 Node 组推出，本组的 @王大帅起稿， @lellansin 整理。