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JavaScript内存泄漏监测MemLab

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一、MemLab简介

上周，Facebook母公司Meta 宣布了开源 MemLab，一个基于 Chromium 的浏览器的 JavaScript 应用程序内存泄漏监测工具。同时，Facebook 技术团队指出：“应用程序的性能和功能正确性问题通常会被用户立即留意到。然而内存泄漏却不一样，它不容易被立即察觉，但它每次都会吃掉一大块内存，使得整个网络会话的响应变得非常慢。”

为了帮助开发人员解决这个问题，Meta 构建了MemLab，它可以自动进行内存泄漏检测并更容易找到泄漏的根本原因。据官方公告称，Meta 内部使用它成功地控制了不可持续的内存增长，并识别了产品和基础设施中的内存泄漏和内存优化机会。目前，Meta 已经在 GitHub 上开源了 MemLab。

Facebook在 2020 年被重新设计为单页应用程序 (SPA)，该应用程序的大部分渲染和导航使用客户端 JavaScript。而 Meta 的大多数其他流行网络应用程序都使用了类似的架构来构建，包括 Instagram 和 Workplace。

虽然这种架构使其能够提供更快的用户交互、更好的开发人员体验和更像应用程序的感觉，但在客户端维护 Web 应用程序状态会使有效管理客户端内存变得更加复杂。且内存泄漏的后果在单页应用程序（SPA）中更为严重，因为用户可能会在较长时间内持续与页面交互，而 MemLab 就是专为这种场景设计的。

在许多情况下，JavaScript 可能会泄漏内存。比如，Facebook 工程师 Liang Gong 和 Glenn Conner 就在公告中谈到，当你向 Chrome 控制台发送一个对象时，Chrome 会对其进行隐藏引用，以防止它被收集。另外，auth0 工程师 Sebastian Peyrott 也曾谈到，其他可能出现泄漏或未绑定内存增长的情况则与意外使用全局变量、忘记计时器或回调以及 DOM 外引用有关。

虽然 Chrome 开发者工具提供了检查 JavaScript 代码的内存行为的基本手段，比如时间线视图和配置文件视图，但这并不直接，也不能自动化。相反，MemLab 则可以很容易地集成到 CI/CD 管道中，Gong 和 Conner 介绍道。

二、工作原理

MemLab 的工作原理是通过预定义的测试场景运行 headless 浏览器并对 JavaScript heap snapshots 进行差异分析来发现内存泄漏。要达到这一目的，需要经过如下几步：

据悉，MemLab 使用了一个名为“Puppeteer”的 Node.js 库。它可以控制 Google Chrome 或其它基于 Chromium 内核打造的浏览器，且默认情况下以 headless 模式运行（方便命令行交互）。

Facebook 工程师解释称，MemLab 的工作方式就是导航到一个页面、然后离开。正常情况下，可预计该页面分配的大部分内存也将被释放。但若没有被释放，则意味其存在极高的内存泄露可能性。

  我们知道，React 使用存储在树结构中、被称作 Fibers 的对象，来表示内存中的浏览器文档对象模型（DOM）。据该团队所述，这可能是存在“巨大内存泄露”的一个主要原因。拥有强连接图的缺点很是显著，若有任何外部引用指向图的任何部分，就无法对整个图开展垃圾回收。

对于浏览器内存泄漏检测，MemLab 需要开发人员提供的唯一输入是一个测试场景文件，该文件定义了如何通过 overriding Puppeteer API 和 CSS 选择器的三个回调来与网页进行交互。MemLab 会自动对 JavaScript heap 进行差异化处理，完善内存泄漏，并对结果进行汇总。

MemLab 的另一特性，就是提供了 JavaScript 堆的图形视图、启用了用于检查堆快照的 API 。这意味着开发者能够编写开展内存断言的测试，例如声明某个对象将不再存在于内存中。

此外还有一个用于查找重复字符串实例的工具，在某个案例中，团队发现字符串占用了 70% 的堆、且其中半数至少有一个重复的实例。包括 Chrome、Edge、Firefox 在内的浏览器，都有附带内存检查工具。但正如以为开发者在 Hacker News 上吐槽的那样，这些开发工具难以在调试过程中揪出内存泄露的问题。

最后，MemLab 的另一项强大功能，就是可以在测试期间作为命令过程的一部分而运行。这意味着如果代码中引入了严重的泄露，开发者们也能够在投入生产环境前加以捕获。

除了内存泄漏检测之外，MemLab还包括一组用于查找内存优化机会的内置CLI命令和api，并提供如下的功能：

比如，监测浏览内存泄漏部分UI。

跟踪UI内存泄漏的整个链路。

三、基本使用

3.1 安装与使用

首先，需要全局安装MemLab插件，安装的命令如下：

npm install -g memlab

例如下面是找到谷歌Maps中的内存泄漏的例子，我妈可以创建一个场景文件来定义如何与谷歌Maps进行交互，比如将其命名为test-google-maps.js。

function url() {
  return 'https://www.google.com/maps/@37.386427,-122.0428214,11z';
}
async function action(page) {
  await page.click('button[aria-label="Hotels"]');
}
async function back(page) {
  await page.click('[aria-label="Clear search"]');
}
module.exports = {action, back, url};

现在使用下面的命令运行上面的js代码, 当memlab与web页面进行交互时就会运行内置的泄漏检测器检测内存泄漏。

memlab run --scenario test-google-maps.js

执行结束之后，Memlab就会打印内存泄漏结果，显示每个泄漏对象集群的一个代表性保留跟踪。  

MemLab found 46 leak(s)
--Similar leaks in this run: 4--
--Retained size of leaked objects: 8.3MB--
[Window] (native) @35847 [8.3MB]
  --20 (element)--->  [InternalNode] (native) @130981728 [8.3MB]
  --8 (element)--->  [InternalNode] (native) @130980288 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [EventListener] (native) @131009888 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [V8EventListener] (native) @224808192 [8.3MB]
  --1 (element)--->  [eventHandler] (closure) @168079 [8.3MB]
  --context (internal)--->  [<function scope>] (object) @181905 [8.3MB]
  --bigArray (variable)--->  [Array] (object) @182925 [8.3MB]
  --elements (internal)--->  [(object elements)] (array) @182929 [8.3MB]
...

接着，我们就可以通过这些捕获的跟踪信息定位到里面的方法。

当然，我没也可以使用Memlab查看基于从Chromium、Hermes、memlab或任何node.js或electronic .js程序中获取的单个JavaScript堆快照检测到的内存问题。

memlab view-heap --snapshot <PATH TO .heapsnapshot FILE>

然后，我没可以使用对象的id，比如node-id @28173来精确定位特定的堆对象。

当然，Memlab也支持自定义的检漏器，自定义检漏器时需要在场景文件中添加一个filterLeak文档。对于目标交互分配的每个未释放的堆对象(节点)将调用filterLeak。

function filterLeak(node, heap) {
  // ... your leak detector logic
  // return true to mark the node as a memory leak
};

heap是最终JavaScript堆快照的图形表示。

3.2 堆分析与研究

除了检测内存泄露意外，Memlab还提供了很多其他有用的命令，比如查看某个对象在运行的交互过程中的整个链路。

memlab analyze unbound-object

获取V8/hermes .heapsnapshot文件。

memlab analyze unbound-object --snapshot-dir <DIR_OF_SNAPSHOT_FILES>

使用memlab analyze查看所有内置内存分析。

memlab trace --node-id <HEAP_OBJECT_ID>

3.3 Memlab API

Memlab的npm包支持在浏览器中启动端到端运行并检测内存泄漏。

const memlab = require('memlab');
const scenario = {
    url: () => 'https://www.google.com/maps/@37.386427,-122.0428214,11z',
    action: async (page) => await page.click('button[aria-label="Hotels"]'),
    back: async (page) => await page.click('[aria-label="Clear search"]'),
}
memlab.run({scenario});

3.4 内存断言

Memlab支持在Node.js程序中进行Jest测试，也可以使用图视图API来获得其自身状态的堆图视图，执行自内存检查，并编写各种内存断言。

import type {IHeapSnapshot} from '@memlab/core';
import {config, takeNodeMinimalHeap, tagObject} from '@memlab/core';
test('memory test', async () => {
  config.muteConsole = true;
  const o1 = {};
  let o2 = {};
  tagObject(o1, 'memlab-mark-1');
  tagObject(o2, 'memlab-mark-2');
  o2 = null;
  const heap: IHeapSnapshot = await takeNodeMinimalHeap();
   //断言函数
  expect(heap.hasObjectWithTag('memlab-mark-1')).toBe(true);
  //断言函数
  expect(heap.hasObjectWithTag('memlab-mark-2')).toBe(false);
}, 30000);

附件：github.com/facebookinc…

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