深入了解JavaScript閉包(closure)

最近在網上查閱了不少Javascript閉包(closure)相關的資料，寫的大多是非常的學術和專業。對于初學者來說别說了解閉包了，就連文字叙述都很難看懂。撰寫此文的目的就是用最通俗的文字揭開Javascript閉包的真實面目。

一、什麼是閉包？

“官方”的解釋是：閉包是一個擁有許多變量和綁定了這些變量的環境的表達式（通常是一個函數），因而這些變量也是該表達式的一部分。

相信很少有人能直接看懂這句話，因為他描述的太學術。其實這句話通俗的來說就是：JavaScript中所有的function都是一個閉包。不過一般來說，嵌套的function所産生的閉包更為強大，也是大部分時候我們所謂的“閉包”。看下面這段代碼：

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

這段代碼有兩個特點：

1. 函數b嵌套在函數a内部；
2. 函數a傳回函數b。

引用關系如圖：

這樣在執行完var c=a()後，變量c實際上是指向了函數b，b中用到了變量i，再執行c()後就會彈出一個視窗顯示i的值(第一次為1)。這段代碼其實就建立了一個閉包，為什麼？因為函數a外的變量c引用了函數a内的函數b，就是說：

當函數a的内部函數b被函數a外的一個變量引用的時候，就建立了一個我們通常所謂的“閉包”。

讓我們說的更透徹一些。所謂“閉包”，就是在構造函數體内定義另外的函數作為目标對象的方法函數，而這個對象的方法函數反過來引用外層外層函數體中的臨時變量。這使得隻要目标 對象在生存期内始終能保持其方法，就能間接保持原構造函數體當時用到的臨時變量值。盡管最開始的構造函數調用已經結束，臨時變量的名稱也都消失了，但在目 标對象的方法内卻始終能引用到該變量的值，而且該值隻能通這種方法來通路。即使再次調用相同的構造函數，但隻會生成新對象和方法，新的臨時變量隻是對應新 的值，和上次那次調用的是各自獨立的。

為了更深刻的了解閉包，下面讓我們繼續探索閉包的作用和效果。

二、閉包有什麼作用和效果？

簡而言之，閉包的作用就是在a執行完并傳回後，閉包使得Javascript的垃圾回收機制GC不會收回a所占用的資源，因為a的内部函數b的執行需要依賴a中的變量。這是對閉包作用的非常直白的描述，不專業也不嚴謹，但大概意思就是這樣，了解閉包需要循序漸進的過程。

在上面的例子中，由于閉包的存在使得函數a傳回後，a中的i始終存在，這樣每次執行c()，i都是自加1後alert出i的值。

那麼我們來想象另一種情況，如果a傳回的不是函數b，情況就完全不同了。因為a執行完後，b沒有被傳回給a的外界，隻是被a所引用，而此時a也隻會被b引用，是以函數a和b互相引用但又不被外界打擾(被外界引用)，函數a和b就會被GC回收。(關于Javascript的垃圾回收機制将在後面詳細介紹)

三、閉包的微觀世界

如果要更加深入的了解閉包以及函數a和嵌套函數b的關系，我們需要引入另外幾個概念：函數的執行環境(excution context)、活動對象(call object)、作用域(scope)、作用域鍊(scope chain)。以函數a從定義到執行的過程為例闡述這幾個概念。

1. 當定義函數a的時候，js解釋器會将函數a的作用域鍊(scope chain)設定為定義a時a所在的“環境”，如果a是一個全局函數，則scope chain中隻有window對象。
2. 當執行函數a的時候，a會進入相應的執行環境(excution context)。
3. 在建立執行環境的過程中，首先會為a添加一個scope屬性，即a的作用域，其值就為第1步中的scope chain。即a.scope=a的作用域鍊。
4. 然後執行環境會建立一個活動對象(call object)。活動對象也是一個擁有屬性的對象，但它不具有原型而且不能通過JavaScript代碼直接通路。建立完活動對象後，把活動對象添加到a的作用域鍊的最頂端。此時a的作用域鍊包含了兩個對象：a的活動對象和window對象。
5. 下一步是在活動對象上添加一個arguments屬性，它儲存着調用函數a時所傳遞的參數。
6. 最後把所有函數a的形參和内部的函數b的引用也添加到a的活動對象上。在這一步中，完成了函數b的的定義，是以如同第3步，函數b的作用域鍊被設定為b所被定義的環境，即a的作用域。

到此，整個函數a從定義到執行的步驟就完成了。此時a傳回函數b的引用給c，又函數b的作用域鍊包含了對函數a的活動對象的引用，也就是說b可以通路到a中定義的所有變量和函數。函數b被c引用，函數b又依賴函數a，是以函數a在傳回後不會被GC回收。

當函數b執行的時候亦會像以上步驟一樣。是以，執行時b的作用域鍊包含了3個對象：b的活動對象、a的活動對象和window對象，如下圖所示：

​​​​

如圖所示，當在函數b中通路一個變量的時候，搜尋順序是：

1. 先搜尋自身的活動對象，如果存在則傳回，如果不存在将繼續搜尋函數a的活動對象，依次查找，直到找到為止。
2. 如果函數b存在prototype原型對象，則在查找完自身的活動對象後先查找自身的原型對象，再繼續查找。這就是Javascript中的變量查找機制。
3. 如果整個作用域鍊上都無法找到，則傳回undefined。

小結，本段中提到了兩個重要的詞語：函數的定義與執行。文中提到函數的作用域是在定義函數時候就已經确定，而不是在執行的時候确定（參看步驟1和3）。用一段代碼來說明這個問題：

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中的那個匿名函數(由g傳回)。

• 假設函數h的作用域是在執行alert(h())确定的，那麼此時h的作用域鍊是：h的活動對象->alert的活動對象->window對象。
• 假設函數h的作用域實在定義時确定的，就是說h指向的那個匿名函數在定義的時候就已經确定了作用域。那麼在執行的時候，h的作用域鍊為：h的活動對象->f的活動對象->window對象。

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

運作結果證明了第2個假設是正确的，說明函數的作用域确實是在定義這個函數的時候就已經确定了。

四、閉包的應用場景

1. 保護函數内的變量安全。以最開始的例子為例，函數a中i隻有函數b才能通路，而無法通過其他途徑通路到，是以保護了i的安全性。
2. 在記憶體中維持一個變量。依然如前例，由于閉包，函數a中i的一直存在于記憶體中，是以每次執行c()，都會給i自加1。
3. 通過保護變量的安全實作JS私有屬性和私有方法（不能被外部通路）私有屬性和方法在Constructor外是無法被通路的

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

以上3點是閉包最基本的應用場景，很多經典案例都源于此。

五、Javascript的垃圾回收機制

六、結語