前端基礎(chǔ)進階（四）：詳細圖解作用域鏈與閉包

初學(xué)JavaScript的時候，我在學(xué)習(xí)閉包上，走了很多彎路。而這次重新回過頭來對基礎(chǔ)知識進行梳理，要講清楚閉包，也是一個非常大的挑戰(zhàn)。

閉包有多重要？如果你是初入前端的朋友，我沒有辦法直觀的告訴你閉包在實際開發(fā)中的無處不在，但是我可以告訴你，前端面試，必問閉包。面試官們常常用對閉包的了解程度來判定面試者的基礎(chǔ)水平，保守估計，10個前端面試者，至少5個都死在閉包上。

可是為什么，閉包如此重要，還是有那么多人沒有搞清楚呢？是因為大家不愿意學(xué)習(xí)嗎？還真不是，而是我們通過搜索找到的大部分講解閉包的中文文章，都沒有清晰明了的把閉包講解清楚。要么淺嘗輒止，要么高深莫測，要么干脆就直接亂說一通。包括我自己曾經(jīng)也寫過一篇關(guān)于閉包的總結(jié)，回頭一看，不忍直視[捂臉]。

因此本文的目的就在于，能夠清晰明了得把閉包說清楚，讓讀者老爺們看了之后，就把閉包給徹底學(xué)會了，而不是似懂非懂。

一、作用域與作用域鏈

在詳細講解作用域鏈之前，我默認你已經(jīng)大概明白了JavaScript中的下面這些重要概念。這些概念將會非常有幫助。

1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型與引用數(shù)據(jù)類型

2.內(nèi)存空間

3.垃圾回收機制

4.執(zhí)行上下文

5.變量對象與活動對象

如果你暫時還沒有明白，可以去看本系列的前三篇文章，本文文末有目錄鏈接。為了講解閉包，我已經(jīng)為大家做好了基礎(chǔ)知識的鋪墊。哈哈，真是好大一出戲。

作用域

1.在JavaScript中，我們可以將作用域定義為一套規(guī)則,這套規(guī)則用來管理引擎如何在當(dāng)前作用域以及嵌套的子作用域中根據(jù)標識符名稱進行變量查找。

這里的標識符，指的是變量名或者函數(shù)名

2.JavaScript中只有全局作用域與函數(shù)作用域(因為eval我們平時開發(fā)中幾乎不會用到它，這里不討論)。

3.作用域與執(zhí)行上下文是完全不同的兩個概念。我知道很多人會混淆他們，但是一定要仔細區(qū)分。

JavaScript代碼的整個執(zhí)行過程，分為兩個階段，代碼編譯階段與代碼執(zhí)行階段。編譯階段由編譯器完成，將代碼翻譯成可執(zhí)行代碼，這個階段作用域規(guī)則會確定。執(zhí)行階段由引擎完成，主要任務(wù)是執(zhí)行可執(zhí)行代碼，執(zhí)行上下文在這個階段創(chuàng)建。

作用域鏈

回顧一下上一篇文章我們分析的執(zhí)行上下文的生命周期，如下圖。

我們發(fā)現(xiàn)，作用域鏈是在執(zhí)行上下文的創(chuàng)建階段生成的。這個就奇怪了。上面我們剛剛說作用域在編譯階段確定規(guī)則，可是為什么作用域鏈卻在執(zhí)行階段確定呢？

之所有有這個疑問，是因為大家對作用域和作用域鏈有一個誤解。我們上面說了，作用域是一套規(guī)則，那么作用域鏈是什么呢？是這套規(guī)則的具體實現(xiàn)。所以這就是作用域與作用域鏈的關(guān)系，相信大家都應(yīng)該明白了吧。

我們知道函數(shù)在調(diào)用激活時，會開始創(chuàng)建對應(yīng)的執(zhí)行上下文，在執(zhí)行上下文生成的過程中，變量對象，作用域鏈，以及this的值會分別被確定。之前一篇文章我們詳細說明了變量對象，而這里，我們將詳細說明作用域鏈。

作用域鏈，是由當(dāng)前環(huán)境與上層環(huán)境的一系列變量對象組成，它保證了當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境對符合訪問權(quán)限的變量和函數(shù)的有序訪問。

為了幫助大家理解作用域鏈，我我們先結(jié)合一個例子，以及相應(yīng)的圖示來說明。

var a = 20;

function test() {
 var b = a + 10;

 function innerTest() {
 var c = 10;
 return b + c;
 }

 return innerTest();
}

test();

在上面的例子中，全局，函數(shù)test，函數(shù)innerTest的執(zhí)行上下文先后創(chuàng)建。我們設(shè)定他們的變量對象分別為VO(global)，VO(test), VO(innerTest)。而innerTest的作用域鏈，則同時包含了這三個變量對象，所以innerTest的執(zhí)行上下文可如下表示。

innerTestEC = {
 VO: {...}, // 變量對象
 scopeChain: [VO(innerTest), VO(test), VO(global)], // 作用域鏈
 this: {}
}

是的，你沒有看錯，我們可以直接用一個數(shù)組來表示作用域鏈，數(shù)組的第一項scopeChain[0]為作用域鏈的最前端，而數(shù)組的最后一項，為作用域鏈的最末端，所有的最末端都為全局變量對象。

很多人會誤解為當(dāng)前作用域與上層作用域為包含關(guān)系，但其實并不是。以最前端為起點，最末端為終點的單方向通道我認為是更加貼切的形容。如圖。

注意，因為變量對象在執(zhí)行上下文進入執(zhí)行階段時，就變成了活動對象，這一點在上一篇文章中已經(jīng)講過，因此圖中使用了AO來表示。Active Object

是的，作用域鏈是由一系列變量對象組成，我們可以在這個單向通道中，查詢變量對象中的標識符，這樣就可以訪問到上一層作用域中的變量了。

二、閉包

對于那些有一點 JavaScript 使用經(jīng)驗但從未真正理解閉包概念的人來說，理解閉包可以看作是某種意義上的重生，突破閉包的瓶頸可以使你功力大增。

先直截了當(dāng)?shù)膾伋鲩]包的定義：當(dāng)一個函數(shù)可以記住并訪問所在的作用域（全局作用域除外），并在定義該函數(shù)的作用域之外執(zhí)行時，該函數(shù)就可以稱之為一個閉包。

簡單來說，假設(shè)函數(shù)A在函數(shù)B的內(nèi)部進行定義了，并在函數(shù)B的作用域之外執(zhí)行（不管是上層作用域，下層作用域，還有其他作用域），那么A就是一個閉包。記住這個定義，你在其他地方很難看到了。

在基礎(chǔ)進階（一）中，我總結(jié)了JavaScript的垃圾回收機制。JavaScript擁有自動的垃圾回收機制，關(guān)于垃圾回收機制，有一個重要的行為，那就是，當(dāng)一個值，在內(nèi)存中失去引用時，垃圾回收機制會根據(jù)特殊的算法找到它，并將其回收，釋放內(nèi)存。

而我們知道，函數(shù)的執(zhí)行上下文，在執(zhí)行完畢之后，生命周期結(jié)束，那么該函數(shù)的執(zhí)行上下文就會失去引用。其占用的內(nèi)存空間很快就會被垃圾回收器釋放?？墒情]包的存在，會阻止這一過程。

先來一個簡單的例子。

var fn = null;
function foo() {
 var a = 2;
 function innnerFoo() { 
 console.log(a);
 }
 fn = innnerFoo; // 將 innnerFoo的引用，賦值給全局變量中的fn
}

function bar() {
 fn(); // 此處的保留的innerFoo的引用
}

foo();
bar(); // 2

在上面的例子中，foo()執(zhí)行完畢之后，按照常理，其執(zhí)行環(huán)境生命周期會結(jié)束，所占內(nèi)存被垃圾收集器釋放。但是通過fn = innerFoo，函數(shù)innerFoo的引用被保留了下來，復(fù)制給了全局變量fn。這個行為，導(dǎo)致了foo的變量對象，也被保留了下來。于是，函數(shù)fn在函數(shù)bar內(nèi)部執(zhí)行時，依然可以訪問這個被保留下來的變量對象。所以此刻仍然能夠訪問到變量a的值。

這樣，我們就可以稱fn為閉包。

下圖展示了閉包fn的作用域鏈。

所以，通過閉包，我們可以在其他的執(zhí)行上下文中，訪問到函數(shù)的內(nèi)部變量。比如在上面的例子中，我們在函數(shù)bar的執(zhí)行環(huán)境中訪問到了函數(shù)foo的a變量。個人認為，從應(yīng)用層面，這是閉包最重要的特性。利用這個特性，我們可以實現(xiàn)很多有意思的東西。

通過閉包，我們可以訪問到函數(shù)的內(nèi)部變量。這是閉包的一種特性，但是由于在其他很多地方，被用來當(dāng)成閉包的定義，這其實是不準確的。

不過讀者老爺們需要注意的是，雖然例子中的閉包被保存在了全局變量中，但是閉包的作用域鏈并不會發(fā)生任何改變。在閉包中，能訪問到的變量，仍然是作用域鏈上能夠查詢到的變量。

對上面的例子稍作修改，如果我們在函數(shù)bar中聲明一個變量c，并在閉包fn中試圖訪問該變量，運行結(jié)果會拋出錯誤。

var fn = null;
function foo() {
 var a = 2;
 function innnerFoo() { 
 console.log(c); // 在這里，試圖訪問函數(shù)bar中的c變量，會拋出錯誤
 console.log(a);
 }
 fn = innnerFoo; // 將 innnerFoo的引用，賦值給全局變量中的fn
}

function bar() {
 var c = 100;
 fn(); // 此處的保留的innerFoo的引用
}

foo();
bar();

上面的例子，可以很直觀的感受到閉包的存在，但是還有一種情況的閉包，則更加隱蔽難以感受。我們來看一個例子。

function test() {
 function bar (str) {
 console.log(str);
 }

 function foo (fn, string) {
 fn(string);
 }

 foo(bar, 'this is closure');
}


test();

這個例子中，函數(shù)bar在函數(shù)test的作用域中定義，然后被作為參數(shù)傳入了函數(shù)foo中并在foo的作用域中被執(zhí)行。根據(jù)定義，我們很容易知道函數(shù)bar就是一個閉包。因為其隱蔽性，很多人并沒有意識到這就是一個閉包。這種情況，就是我們常常說的回調(diào)函數(shù)。在實際開發(fā)中，我們遇到的大多數(shù)回調(diào)函數(shù)都是閉包。

很多時候，回調(diào)函數(shù)都是匿名函數(shù)，但是要注意的是，在其他一些語言中，閉包與匿名函數(shù)是有區(qū)別的，但是JavaScript在實現(xiàn)匿名函數(shù)的時候允許形成閉包，當(dāng)匿名函數(shù)作為參數(shù)傳入函數(shù)中時，匿名函數(shù)的引用會保存在改函數(shù)變量對象的arguments對象中。因此在JavaScript中，我們可以不用那么嚴格的區(qū)別閉包與匿名函數(shù)。

閉包的應(yīng)用場景

接下來，我們來總結(jié)下，閉包的常用場景。

延遲函數(shù)setTimeout

我們知道setTimeout的第一個參數(shù)是一個函數(shù)，第二個參數(shù)則是延遲的時間。在下面例子中，

function fn() {
 console.log('this is test.')
}
var timer = setTimeout(fn, 1000);
console.log(timer);

執(zhí)行上面的代碼，變量timer的值，會立即輸出出來，表示setTimeout這個函數(shù)本身已經(jīng)執(zhí)行完畢了。但是一秒鐘之后，fn才會被執(zhí)行。這是為什么？

按道理來說，既然fn被作為參數(shù)傳入了setTimeout中，那么fn將會被保存在setTimeout變量對象中，setTimeout執(zhí)行完畢之后，它的變量對象也就不存在了?？墒鞘聦嵣喜⒉皇沁@樣。至少在這一秒鐘的事件里，它仍然是存在的。這正是因為閉包。

很顯然，這是在函數(shù)的內(nèi)部實現(xiàn)中，setTimeout通過特殊的方式，保留了fn的引用，讓setTimeout的變量對象，并沒有在其執(zhí)行完畢后被垃圾收集器回收。因此setTimeout執(zhí)行結(jié)束后一秒，我們?nèi)稳荒軌驁?zhí)行fn函數(shù)。

回調(diào)函數(shù)

在上面的例子中，我們已經(jīng)解釋過了回調(diào)函數(shù)。所以就不再多說。

柯里化

在函數(shù)式編程中，利用閉包能夠?qū)崿F(xiàn)很多炫酷的功能，柯里化算是其中一種。關(guān)于柯里化，我會在以后詳解函數(shù)式編程的時候仔細總結(jié)。

模塊

在我看來，模塊是閉包最強大的一個應(yīng)用場景。如果你是初學(xué)者，對于模塊的了解可以暫時不用放在心上，因為理解模塊需要更多的基礎(chǔ)知識。但是如果你已經(jīng)有了很多JavaScript的使用經(jīng)驗，在徹底了解了閉包之后，不妨借助本文介紹的作用域鏈與閉包的思路，重新理一理關(guān)于模塊的知識。這對于我們理解各種各樣的設(shè)計模式具有莫大的幫助。

(function () {
 var a = 10;
 var b = 20;

 function add(num1, num2) {
 var num1 = !!num1 ? num1 : a;
 var num2 = !!num2 ? num2 : b;

 return num1 + num2;
 }

 window.add = add;
})();

在上面的例子中，我使用函數(shù)自執(zhí)行的方式，創(chuàng)建了一個模塊。方法add被作為一個閉包，對外暴露了一個公共方法。而變量a，b被作為私有變量。在面向?qū)ο蟮拈_發(fā)中，我們常常需要考慮是將變量作為私有變量，還是放在構(gòu)造函數(shù)中的this中，因此理解閉包，以及原型鏈是一個非常重要的事情。模塊十分重要，因此我會在以后的文章專門介紹，這里就暫時不多說啦。

為了驗證自己有沒有搞懂作用域鏈與閉包，這里留下一個經(jīng)典的思考題，常常也會在面試中被問到。

利用閉包，修改下面的代碼，讓循環(huán)輸出的結(jié)果依次為1， 2， 3， 4， 5

for (var i=1; i<=5; i++) { 
 setTimeout( function timer() {
 console.log(i);
 }, i*1000 );
}

關(guān)于作用域鏈的與閉包我就總結(jié)完了，雖然我自認為我是說得非常清晰了，但是我知道理解閉包并不是一件簡單的事情，所以如果你有什么問題，可以在評論中問我，留言必回。你也可以帶著從別的地方?jīng)]有看懂的例子在評論中留言。大家一起學(xué)習(xí)進步。

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