专题系列 - Javascript闭包 - 《javascript》

定义
分析
缺点: 引起内存泄漏（释放内存）
作用:
必刷题
不起眼的开始
追问 1：闭包
追问 2：ES6
追问 3：ES7

定义

MDN 对闭包的定义为：

闭包是指那些能够访问自由变量的函数。

那什么是自由变量呢？

自由变量是指在函数中使用的，但既不是函数参数也不是函数的局部变量的变量。

由此，我们可以看出闭包共有两部分组成：

闭包 = 函数 + 函数能够访问的自由变量

举个例子：

var a = 1;
function foo() {
    console.log(a);
}
foo();

foo 函数可以访问变量 a，但是 a 既不是 foo 函数的局部变量，也不是 foo 函数的参数，所以 a 就是自由变量。
那么，函数 foo + foo 函数访问的自由变量 a 不就是构成了一个闭包嘛……
还真是这样的！
所以在《JavaScript权威指南》中就讲到：从技术的角度讲，所有的JavaScript函数都是闭包。
咦，这怎么跟我们平时看到的讲到的闭包不一样呢！？
别着急，这是理论上的闭包，其实还有一个实践角度上的闭包，让我们看看汤姆大叔翻译的关于闭包的文章中的定义：
ECMAScript中，闭包指的是：

从理论角度：所有的函数。因为它们都在创建的时候就将上层上下文的数据保存起来了。哪怕是简单的全局变量也是如此，因为函数中访问全局变量就相当于是在访问自由变量，这个时候使用最外层的作用域。
从实践角度：以下函数才算是闭包：
1. 即使创建它的上下文已经销毁，它仍然存在（比如，内部函数从父函数中返回）
2. 在代码中引用了自由变量

接下来就来讲讲实践上的闭包。

分析

让我们先写个例子，例子依然是来自《JavaScript权威指南》，稍微做点改动：

var scope = "global scope";
function checkscope(){
    var scope = "local scope";
    function f(){
        return scope;
    }
    return f;
}
var foo = checkscope();
foo();

首先我们要分析一下这段代码中执行上下文栈和执行上下文的变化情况。

进入全局代码，创建全局执行上下文，全局执行上下文压入执行上下文栈
全局执行上下文初始化
执行 checkscope 函数，创建 checkscope 函数执行上下文，checkscope 执行上下文被压入执行上下文栈
checkscope 执行上下文初始化，创建变量对象、作用域链、this等
checkscope 函数执行完毕，checkscope 执行上下文从执行上下文栈中弹出
执行 f 函数，创建 f 函数执行上下文，f 执行上下文被压入执行上下文栈
f 执行上下文初始化，创建变量对象、作用域链、this等
f 函数执行完毕，f 函数上下文从执行上下文栈中弹出

了解到这个过程，我们应该思考一个问题，那就是：
当 f 函数执行的时候，checkscope 函数上下文已经被销毁了啊(即从执行上下文栈中被弹出)，怎么还会读取到 checkscope 作用域下的 scope 值呢？
当我们了解了具体的执行过程后，我们知道 f 执行上下文维护了一个作用域链：

fContext = {
    Scope: [AO, checkscopeContext.AO, globalContext.VO],
}

对的，就是因为这个作用域链，f 函数依然可以读取到 checkscopeContext.AO 的值，说明当 f 函数引用了 checkscopeContext.AO 中的值的时候，即使 checkscopeContext 被销毁了，但是 JavaScript 依然会让 checkscopeContext.AO 活在内存中，f 函数依然可以通过 f 函数的作用域链找到它，正是因为 JavaScript 做到了这一点，从而实现了闭包这个概念。
所以，让我们再看一遍实践角度上闭包的定义：

即使创建它的上下文已经销毁，它仍然存在（比如，内部函数从父函数中返回）
在代码中引用了自由变量

在这里再补充一个《JavaScript权威指南》英文原版对闭包的定义:

This combination of a function object and a scope (a set of variable bindings) in which the function’s variables are resolved is called a closure in the computer science literature.

闭包在计算机科学中也只是一个普通的概念，大家不要去想得太复杂。

缺点: 引起内存泄漏（释放内存）

作用:

使用闭包修正打印值
实现柯里化
实现node commonJs 模块化, 实现私有变量
保持变量与函数活性, 可延迟回收和执行

必刷题

接下来，看这道刷题必刷，面试必考的闭包题：

var data = [];
for (var i = 0; i < 3; i++) {
  data[i] = function () {
    console.log(i);
  };
}
data[0]();
data[1]();
data[2]();

答案是都是 3，让我们分析一下原因：
当执行到 data[0] 函数之前，此时全局上下文的 VO 为：

globalContext = {
    VO: {
        data: [...],
        i: 3
    }
}

当执行 data[0] 函数的时候，data[0] 函数的作用域链为：

data[0]Context = {
    Scope: [AO, globalContext.VO]
}

data[0]Context 的 AO 并没有 i 值，所以会从 globalContext.VO 中查找，i 为 3，所以打印的结果就是 3。
data[1] 和 data[2] 是一样的道理。
所以让我们改成闭包看看：

var data = [];
for (var i = 0; i < 3; i++) {
  data[i] = (function (i) {
        return function(){
            console.log(i);
        }
  })(i);
}
data[0]();
data[1]();
data[2]();

当执行到 data[0] 函数之前，此时全局上下文的 VO 为：

globalContext = {
    VO: {
        data: [...],
        i: 3
    }
}

跟没改之前一模一样。
当执行 data[0] 函数的时候，data[0] 函数的作用域链发生了改变：

data[0]Context = {
    Scope: [AO, 匿名函数Context.AO globalContext.VO]
}

匿名函数执行上下文的AO为：

匿名函数Context = {
    AO: {
        arguments: {
            0: 0,
            length: 1
        },
        i: 0
    }
}

data[0]Context 的 AO 并没有 i 值，所以会沿着作用域链从匿名函数 Context.AO 中查找，这时候就会找 i 为 0，找到了就不会往 globalContext.VO 中查找了，即使 globalContext.VO 也有 i 的值(值为3)，所以打印的结果就是0。
data[1] 和 data[2] 是一样的道理。

不起眼的开始

招聘前端工程师，尤其是中高级前端工程师，扎实的 JS 基础绝对是必要条件，基础不扎实的工程师在面对前端开发中的各种问题时大概率会束手无策。在考察候选人 JS 基础的时候，我经常会提供下面这段代码，然后让候选人分析它实际运行的结果：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {
        console.log(new Date, i);
    }, 1000);
}
console.log(new Date, i);复制代码

这段代码很短，只有 7 行，我想，能读到这里的同学应该不需要我逐行解释这段代码在做什么吧。候选人面对这段代码时给出的结果也不尽相同，以下是典型的答案：

A. 20% 的人会快速扫描代码，然后给出结果：0,1,2,3,4,5；
B. 30% 的人会拿着代码逐行看，然后给出结果：5,0,1,2,3,4；
C. 50% 的人会拿着代码仔细琢磨，然后给出结果：5,5,5,5,5,5；

只要你对 JS 中同步和异步代码的区别、变量作用域、闭包等概念有正确的理解，就知道正确答案是 C，代码的实际输出是：

2017-03-18T00:43:45.873Z 5
2017-03-18T00:43:46.866Z 5
2017-03-18T00:43:46.868Z 5
2017-03-18T00:43:46.868Z 5
2017-03-18T00:43:46.868Z 5
2017-03-18T00:43:46.868Z 5复制代码

接下来我会追问：如果我们约定，用箭头表示其前后的两次输出之间有 1 秒的时间间隔，而逗号表示其前后的两次输出之间的时间间隔可以忽略，代码实际运行的结果该如何描述？会有下面两种答案：

A. 60% 的人会描述为：5 -> 5 -> 5 -> 5 -> 5，即每个 5 之间都有 1 秒的时间间隔；
B. 40% 的人会描述为：5 -> 5,5,5,5,5，即第 1 个 5 直接输出，1 秒之后，输出 5 个 5；

这就要求候选人对 JS 中的定时器工作机制非常熟悉，循环执行过程中，几乎同时设置了 5 个定时器，一般情况下，这些定时器都会在 1 秒之后触发，而循环完的输出是立即执行的，显而易见，正确的描述是 B。
如果到这里算是及格的话，100 个人参加面试只有 20 人能及格，读到这里的同学可以仔细思考，你及格了么？

追问 1：闭包

如果这道题仅仅是考察候选人对 JS 异步代码、变量作用域的理解，局限性未免太大，接下来我会追问，如果期望代码的输出变成：5 -> 0,1,2,3,4，该怎么改造代码？熟悉闭包的同学很快能给出下面的解决办法：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    (function(j) {  // j = i
        setTimeout(function() {
            console.log(new Date, j);
        }, 1000);
    })(i);
}
console.log(new Date, i);复制代码

巧妙的利用 IIFE（Immediately Invoked Function Expression：声明即执行的函数表达式）来解决闭包造成的问题，确实是不错的思路，但是初学者可能并不觉得这样的代码很好懂，至少笔者初入门的时候这里琢磨了一会儿才真正理解。
增补：如果有同学给出如下的解决方案，则说明他是一个仔细看API 文档的人，这种习惯会让他学习的时候少走弯路，具体代码如下：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function(j) {
        console.log(new Date, j);
    }, 1000, i);
}
console.log(new Date, i);复制代码

有没有更符合直觉的做法？答案是有，我们只需要对循环体稍做手脚，让负责输出的那段代码能拿到每次循环的 i 值即可。该怎么做呢？利用 JS 中基本类型（Primitive Type）的参数传递是按值传递（Pass by Value）的特征，不难改造出下面的代码：

var output = function (i) {
    setTimeout(function() {
        console.log(new Date, i);
    }, 1000);
};
for (var i = 0; i < 5; i++) {
    output(i);  // 这里传过去的 i 值被复制了
}
console.log(new Date, i);复制代码

能给出上述 2 种解决方案的候选人可以认为对 JS 基础的理解和运用是不错的，可以各加 10 分。当然实际面试中还有候选人给出如下的代码：

for (let i = 0; i < 5; i++) {
    setTimeout(function() {
        console.log(new Date, i);
    }, 1000);
}
console.log(new Date, i);复制代码

细心的同学会发现，这里只有个非常细微的变动，即使用 ES6 块级作用域（Block Scope）中的 let 替代了 var，但是代码在实际运行时会报错，因为最后那个输出使用的 i 在其所在的作用域中并不存在，i 只存在于循环内部。
能想到 ES6 特性的同学虽然没有答对，但是展示了自己对 ES6 的了解，可以加 5 分，继续进行下面的追问。

追问 2：ES6

有经验的前端同学读到这里可能有些不耐烦了，扯了这么多，都是他知道的内容，先别着急，挑战的难度会继续增加。
接着上文继续追问：如果期望代码的输出变成 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5，并且要求原有的代码块中的循环和两处 console.log 不变，该怎么改造代码？新的需求可以精确的描述为：代码执行时，立即输出 0，之后每隔 1 秒依次输出 1,2,3,4，循环结束后在大概第 5 秒的时候输出 5（这里使用大概，是为了避免钻牛角尖的同学陷进去，因为 JS 中的定时器触发时机有可能是不确定的，具体可参见 How Javascript Timers Work）。
看到这里，部分同学会给出下面的可行解：

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    (function(j) {
        setTimeout(function() {
            console.log(new Date, j);
        }, 1000 * j);  // 这里修改 0~4 的定时器时间
    })(i);
}
setTimeout(function() { // 这里增加定时器，超时设置为 5 秒
    console.log(new Date, i);
}, 1000 * i);复制代码

不得不承认，这种做法虽粗暴有效，但是不算是能额外加分的方案。如果把这次的需求抽象为：在系列异步操作完成（每次循环都产生了 1 个异步操作）之后，再做其他的事情，代码该怎么组织？聪明的你是不是想起了什么？对，就是 Promise。
可能有的同学会问，不就是在控制台输出几个数字么？至于这样杀鸡用牛刀？你要知道，面试官真正想考察的是候选人是否具备某种能力和素质，因为在现代的前端开发中，处理异步的代码随处可见，熟悉和掌握异步操作的流程控制是成为合格开发者的基本功。
顺着下来，不难给出基于 Promise 的解决方案（既然 Promise 是 ES6 中的新特性，我们的新代码使用 ES6 编写是不是会更好？如果你这么写了，大概率会让面试官心生好感）：

const tasks = [];
for (var i = 0; i < 5; i++) {   // 这里 i 的声明不能改成 let，如果要改该怎么做？
    ((j) => {
        tasks.push(new Promise((resolve) => {
            setTimeout(() => {
                console.log(new Date, j);
                resolve();  // 这里一定要 resolve，否则代码不会按预期 work
            }, 1000 * j);   // 定时器的超时时间逐步增加
        }));
    })(i);
}
Promise.all(tasks).then(() => {
    setTimeout(() => {
        console.log(new Date, i);
    }, 1000);   // 注意这里只需要把超时设置为 1 秒
});复制代码

相比而言，笔者更倾向于下面这样看起来更简洁的代码，要知道编程风格也是很多面试官重点考察的点，代码阅读时的颗粒度更小，模块化更好，无疑会是加分点。

const tasks = []; // 这里存放异步操作的 Promise
const output = (i) => new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() => {
        console.log(new Date, i);
        resolve();
    }, 1000 * i);
});
// 生成全部的异步操作
for (var i = 0; i < 5; i++) {
    tasks.push(output(i));
}
// 异步操作完成之后，输出最后的 i
Promise.all(tasks).then(() => {
    setTimeout(() => {
        console.log(new Date, i);
    }, 1000);
});复制代码

读到这里的同学，恭喜你，你下次面试遇到类似的问题，至少能拿到 80 分。
我们都知道使用 Promise 处理异步代码比回调机制让代码可读性更高，但是使用 Promise 的问题也很明显，即如果没有处理 Promise 的 reject，会导致错误被丢进黑洞，好在新版的 Chrome 和 Node 7.x 能对未处理的异常给出 Unhandled Rejection Warning，而排查这些错误还需要一些特别的技巧（浏览器、Node.js）。

追问 3：ES7

既然你都看到这里了，那就再坚持 2 分钟，接下来的内容会让你明白你的坚持是值得的。
多数面试官在决定聘用某个候选人之前还需要考察另外一项重要能力，即技术自驱力，直白的说就是候选人像有内部的马达在驱动他，用漂亮的方式解决工程领域的问题，不断的跟随业务和技术变得越来越牛逼，究竟什么是牛逼？建议阅读程序人生的这篇剖析。
回到正题，既然 Promise 已经被拿下，如何使用 ES7 中的 async/await 特性来让这段代码变的更简洁？你是否能够根据自己目前掌握的知识给出答案？请在这里暂停 1 分钟，思考下。
下面是笔者给出的参考代码：

// 模拟其他语言中的 sleep，实际上可以是任何异步操作
const sleep = (timeountMS) => new Promise((resolve) => {
    setTimeout(resolve, timeountMS);
});
(async () => {  // 声明即执行的 async 函数表达式
    for (var i = 0; i < 5; i++) {
        if (i > 0) {
            await sleep(1000);
        }
        console.log(new Date, i);
    }
    await sleep(1000);
    console.log(new Date, i);
})();