JavaScript 闭包详解

Question

继上一篇文章 JavaScript 脚本编译与执行过程简述，再来介绍一下 JavaScript 中神奇的闭包（Closure）。

闭包是基于词法作用域书写代码时所产生的自然结果。

JavaScript 语言是采用了词法作用域。一般情况下，函数、变量的作用域在编写的时候已经确定且不可改变的。除了 eval、with 之外，它们会在运行的时候“修改”词法作用域，但实际项目中，几乎很少用到它们，欺骗词法作用域会有性能问题，我们可以忽略。

还有，千万别把 this 跟作用域混淆在一起，this 与函数调用有关，可以说是“动态”的。而作用域是静态的，跟函数怎样调用没关系。词法作用域也被叫做“静态作用域”。

若对词法作用域、执行上下文、变量对象、作用域链等内容不熟悉的话，建议先学习相关知识。到时回来再看闭包的时候，就非常容易理解了。

• JavaScript 深入系列 15 篇（冴羽）
• JavaScript 专题（Veda）

一、概念

无论网上文章，还是各类书籍，对闭包的定义都不尽相同。列举几个：

• MDN：闭包是指那些能够访问自由变量的函数。
• 《JavaScript 高级程序设计》：闭包指的是那些引用了另一个函数作用域中变量的函数。
• 《你不知道的 JavaScript》：闭包是代码块和创建该代码块的上下文中数据的结合。

讲实话，我也不知道以上哪个说法更贴切、更符合。当了解作用域链之后，就很容易理解闭包了。

上面提到了自由变量一词，

自由变量（Free Variable）：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。

var a = 1
function foo() {
  var b = 2 // b 不是自由变量
  console.log(a) //  a 是自由变量
}
foo()

在 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：

  • 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。

就我个人认为，闭包不是一个函数，它是一种机制，用于访问自由变量。闭包不是 JavaScript 中专有术语，在上世纪很早就被提出来了，在其他语言（如 Ruby 语言）中，闭包可以是一个过程对象，一个 Lambda 表达式或者是代码块。

二、Chrome 眼中的闭包

其实上面概念可能很多人都不理解，但问题不大，我们先看看 Chrome 眼中的闭包是长怎么样的。

举个例子：

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

var f = foo()
f() // 1

相信很多人都知道，函数 foo 就是一个闭包，通过 Chrome 断点调试可以从视角感知。

但是我们稍微修改一下，

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

var f = foo()
f()

此时 a 是全局上下文的变量，尽管对于函数 bar 来说 a 属于自由变量，但它不是 foo 函数上下文内声明的变量，因此 foo 就不是闭包。

总结：在函数 A（如 foo）中存在某个函数 B（如 bar，且必须是在 A 中定义的），且 B 内至少引用了 A 中的一个“变量”，那么函数 A 就是一个闭包。

请注意，与函数 B 的调用方式没关系。无论 B 是在 foo 内部被调用，还是作为返回值返回，然后在别处调用。

再看一个例子：

function foo() {
  var b = () => {
    // 由于 b 是箭头函数，内部没有 arguments 对象，
    // 所以这个 arguments 对象是 foo 中变量对象的一员，
    // 因此 foo 也是一个闭包。
    console.log(arguments)
  }
  return b
}

var f = foo('foo')
f() // { 0: 'foo', length: 1 }

上述这个示例，是为了提醒 B 对 A 中的某个“变量”（指变量、函数、arguments、形参等）的引用，不仅仅是通过 var、function、let、const、class 等关键字显式声明的，还可以是 arguments 对象、形参。换句话说，就是 AO 中的所有变量。

再看，下面示例中 foo 是闭包吗？

function foo(fn) {
  var a = 'local'
  fn()
}

function bar() {
  console.log(a)
}

var a = 'global'

foo(bar) // "global"

答案是 NO。前面总结过一个函数要成为闭包，该函数（foo）内部必须存在另外一个函数（fn），且 fn 内需要 foo 中的某个变量。那不正好引用了 foo 中的变量 a 吗？显然，这理解是错误的。

根据词法作用域可知，函数 bar 的作用域链 [[scope]] 在声明时就已确定且不可变，只含 GlobalContext.VO，因此当查找自由变量 a 时，当 bar 的 AO 内查不到，下一步是前往全局对象下查找，于是就找到了 a 其值为 "global"。所以 fn 内部对 foo 构成不了引用，因此 foo 就不是闭包。

若到这里，对闭包还是懵懵懂懂的，这块引用的内容，请跳过。

突然间，我好像明白了为什么函数内部缺省声明关键字的变量（如 a = 1），在执行时才将其视为全局变量。

假设将其作为函数上下文的变量，要怎么做：

• 假设将其视为当前函数执行上下文的一个变量，那么 JS 引擎在进入执行上下文时，初始化工作量实在太多了，要通篇扫描当前上下文的声明语句和赋值语句，还要判别赋值语句是单纯地给已有变量赋值，还是上面提到的缺省声明情况。显然很影响效率和性能。
• 如果不通篇扫描，在执行代码的时候再更新到 AO 上，那么又会破坏 JavaScript 的词法作用域。似乎就变成了“动态作用域”。

但如果将其视为全局上下文的一个变量，上面的额外的工作都省了。但注意，它与全局声明的变量有些区别，前者可以被删除，而后者无法删除（原因可看这里）。在严格模式下对这种“隐式”声明全局变量的行为作为禁止，并抛出 SyntaxError。不确定是不是因为这个原因而被禁的。

这个是突然灵光一闪的，所以也 Mark 下来了。

综上所述，Chrome 浏览器眼中的闭包应该是这样的：

在某个函数 A 中存在另一个函数 B（函数 B 必须是在函数 A 中定义的），而且 B 内至少引用了 A 中的一个变量，那么当 B 在任意地方被调用时，函数 A 就是一个闭包。

其实，我认为概念不是很重要的...

三、更多示例

前面的示例，都相对比较简单和清晰的。再看多几个吧。

关于 Chrome 浏览器调试，在 Source 选项卡进行断点调试时，可以看到作用域、闭包的变化。

CallStack: 调用栈
Scope: 当前执行上下文的作用域链
  Local   // 当前 AO/VO 对象，但不完全是，我们也可以看到 this 指向
  Block   // 包含块级作用域 let、const、class 的变量
  Closure // 闭包
  modules // ESM 模块
  Script  // <script> 内所有 let、const、class 声明的变量
  Global  // 即 window，通过 var function 声明的全局变量，会放在这里

示例一

请问以下示例会不会产生闭包?（这道题不是考你 this 指向哈，别搞错了）

var name = 'Frankie'
var obj = {
  name: 'Mandy',
  sayHi: function () {
    return function () {
      console.log(this.name)
    }
  }
}

obj.sayHi()()

答案是 NO。我们可以在控制台看到。

然后再修改下，当 obj.sayHi() 返回的匿名函数被调用时，存在对 obj.sayHi 方法的引用。因此 obj.sayHi 就是一个闭包。

var name = 'Frankie'
var obj = {
  name: 'Mandy',
  sayHi: function () {
    var _this = this
    return function () {
      console.log(_this.name)
    }
  }
}

obj.sayHi()()

我们知道箭头函数内部不存在 this，因此无论 obj.sayHi() 返回的匿名箭头函数怎样调用，最终 this 都指向 obj 对象。但我的疑问在于，以下示例会不会产生闭包？

var name = 'Frankie'
var obj = {
  name: 'Mandy',
  sayHi: function () {
    return () => {
      console.log(this.name)
      // console.log(arguments) // arguments 会产生闭包，而 this 是不会的
    }
  }
}

obj.sayHi()()

答案还是 NO。其实我这里是有个疑问的，按道理箭头函数不存在 arguments 和 this 对象，若在监听函数内访问这两个对象，都应该产生闭包。但事实是，this 引用不会使得 sayHi 称为闭包。但是若箭头函数内引用了 arguments 对象，则会产生闭包。这一点要注意下！

示例二

经典面试题，哈哈！

for (var i = 1; i <= 3; i++) {
  setTimeout(function timer() {
    console.log(i)
  }, i * 1000)
}

上述示例打印结果是：3、3、3（时间间隔一秒）。如果要每间隔一秒分别输出：1、2、3，怎么处理？解决方案很简单。

解决方法一：

给 setTimeout 披一个函数，即多一层作用域。

for (var i = 1; i <= 3; i++) {
  (function fn(i) {
    setTimeout(function timer() {
      console.log(i)
    }, i * 1000)
  })(i)
}

我就不打断点了，直接从执行过程分析：

1. 全局代码开始执行
  ECStack = [ GlobalContext.VO ]

2. 开始执行 for 循环，fn 的函数上下文初始化如下，

  FunctionalContext<fn> = {
    AO: {
      arguments: {
        0: 1,
        length: 1
      }
      i: 1,
      timer: ƒ timer()
    },
    Scope: [ GlobalContext.VO, AO ],
    this: undefined
  }

  当 timer 声明的时候，它的 [[scope]] 就确定了，即 FunctionalContext<fn>.Scope
  由于 fn 内部存在一个函数 timer，且 timer 中的 i 引用了 fn 中的 AO 变量，
  因此 fn 形成闭包。

3. 后面两次循环同理...

4. 一秒后，会调用 timer 函数，然后进入 timer 函数执行上下文，并初始化：

  FunctionalContext<timer> = {
    AO: {
      arguments: {
        length: 0
      }
    },
    Scope: [ GlobalContext.VO, FunctionalContext<fn>.AO, AO ],
    this: undefined
  }

  执行 timer 内部代码时，要查找 a 变量，首先当前 AO 没有，
  接着往 FunctionalContext<fn>.AO 上面找，于是就找到了 a 为 1。
  然后 timer 执行完毕。

5. 又过了一秒，又会触发 timer 函数，过程同上。

6. 但注意每次循环执行的 fn 函数都不是同一个函数哦，它们原先执行上下文的 AO 对象
   被保存至 timer 函数 [[scope]] 里面了。
   因此，每次执行 timer 函数的时候，i 都是不一样的。

7. 所以按照这样去改造的话，就能每间隔一秒分别输出：1、2、3

解决方法二：使用 let 来声明变量 i。

首先请注意 for 语句两种方式的区别，如下：

/* 全局作用域 */
for (let i = 1; ;/* 块级作用域 1 */) {
  /* 块级作用域 2 */
}

/* 全局作用域 */
for (var j = 1; ;/* 全局作用域 */) {
  /* 全局作用域 */
}

for (let i = 1; i <= 3; i++) {
  setTimeout(function timer() {
    console.log(i)
  }, i * 1000)
}

三个作用域的体现：

四、我认为的闭包

在我的理解里， 每个 JavaScript 函数都是闭包。或者说某个函数引用了其作用域外的变量，那么这个函数可以被认为是闭包。

尽管 Chrome 浏览器不认同我的说法，也不会影响我理解和使用闭包，因为我已经知道了作用域链与闭包直接相关。

然后插一段（fei）话，不想看的话直接跳到下一节。

我在学习闭包的之前，先整体了 JS 整个加载、编译和执行过程。其实学习还是其他，都应该从宏观和微观的角度分析。它们的过程是循序渐进的。

我猜，可能还有挺多有一定经验的 JSer 不知道 JS 脚本是按块加载的。按块加载什么意思？比如我们的网页有两个 JS 脚本（即两对 <script> 标签）。JS 引擎会先对其中一块进行编译与执行的过程，完成之后，才开始对下一个脚本进行编译与执行。假设你不了解，可能误以为 JS 引擎会通篇扫描所有脚本的语法，然后再按顺序（或不按顺序）执行。这是不对的。

因此学习闭包也是一样的道理，请先了解 JavaScript 代码从编译到执行的过程。

编译阶段：
  词法分析
  语法分析
  代码生成

执行阶段：
  执行上下文栈
    出栈/入栈
  创建执行上下文
  初始化执行上下文：
    变量对象/活动对象（VO/AO）：
      创建时就确定函数的 [[scope]]（要学好闭包，这玩意要弄明白）
    作用域链（Scope Chain）
    This
  代码执行：
    闭包

词法作用域：
  什么是词法作用域？
  什么是动态作用域？

等这些内容都属性之后，再结合本文或其他大佬的文章，闭包就自然而然就懂了。如果跳过以上内容，直接看闭包，我认为是很难理解的，即使好像当时看懂了，但很快就会忘了。