5 điều gây rò rỉ bộ nhớ (memory leak) trong Node.js và cách khắc phục

Vấn đề

Rò rỉ bộ nhớ là hiện tượng ứng dụng không thể giải phóng bộ nhớ không cần dùng đến nữa trong quá trình hoạt động. Có thể ban đầu ứng dụng chạy rất mượt mà nhưng sau một thời gian lại trở nên chậm chạm, thậm chí giật lác khiến chúng bị "crash" và thứ bạn nhìn thấy lúc này rất có thể là thông báo JavaScript heap out of memory ở đâu đó trong console.

V8 trong Node.js được cung cấp mặc định 4GB cho dữ liệu cấp phát động hay còn gọi là Heap. Giới hạn này có thể tăng thêm nhưng đổi lại là hiệu năng của ứng dụng sẽ giảm sút. Các kiểu dữ liệu tham chiếu như Object, Function, Array sẽ được lưu trữ trong Heap. Chính vì thế nếu như quá nhiều đối tượng kể trên được cấp phát trong thời gian chạy (runtime) của ứng dụng sẽ gây ra hiện tượng tràn bộ nhớ.

Nếu đã biết được nguyên nhân sâu xa gây ra hiện tượng tràn bộ nhớ thì dưới đây là 5 điều phổ biến dẫn đến việc rò rỉ bộ nhớ cho đến khi không còn để mà rò rỉ nữa.

5 điều gây rò rỉ bộ nhớ

Khai báo biến toàn cục (Global Variables)

Biến toàn cục là các biến được khai báo với var hoặc this hoặc với cả các biến không được khai báo bằng từ khoá nào cả. Khi không được khai báo với từ khoá mặc định nó sẽ được gán vào window đối với trình duyệt.

function variables() {
  this.a = "Variable one";
  var b = "Variable two";
  c = "Variable three";
}

Những biến này sẽ không được trình thu gom rác của V8 giải phóng cho đến khi chúng được đặt thành null. Hãy đảm bảo rằng bạn kiểm soát được các biến mà bạn tạo ra khi khai báo toàn cục. Thận trọng hơn hãy sử dụng use strict để trình biên dịch cảnh báo bạn mỗi khi khai báo biến toàn cục.

Cần lưu ý khi sử dụng biến toàn cục để lưu trữ Object hay Array. Chúng sẽ không được giải phóng cho đến khi bạn đặt thành null, hay có thể dữ liệu lưu trữ bên trong nhiều lên đến mức mất kiểm soát, do đó chiếm một phần lớn bộ nhớ Heap.

Chia quá trình xử lý dữ liệu lớn thành các quá trình chunks và spawn

Điều gì sẽ xảy ra khi bạn cố gắng lấy ra hết vài triệu bản ghi trong cơ sở dữ liệu vào một đối tượng. Hay là đọc hết 1 triệu hàng trong file excel rồi xử lý chúng qua 77 49 bước nữa? Tin tôi đi khả năng cao bạn sẽ nhận được thông báo "Heap out of memory" trước khi mà có thể tiếp tục xử lý được đấy. Vì lúc này dữ liệu được nạp vào quá lớn sẽ khiến Heap nhanh chóng bị lấp đầy đến khi không còn chỗ chứa. Chưa kể đến việc xử lý dữ liệu trên một đối tượng lớn như thế sẽ khiến ứng dụng của bạn trở nên chậm chạm và gây ra nhiều vấn đề khác.

Có nhiều cách để giải quyết trường hợp này, nhưng phổ biến là các trường hợp chia nhỏ (chunks) từng phần dữ liệu ra để xử lý. Còn để tăng tốc xử lý thì hãy tạo thêm (spawn) một số tiến trình con trong Node như trong bài viết Worker threads là gì? Bạn đã biết khi nào thì sử dụng Worker threads trong node.js chưa? mà tôi đã đề cập trước đó.

Cẩn thận với setInterval

setInterval là một hàm cho phép chúng ta lặp lại một tác vụ sau mỗi một thời gian nhất định. Sẽ không có gì khi bạn kiểm soát được số lượng các hàm setInterval. Nhưng việc không kiểm soát được cộng thêm nhiệm vụ nặng nề mà chúng phải gánh vác thì khả năng cao lượng bộ nhớ được phân bổ mất kiểm soát càng nhiều. Vì thế hãy đảm bảo clearTimeout được gọi khi setInterval không còn cần thiết nữa.

const arr = [];
 
const interval = setInterval(() => {
  arr.push(new Date());
}, 1000);

clearInterval(interval);

Loại bỏ các biến không dùng nữa khỏi Closure

Mặc dù Closure gây ra nhiều tranh cãi về việc nó gây ra rò rỉ bộ nhớ hay không tuy nhiên nhìn vào cách nó vẫn lưu giữ được giá trị của các biến ngay cả khi hàm đã return thể hiện rằng Heap vẫn phải chịu một phần chi phí lưu trữ này.

Ví dụ một hàm Closure sau:

const fn = () => {
  let Person1 = { name: "2coffee", age: 19 };
  let Person2 = { name: "hoaitx", age: 20 };
 
  return () => Person2;
};

Sau khi fn() được gọi và thực thi xong Person1 sẽ được giải phóng nhưng Person2 thì không bởi vì nó vẫn bị tham chiếu đến trong hàm trả về (return).

Unsubscribe khỏi Observers và Event Emiter

Observers và Event Emiter cũng có vấn đề tương tự như setInterval ở trên. Giữ các Observers trong thời gian dài có thể gây ra rò rỉ bộ nhớ. Hãy huỷ theo dõi các Observers bất cứ khi nào bạn không còn cần đến chúng.

Ví dụ:

const EventEmitter = require("events").EventEmitter;
const emitter = new EventEmitter();
 
const bigObject = {};
const listener = () => {
  doSomethingWith(bigObject);
};

emitter.on("event1", listener);

bigObject sẽ bị giữ lại cho đến khi listener được huỷ theo dõi.

emitter.removeEventListener("event1", listener);

Ngay cả Node.js cũng cảnh báo việc rò rỉ bộ nhớ nếu có hơn 10 trình lắng nghe sự kiện được gắn vào 1 bộ phát sự kiện.

emitter.on("event1", listener);
emitter.on("event2", listener2);
...
emitter.on("eventN", listenerN);

// sẽ nhận được cảnh báo giống như
// "(node) warning: possible EventEmitter memory leak detected. N listeners added. Use emitter.setMaxListeners() to increase limit."

Tổng kết

Phần lớn hiện tượng rò rỉ bộ nhớ khó phát hiện sớm cho đến khi bạn ứng dụng của bạn đột ngột lăn ra chết. Lúc này việc của bạn là phải tìm ra nguyên nhân và khắc phục sớm nhất có thể. Dựa vào 5 điều trên hy vọng sẽ giúp ích được cho bạn trong quá trình sửa chữa những sai lầm đó.

Nếu bạn còn phát hiện thêm những trường hợp nào có thể gây ra hiện tượng rò rỉ bộ nhớ cũng như cách để khắc phục thì hãy bình luận phía dưới cho mọi người cùng biết nhé!

Tham khảo:

• https://blog.appsignal.com/2022/09/28/minimize-heap-allocations-in-nodejs.html