讨论 JavaScript WeakRef 和 FinalizationRegistry (ES2021) 在实现缓存、对象池等高级内存管理策略中的应用，以及潜在的陷阱。

欢迎来到我的内存管理小课堂！今天咱们聊聊JavaScript里两个有点“玄乎”但又特别有用的家伙：WeakRef 和 FinalizationRegistry。这两个兄弟在ES2021里崭露头角，给咱们搞缓存、对象池这些高级玩意儿提供了新的思路。但用不好，也容易掉坑里。所以，咱们得好好唠唠。

开场白：JavaScript的“佛系”垃圾回收

JavaScript的垃圾回收机制，说白了就是自动的内存管理。它负责找出那些不再使用的对象，然后把它们占用的内存释放掉。这听起来很美好，但问题在于，垃圾回收器啥时候行动，咱们开发者说了不算。它就像一个佛系的清洁工，心情好了就来扫扫地，心情不好就歇着。

这种“佛系”的回收方式，有时候会让我们在内存管理上束手束脚。比如，你想搞一个缓存，把一些常用的对象存起来，下次用的时候直接拿，不用重新创建。但如果垃圾回收器觉得这些对象没用了，直接给回收了，你的缓存就白费了。

这时候，WeakRef 和 FinalizationRegistry 就派上用场了。它们就像是给垃圾回收器加了点“人为干预”，让咱们在内存管理上有了更多的掌控权。

第一节课：WeakRef——“弱引用”的艺术

WeakRef，顾名思义，就是一种“弱引用”。啥是弱引用呢？简单来说，就是一种不会阻止垃圾回收器回收对象的引用。

正常情况下，如果你用一个变量指向一个对象，那么这个对象就不会被垃圾回收器回收，因为还有人“引用”着它。但如果你用 WeakRef 指向一个对象，那么垃圾回收器想回收这个对象的时候，照样会回收，不会因为 WeakRef 的存在而手下留情。

这有什么用呢？最大的用处就是可以用来实现缓存。你可以把一个对象用 WeakRef 包裹起来，放到缓存里。如果垃圾回收器回收了这个对象，那么 WeakRef 就会变成 undefined，你就知道这个对象已经不在了，可以从缓存里移除。

代码示例：用 WeakRef 实现简单的缓存

class Cache {
  constructor() {
    this.cache = new Map();
  }

  get(key) {
    const ref = this.cache.get(key);
    if (ref) {
      const value = ref.deref(); // .deref() 用于获取 WeakRef 引用的对象
      if (value) {
        console.log(`Cache hit for key: ${key}`);
        return value;
      } else {
        console.log(`Cache miss for key: ${key} (object was garbage collected)`);
        this.cache.delete(key); // 清理缓存
        return undefined;
      }
    } else {
      console.log(`Cache miss for key: ${key}`);
      return undefined;
    }
  }

  set(key, value) {
    this.cache.set(key, new WeakRef(value));
    console.log(`Added key: ${key} to cache`);
  }
}

// 使用示例
const cache = new Cache();
let obj = { name: 'Alice', age: 30 };

cache.set('user', obj); // 将对象添加到缓存

let cachedObj = cache.get('user'); // 从缓存中获取对象
console.log(cachedObj); // 输出: { name: 'Alice', age: 30 }

obj = null; // 断开对对象的强引用
//obj = undefined;

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收对象
setTimeout(() => {
  cachedObj = cache.get('user'); // 再次从缓存中获取对象
  console.log(cachedObj); // 输出: undefined (如果对象被回收)
}, 1000);

在这个例子中，我们用 WeakRef 把对象包裹起来，存到 Map 里面。当我们从缓存中获取对象的时候，先用 deref() 方法获取 WeakRef 引用的对象。如果对象还存在，就返回它；如果对象已经被垃圾回收器回收了，deref() 方法就会返回 undefined，我们就知道这个对象已经不在了，可以从缓存里移除。

重点：deref() 方法

WeakRef 对象有一个 deref() 方法，用于获取它引用的对象。如果对象还存在，deref() 方法就返回这个对象；如果对象已经被垃圾回收器回收了，deref() 方法就返回 undefined。

第二节课：FinalizationRegistry——“临终遗言”的记录员

FinalizationRegistry 就像是一个临终关怀机构，它可以在对象被垃圾回收器回收之前，执行一些清理工作。你可以把一个对象和一个清理函数注册到 FinalizationRegistry 中。当垃圾回收器准备回收这个对象的时候，会先执行这个清理函数，然后再回收对象。

这有什么用呢？最大的用处就是可以用来释放一些外部资源。比如，你创建了一个文件句柄，用完之后需要手动关闭。但如果忘记关闭了，这个文件句柄就会一直占用资源。你可以把这个文件句柄和一个关闭函数注册到 FinalizationRegistry 中。当垃圾回收器准备回收这个文件句柄的时候，会先执行关闭函数，然后再回收文件句柄，这样就可以保证文件句柄在使用完之后一定会被关闭。

代码示例：用 FinalizationRegistry 释放外部资源

class Resource {
  constructor() {
    this.id = Math.random();
    console.log(`Resource ${this.id} created.`);
  }

  close() {
    console.log(`Resource ${this.id} closed.`);
  }
}

const registry = new FinalizationRegistry(heldValue => {
  heldValue.close();
});

let resource = new Resource();
registry.register(resource, resource); // 注册对象和清理函数

resource = null; // 断开对对象的强引用

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收对象
setTimeout(() => {
  console.log('垃圾回收可能发生...');
}, 2000);

在这个例子中，我们创建了一个 Resource 类，它有一个 close() 方法，用于释放外部资源。我们还创建了一个 FinalizationRegistry 对象，并把 Resource 对象和 close() 方法注册到 FinalizationRegistry 中。当我们把 resource 变量设置为 null 的时候，就断开了对 Resource 对象的强引用。当垃圾回收器准备回收 Resource 对象的时候，会先执行 close() 方法，然后再回收 Resource 对象。

重点：register() 方法

FinalizationRegistry 对象有一个 register() 方法，用于注册对象和清理函数。这个方法接受两个参数：

• 要注册的对象
• 清理函数

第三节课：WeakRef + FinalizationRegistry = 完美搭档？

WeakRef 和 FinalizationRegistry 可以一起使用，实现更复杂的内存管理策略。比如，你可以用 WeakRef 来缓存对象，用 FinalizationRegistry 来释放对象占用的外部资源。

代码示例：WeakRef + FinalizationRegistry 实现带资源释放的缓存

class CachedResource {
    constructor(resourceId) {
        this.resourceId = resourceId;
        this.data = `Data for resource ${resourceId}`;
        console.log(`Resource ${resourceId} created`);
    }

    cleanup() {
        console.log(`Cleaning up resource ${this.resourceId}`);
        // Simulate resource cleanup (e.g., closing a file, releasing memory)
    }
}

const cache = new Map();
const finalizationRegistry = new FinalizationRegistry(resourceId => {
    console.log(`Resource ${resourceId} finalized and removed from cache.`);
    cache.delete(resourceId);
});

function getResource(resourceId) {
    const cachedRef = cache.get(resourceId);

    if (cachedRef) {
        const cachedResource = cachedRef.deref();
        if (cachedResource) {
            console.log(`Cache hit for resource ${resourceId}`);
            return cachedResource;
        } else {
            console.log(`Resource ${resourceId} was garbage collected. Removing from cache.`);
            cache.delete(resourceId);
        }
    }

    console.log(`Cache miss for resource ${resourceId}. Creating new resource.`);
    const newResource = new CachedResource(resourceId);
    const weakRef = new WeakRef(newResource);
    cache.set(resourceId, weakRef);
    finalizationRegistry.register(newResource, newResource.resourceId, weakRef); // Important: pass the resourceId as held value

    return newResource;
}

// Usage
let resource1 = getResource(1);
let resource2 = getResource(2);

resource1 = null;
resource2 = null;

// Force garbage collection (not reliable and depends on environment)
// This is just for demonstration purposes.  Don't rely on this in production.

setTimeout(() => {
    console.log("Potentially garbage collecting...");

    // Explicitly ask for GC.  Don't do this in real code (usually)
    if (global.gc) {
      global.gc();
    }

    setTimeout(() => {
      const res1 = getResource(1);
      console.log("Resource 1 after GC:", res1); // might be a new object or undefined
    }, 1000)

}, 2000);

在这个例子中，我们用 WeakRef 来缓存 CachedResource 对象，用 FinalizationRegistry 来释放 CachedResource 对象占用的外部资源。当我们从缓存中获取 CachedResource 对象的时候，先用 deref() 方法获取 WeakRef 引用的对象。如果对象还存在，就返回它；如果对象已经被垃圾回收器回收了，deref() 方法就会返回 undefined，我们就知道这个对象已经不在了，可以从缓存里移除。当垃圾回收器准备回收 CachedResource 对象的时候，会先执行 cleanup() 方法，然后再回收 CachedResource 对象。

第四节课：潜在的陷阱

WeakRef 和 FinalizationRegistry 虽然强大，但也存在一些潜在的陷阱。

1. 垃圾回收的时机不确定

   垃圾回收器啥时候行动，咱们开发者说了不算。这意味着你无法预测 WeakRef 啥时候会变成 undefined，也无法预测 FinalizationRegistry 啥时候会执行清理函数。这可能会导致一些意外的情况。

2. 清理函数可能会延迟执行

   垃圾回收器执行清理函数的时机也是不确定的。这意味着清理函数可能会延迟执行，甚至在程序退出之后才执行。这可能会导致一些资源泄漏的问题。

3. 循环引用

   如果 WeakRef 和 FinalizationRegistry 之间存在循环引用，可能会导致内存泄漏。比如，如果一个对象用 WeakRef 指向自己，同时又把这个对象注册到 FinalizationRegistry 中，那么这个对象就永远不会被垃圾回收器回收。

4. 过度使用

   WeakRef 和 FinalizationRegistry 并不是万能的。过度使用它们可能会导致代码变得复杂难懂，反而降低了程序的性能。

表格总结：WeakRef vs FinalizationRegistry

特性	WeakRef	FinalizationRegistry
作用	创建弱引用，不阻止垃圾回收	在对象被回收前执行清理工作
用途	缓存、对象池等	释放外部资源、清理副作用等
方法	deref()	register()
优点	可以避免内存泄漏	可以保证资源在使用完之后一定会被释放
缺点	垃圾回收时机不确定，可能导致意外情况	清理函数可能会延迟执行，可能导致资源泄漏
使用场景	需要缓存对象，但又不希望阻止垃圾回收	需要释放外部资源，但又无法保证手动释放
是否必须手动触发	否，由垃圾回收器触发	否，由垃圾回收器触发
依赖性	不依赖其他机制	通常与弱引用结合使用，确保对象在被回收前执行清理工作
适用范围	对长时间存活的对象进行管理，尤其是缓存	对需要释放资源的对象进行管理，例如文件句柄、网络连接等
性能影响	使用不当可能导致性能下降，需要谨慎使用	清理函数的执行会带来一定的性能开销，需要权衡

第五节课：最佳实践

1. 谨慎使用

   只有在确实需要的时候才使用 WeakRef 和 FinalizationRegistry。不要过度使用它们。

2. 避免循环引用

   尽量避免 WeakRef 和 FinalizationRegistry 之间存在循环引用。

3. 编写健壮的清理函数

   清理函数应该足够健壮，能够处理各种异常情况。

4. 测试你的代码

   使用 WeakRef 和 FinalizationRegistry 的代码需要进行充分的测试，以确保其正确性和可靠性。

5. 不要依赖强制垃圾回收

   虽然有些环境（比如 Node.js）提供了强制垃圾回收的 API（global.gc()），但是不要依赖它。垃圾回收器啥时候行动，咱们开发者说了不算。强制垃圾回收可能会导致性能问题，甚至导致程序崩溃。

总结：

WeakRef 和 FinalizationRegistry 是 JavaScript 中强大的内存管理工具，可以用来实现缓存、对象池等高级策略。但是，它们也存在一些潜在的陷阱。在使用它们的时候，需要谨慎小心，充分了解其原理和使用方法，才能避免掉坑里。

希望今天的课程对你有所帮助！ 下课！