JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript` 的 `WeakRef`：如何实现一个可观察的对象引用，用于缓存管理。

各位好，我是今天的主讲人，咱们今天聊聊JavaScript里一个有点“神秘”但又挺有用的家伙：WeakRef。这玩意儿啊，就像一个默默守护的备胎，在你需要的时候能帮你一把，但又不会强行霸占你的内存。我们今天要讲的就是如何利用它实现一个可观察的对象引用，以及它在缓存管理中的妙用。

开场白：不再害怕的垃圾回收器

在JavaScript的世界里，我们大部分时候都活得很潇洒，内存分配和回收的事情，统统交给V8引擎里的垃圾回收器（Garbage Collector, GC）去操心。但是，有时候，我们又不得不担心：如果我创建了一个对象，并把它放到了某个地方，GC会不会把它回收掉？如果回收了，我下次再去拿的时候，岂不是要报错？

这就是WeakRef要解决的问题。它允许我们创建一个指向对象的 弱引用 。这意味着，这个引用不会阻止GC回收该对象。如果对象被回收了，WeakRef会告诉你一声。

WeakRef：一个窥视对象的窗口

WeakRef 就像一扇窗户，你可以通过它 看到 对象，但你 不能阻止 对象被回收。

基本用法：

首先，我们来创建一个WeakRef：

const myObject = { name: "张三", age: 30 };
const weakRef = new WeakRef(myObject);

// 获取引用：
const dereferencedObject = weakRef.deref(); // 返回 myObject，如果对象已被回收，则返回 undefined

if (dereferencedObject) {
  console.log(dereferencedObject.name); // 输出 "张三"
} else {
  console.log("对象已经被回收了！");
}

代码解释：

• new WeakRef(myObject): 创建一个指向 myObject 的弱引用。
• weakRef.deref(): 尝试 解引用 WeakRef，也就是获取WeakRef引用的对象。如果对象还活着，它会返回该对象；如果对象已经被GC回收了，它会返回 undefined。

重要特性：

• 不会阻止回收： 最重要的特性，也是WeakRef的核心价值。WeakRef的存在不会阻止GC回收它所引用的对象。
• deref() 方法： 用于获取引用的对象。如果对象已被回收，则返回 undefined。
• 不可枚举： 你不能用 for...in 或 Object.keys() 枚举WeakRef实例的属性。
• 只能引用对象： WeakRef 只能引用对象，不能引用原始类型（例如：数字、字符串、布尔值）。 如果你尝试用原始类型创建一个 WeakRef，会抛出一个 TypeError。

FinalizationRegistry：垃圾回收的回调监听器

光有WeakRef还不够，我们还需要一个“监听器”，当对象被回收时，通知我们一声。这就是 FinalizationRegistry 的作用。

FinalizationRegistry 允许你注册一个回调函数，当某个对象被垃圾回收时，这个回调函数会被调用。

基本用法：

const registry = new FinalizationRegistry(
  (heldValue) => {
    console.log("对象被回收了，关联的值是:", heldValue);
    // 在这里进行清理操作，例如从缓存中移除
  }
);

const myObject = { name: "李四", age: 25 };
const weakRef = new WeakRef(myObject);

// 注册对象和回调：
registry.register(myObject, "myObjectId"); // 关联一个值 "myObjectId"

// ... 一段时间后，当 myObject 被回收时 ...

// 控制台输出： "对象被回收了，关联的值是: myObjectId"

代码解释：

• new FinalizationRegistry((heldValue) => { ... }): 创建一个 FinalizationRegistry 实例，并传入一个回调函数。这个回调函数会在对象被回收时被调用。 heldValue 是你在 register 方法中关联的值。
• registry.register(myObject, "myObjectId"): 将 myObject 注册到 FinalizationRegistry 中。当 myObject 被回收时，之前定义的回调函数会被调用，并且 heldValue 的值会是 "myObjectId"。
• 重要： FinalizationRegistry 的回调函数 不能 访问被回收的对象本身。 你只能访问你在 register 方法中关联的值 (heldValue)。 这是为了防止回调函数重新引用对象，导致对象无法被回收。

结合 WeakRef 和 FinalizationRegistry：实现可观察的对象引用

现在，我们把 WeakRef 和 FinalizationRegistry 结合起来，实现一个 可观察的对象引用。 这个引用可以让我们在对象被回收时，得到通知，并进行相应的处理。

class ObservableRef {
  constructor(object, cleanupCallback) {
    this.weakRef = new WeakRef(object);
    this.cleanupCallback = cleanupCallback;
    this.registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
      this.cleanupCallback(heldValue);
    });
    this.registry.register(object, object); // 将对象自身作为 heldValue
  }

  deref() {
    return this.weakRef.deref();
  }
}

// 示例：
let myObject = { id: 123, name: "王五" };
const cleanup = (obj) => {
  console.log(`对象 ${obj.id} 被回收了！`);
  // 在这里进行清理操作，例如从缓存中移除
};

const observableRef = new ObservableRef(myObject, cleanup);

// 使用 observableRef.deref() 访问对象
let obj = observableRef.deref();
if (obj) {
  console.log(obj.name); // 输出 "王五"
}

// ... 一段时间后，当 myObject 被回收时 ...
// 控制台输出： "对象 123 被回收了！"

代码解释：

• ObservableRef 类： 封装了 WeakRef 和 FinalizationRegistry 的逻辑。
• constructor:
  • 接收一个对象 object 和一个清理回调函数 cleanupCallback。
  • 创建一个指向 object 的 WeakRef。
  • 创建一个 FinalizationRegistry，并在回调函数中调用 cleanupCallback。
  • 使用 registry.register 将 object 注册到 FinalizationRegistry 中，并将 object 自身作为 heldValue 传递给回调函数。
• deref(): 简单地调用 WeakRef 的 deref() 方法，返回引用的对象。
• 好处： 当 myObject 被回收时，cleanup 函数会被调用，我们就可以在其中进行清理操作，例如从缓存中移除 myObject。

缓存管理：WeakRef 的用武之地

现在，我们来探讨如何使用 WeakRef 和 FinalizationRegistry 进行缓存管理。

场景：

假设我们有一个图片处理应用，需要缓存大量的图片对象。如果直接将这些图片对象保存在缓存中，很容易导致内存溢出。

解决方案：

我们可以使用 WeakRef 和 FinalizationRegistry 创建一个 弱引用缓存。

class WeakCache {
  constructor() {
    this.cache = new Map();
    this.registry = new FinalizationRegistry((key) => {
      console.log(`从缓存中移除 ${key}`);
      this.cache.delete(key);
    });
  }

  get(key, factory) {
    const ref = this.cache.get(key);
    if (ref) {
      const value = ref.deref();
      if (value) {
        return value;
      }
      // 对象已经被回收，从缓存中移除
      this.cache.delete(key);
    }

    // 对象不在缓存中，创建并添加到缓存
    const newValue = factory(key);
    this.cache.set(key, new WeakRef(newValue));
    this.registry.register(newValue, key); // 将 key 与 newValue 关联
    return newValue;
  }
}

// 示例：
const imageCache = new WeakCache();

function loadImage(url) {
  console.log(`正在加载图片：${url}`);
  // 模拟加载图片
  return { url: url, data: `图片数据 from ${url}` };
}

// 使用缓存：
const image1 = imageCache.get("image1.jpg", loadImage); // 第一次加载
console.log(image1.data);

const image2 = imageCache.get("image1.jpg", loadImage); // 从缓存中获取
console.log(image2.data);

// ... 一段时间后，当 image1 被回收时 ...
// 控制台输出： "从缓存中移除 image1.jpg"

代码解释：

• WeakCache 类： 封装了弱引用缓存的逻辑。
• constructor:
  • 创建一个 Map 对象 cache，用于存储缓存的键值对。 键是缓存的 key，值是 WeakRef 实例。
  • 创建一个 FinalizationRegistry，当缓存中的对象被回收时，从 cache 中移除对应的键值对。
• get(key, factory):
  • 尝试从 cache 中获取 key 对应的 WeakRef。
  • 如果 WeakRef 存在，并且引用的对象还活着，则返回该对象。
  • 如果 WeakRef 不存在，或者引用的对象已经被回收，则调用 factory 函数创建新的对象，并将其添加到 cache 中。
  • 使用 registry.register 将新创建的对象注册到 FinalizationRegistry 中，并将 key 与之关联。
• 好处：
  • 缓存中的对象不会阻止 GC 回收。
  • 当缓存中的对象被回收时，会自动从 cache 中移除对应的键值对，防止内存泄漏。
  • 如果再次访问被回收的对象，会重新创建并添加到缓存中。

表格总结：WeakRef vs. 普通引用

特性	普通引用	WeakRef
阻止回收	会阻止 GC 回收引用的对象	不会阻止 GC 回收引用的对象
获取引用	直接访问	使用 deref() 方法，可能返回 undefined
用途	保持对象存活，确保对象在使用期间不会被回收	用于缓存、对象观察，允许对象在不再需要时被回收

注意事项：

• 不要过度使用： WeakRef 并不是万能的。过度使用 WeakRef 可能会导致代码难以理解和维护。
• 性能考虑： WeakRef 的性能开销比普通引用略高。在性能敏感的场景下，需要仔细评估是否适合使用 WeakRef。
• FinalizationRegistry 的执行时机： FinalizationRegistry 的回调函数的执行时机是不确定的。它会在 GC 认为合适的时候执行。因此，不要依赖 FinalizationRegistry 进行关键的、必须立即执行的操作。
• 浏览器兼容性： WeakRef 和 FinalizationRegistry 是 ES2021 的新特性。在使用之前，需要检查浏览器的兼容性。

结语：

WeakRef 和 FinalizationRegistry 是 JavaScript 中强大的工具，可以帮助我们更好地管理内存，避免内存泄漏。 它们就像一对好搭档，一个负责“窥视”对象，一个负责“监听”回收。 希望今天的讲座能帮助大家更好地理解和使用它们。 记住，合理使用，才能发挥它们最大的价值！

希望这次讲座对你有所帮助！ 如果你有任何问题，欢迎随时提问。