JS `WeakRef` 与 `FinalizationRegistry` (ES2021) 在内存回收中的精妙应用

咳咳，各位观众老爷，晚上好！我是你们的老朋友，内存回收小能手。今天咱们聊聊JavaScript ES2021的新玩具：WeakRef 和 FinalizationRegistry，看看它们如何优雅地玩转内存管理，避免内存泄漏这头大象在你的程序里横冲直撞。

开场白：内存泄漏，程序员的噩梦

话说回来，内存泄漏这玩意儿，就像卫生间里没关紧的水龙头，一开始只是滴答滴答，不痛不痒，时间长了，那就变成水漫金山，CPU疯狂咆哮，程序直接崩溃给你看。在JavaScript里，由于垃圾回收机制的存在，我们似乎可以偷懒不用太关注内存管理。但实际上，稍不注意，就可能掉进内存泄漏的坑里。

第一幕：认识一下WeakRef，弱引用登场

WeakRef，顾名思义，就是弱引用。什么叫弱引用呢？简单来说，它是一种不会阻止垃圾回收器回收被引用对象的引用。

• 普通引用： 就像你用绳子牢牢地拴住一个小气球，只要绳子还在，气球就不会飞走（被回收）。
• 弱引用： 就像你用一根头发丝拴住一个小气球，头发丝随时可能断裂，气球随时可能飞走（被回收）。

语法：

const weakRef = new WeakRef(target);

target 就是你想弱引用的对象。

关键方法：deref()

const obj = weakRef.deref(); // 返回target对象，如果target已经被回收，则返回 undefined

deref() 方法就像你去检查那根头发丝还在不在，如果在，就告诉你气球还在，如果不在，就告诉你气球已经飞走了。

代码示例：

let obj = { name: '张三' };
const weakRef = new WeakRef(obj);

console.log(weakRef.deref()); // 输出: { name: '张三' }

obj = null; // 解除强引用

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收obj
setTimeout(() => {
  console.log(weakRef.deref()); // 输出: undefined (obj可能已经被回收)
}, 1000);

应用场景：缓存优化

WeakRef 最常见的应用场景就是缓存。想象一下，你有一个缓存系统，存储了一些计算结果。如果这些结果一直被强引用着，即使它们不再被使用，也会一直占用内存。这时候，就可以使用 WeakRef 来缓存这些结果。

const cache = new Map();

function getExpensiveData(key) {
  if (cache.has(key)) {
    const weakRef = cache.get(key);
    const cachedData = weakRef.deref();
    if (cachedData) {
      console.log(`从缓存中获取: ${key}`);
      return cachedData;
    }
  }

  // 模拟耗时操作
  console.log(`计算: ${key}`);
  const data = { value: Math.random() };

  cache.set(key, new WeakRef(data));
  return data;
}

console.log(getExpensiveData('data1')); // 计算
console.log(getExpensiveData('data1')); // 从缓存中获取

// 清理强引用，让缓存的数据有机会被回收
setTimeout(() => {
    console.log("尝试清理缓存，等待垃圾回收...")
    global.gc(); // 强制执行垃圾回收，实际开发中避免使用
    setTimeout(() => {
        console.log(getExpensiveData('data1')); // 再次计算（如果被回收）
    }, 1000);
}, 2000);

优点：

• 避免内存泄漏：当缓存的数据不再被使用时，垃圾回收器可以回收它们，释放内存。
• 自动清理：不需要手动清理缓存，减少了代码的复杂性。

缺点：

• 不确定性：你无法保证缓存的数据何时被回收，所以需要做好数据丢失的准备。
• 性能损耗：每次访问缓存都需要 deref()，可能会带来一定的性能损耗。

第二幕：FinalizationRegistry，告别时刻

FinalizationRegistry 就像一个“临终关怀”机构，它允许你在对象被垃圾回收时，收到一个通知，并执行一些清理操作。

语法：

const registry = new FinalizationRegistry(callback);

callback 是一个回调函数，当被注册的对象被回收时，它会被调用。

关键方法：register(target, heldValue)

registry.register(target, heldValue);

• target 是你想监听回收的对象。
• heldValue 是一个可选的值，它会作为参数传递给回调函数。

代码示例：

const registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
  console.log(`对象被回收了，heldValue: ${heldValue}`);
});

let obj = { name: '李四' };
registry.register(obj, '这是一个告别信息');

obj = null; // 解除强引用

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收obj
setTimeout(() => {
  console.log('等待垃圾回收...');
}, 1000);

应用场景：资源释放

FinalizationRegistry 非常适合用于释放一些外部资源，例如文件句柄、网络连接等。

class Resource {
  constructor() {
    this.id = Math.random();
    console.log(`创建资源: ${this.id}`);
  }

  close() {
    console.log(`释放资源: ${this.id}`);
  }
}

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

let resource = new Resource();
registry.register(resource, resource);

resource = null; // 解除强引用

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收resource
setTimeout(() => {
  console.log('等待垃圾回收...');
}, 1000);

优点：

• 及时释放资源：确保在对象被回收时，能够及时释放外部资源，避免资源泄漏。
• 解耦：将资源释放的逻辑与对象的生命周期分离，提高了代码的可维护性。

缺点：

• 不确定性：你无法保证回调函数何时被调用，所以不能依赖它来执行关键操作。
• 性能损耗：注册对象需要额外的开销，可能会带来一定的性能损耗。
• 回调执行时机：回调函数在垃圾回收周期的某个阶段执行，具体时机无法预测，可能在主线程空闲时，也可能在其他任务之间插入执行。

第三幕：WeakRef + FinalizationRegistry，黄金搭档

WeakRef 和 FinalizationRegistry 结合使用，可以发挥更大的威力。例如，你可以使用 WeakRef 来缓存一些需要释放资源的对象，然后使用 FinalizationRegistry 来监听这些对象的回收，并在回收时释放资源。

const registry = new FinalizationRegistry((resource) => {
  console.log(`释放资源: ${resource.id}`);
  resource.close();
});

const cache = new Map();

class Resource {
  constructor() {
    this.id = Math.random();
    console.log(`创建资源: ${this.id}`);
  }

  close() {
    console.log(`释放资源: ${this.id}`);
  }
}

function getResource(key) {
  if (cache.has(key)) {
    const weakRef = cache.get(key);
    const resource = weakRef.deref();
    if (resource) {
      console.log(`从缓存中获取资源: ${key}`);
      return resource;
    }
  }

  const resource = new Resource();
  const weakRef = new WeakRef(resource);
  cache.set(key, weakRef);
  registry.register(resource, resource); // 注册资源，以便在回收时释放

  return resource;
}

let resource1 = getResource('resource1');
let resource2 = getResource('resource1'); // 从缓存中获取

resource1 = null; // 解除强引用

// 等待一段时间，让垃圾回收器有机会回收resource
setTimeout(() => {
  console.log('等待垃圾回收...');
}, 1000);

总结：权衡利弊，谨慎使用

WeakRef 和 FinalizationRegistry 是强大的工具，但它们也带来了一些复杂性。在使用它们时，需要权衡利弊，谨慎使用。

表格总结：

特性	WeakRef	FinalizationRegistry	适用场景	注意事项
作用	创建弱引用，不阻止垃圾回收	监听对象回收，执行清理操作	缓存优化、资源释放	无法保证对象何时被回收，需要做好数据丢失的准备；性能损耗
关键方法	deref()	register(target, heldValue)		无法保证回调函数何时被调用，不能依赖它来执行关键操作；性能损耗；回调执行时机不确定
优点	避免内存泄漏、自动清理	及时释放资源、解耦
缺点	不确定性、性能损耗	不确定性、性能损耗、回调执行时机不确定
组合使用	可以结合使用，例如使用WeakRef缓存对象，然后用FinalizationRegistry监听回收并释放资源		更加复杂，需要仔细考虑

最佳实践：

• 避免过度使用：WeakRef 和 FinalizationRegistry 并非解决所有内存问题的银弹，过度使用可能会增加代码的复杂性，降低性能。
• 谨慎处理不确定性：不要依赖它们来执行关键操作，需要做好数据丢失的准备。
• 充分测试：在使用它们之前，进行充分的测试，确保程序的稳定性和可靠性。
• 替代方案：在可以使用其他方案解决问题时，优先考虑其他方案，例如手动清理、使用对象池等。

尾声：内存管理，永无止境

内存管理是一项永无止境的任务，需要我们不断学习和探索。希望今天的讲座能够帮助大家更好地理解 WeakRef 和 FinalizationRegistry，在实际开发中更加自信地应对内存泄漏的挑战。

感谢各位的观看，下期再见！ 记得点赞投币关注哦！ (手动狗头)