JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript` 的 `FinalizationRegistry`：其在对象被垃圾回收时的回调注册。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

哈喽各位，今天咱们来聊聊JavaScript里一个听起来有点高大上，但其实挺好玩的家伙——FinalizationRegistry。这家伙能让你在对象被垃圾回收的时候，收到通知，想想是不是有点刺激？

一、啥是FinalizationRegistry？为啥要有它？

简单来说，FinalizationRegistry是一个JavaScript内置的类，允许你注册一个回调函数，这个回调函数会在你注册的某个对象被垃圾回收器回收的时候被调用。

你可能会问，JS不是有自动垃圾回收吗？我们程序员不用管内存管理啊！为啥还要这个东西？

是这样的，自动垃圾回收是很棒，但有时候我们需要知道某个对象“死”了，以便进行一些清理工作。比如：

清理外部资源： 如果你的对象持有一些外部资源（比如文件句柄、网络连接），你可能需要在对象被回收的时候释放这些资源。虽然通常我们会在对象不再使用的时候立即释放，但万一程序员忘了呢？FinalizationRegistry就是一个兜底方案。
缓存失效： 你可能有一个缓存，其中存储了一些对象的计算结果。当对象被回收时，缓存中的相应条目就应该失效。
监控对象生命周期： 用于调试和性能分析，了解对象何时被创建和销毁。

注意： FinalizationRegistry 不是用来保证对象何时或是否会被回收的工具。垃圾回收的时机是由JavaScript引擎决定的，你无法控制。FinalizationRegistry 仅仅是提供了一个在对象被回收时执行某些操作的机会。

二、 FinalizationRegistry 怎么用？

使用FinalizationRegistry主要分两步：

创建FinalizationRegistry实例： 创建实例的时候，你需要传入一个回调函数，这个回调函数会在对象被回收的时候被调用。
```
const registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
  // 这个回调函数会在对象被回收时执行
  console.log(`对象被回收了，heldValue是: ${heldValue}`);
});
```
heldValue 是一个你注册对象的时候传入的“附加信息”，稍后会讲到。
注册对象： 使用registry.register(object, heldValue)方法注册你想监听的对象。
- object：你想监听的对象。
- heldValue：一个任意值，这个值会作为回调函数的参数传递进去。你可以用它来标识哪个对象被回收了。
```
let myObject = { name: "张三" };
const token = {}; //可以用来取消注册
registry.register(myObject, "myObject的heldValue", token);

// 让myObject失去引用，等待垃圾回收
myObject = null;
```

三、完整代码示例

const registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
  console.log(`对象被回收了，heldValue是: ${heldValue}`);
  // 在这里可以进行一些清理工作，比如释放外部资源
});

let myObject = { name: "张三" };
registry.register(myObject, "myObject的heldValue");

// 模拟对象不再被使用
myObject = null;

// 让垃圾回收更容易发生（但这并不能保证立即回收）
// 执行多次，增加垃圾回收概率
for (let i = 0; i < 100000; i++) {
  let temp = new Array(1000).fill(i);
}

console.log("等待垃圾回收...");

// 注意：你可能需要运行多次这段代码，才能看到回调函数被执行。
// 因为垃圾回收的时机是不确定的。

四、 heldValue 的妙用

heldValue 参数非常有用，它可以帮助你区分哪个对象被回收了。如果你的回调函数需要访问一些关于被回收对象的信息，你可以把这些信息作为heldValue传递进去。

例如：

const registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
  console.log(`文件句柄 ${heldValue.fileHandle} 被释放了`);
  // 释放文件句柄
  heldValue.fileHandle.close();
});

class FileProcessor {
  constructor(filePath) {
    this.filePath = filePath;
    this.fileHandle = this.openFile(filePath); // 假设有一个openFile函数
    registry.register(this, { fileHandle: this.fileHandle });
  }

  openFile(filePath) {
    // 模拟打开文件
    console.log(`打开文件: ${filePath}`);
    return {
      filePath: filePath,
      close: () => {
        console.log(`关闭文件: ${filePath}`);
      },
    };
  }

  processFile() {
    // 处理文件内容
    console.log(`处理文件: ${this.filePath}`);
  }
}

let processor = new FileProcessor("data.txt");
processor.processFile();
processor = null; // 释放引用
for (let i = 0; i < 100000; i++) {
    let temp = new Array(1000).fill(i);
  }
console.log("等待垃圾回收...");

在这个例子中，heldValue包含了文件句柄的信息，回调函数可以使用这个信息来关闭文件。

五、 WeakRef：解决“过早回收”的问题

有时候，你可能需要在一个对象被回收之前访问它。但是，如果你的代码持有了对该对象的强引用，那么它就永远不会被回收。WeakRef可以解决这个问题。

WeakRef 允许你创建一个对对象的弱引用。弱引用不会阻止垃圾回收器回收该对象。你可以使用WeakRef.deref()方法来获取对该对象的引用。如果对象已经被回收，deref()方法会返回undefined。

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

let myObject = { name: "李四" };
const weakRef = new WeakRef(myObject);
registry.register(myObject, "myObject是一个好同志");

// 在对象被回收之前访问它
if (weakRef.deref()) {
  console.log(`对象还活着，名字是: ${weakRef.deref().name}`);
}

myObject = null;

for (let i = 0; i < 100000; i++) {
    let temp = new Array(1000).fill(i);
  }
console.log("等待垃圾回收...");

六、 unregister()：取消注册

如果你想取消对某个对象的监听，可以使用FinalizationRegistry.unregister(token)方法。

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

let myObject = { name: "王五" };
const token = {}; // 用来取消注册的token
registry.register(myObject, "myObject的heldValue", token);

// 取消注册
registry.unregister(token);

myObject = null;

for (let i = 0; i < 100000; i++) {
    let temp = new Array(1000).fill(i);
  }
console.log("等待垃圾回收...");

// 回调函数不会被执行，因为对象已经被取消注册了

七、注意事项和最佳实践

不要在回调函数中创建新的强引用： 如果你在回调函数中创建了对被回收对象的强引用，那么它就永远不会被回收了！这会造成内存泄漏。
回调函数应该尽快执行完毕： 回调函数的执行会阻塞垃圾回收器。因此，回调函数应该尽可能地简单和快速。避免在回调函数中执行耗时的操作。
垃圾回收的时机是不确定的： 你无法控制垃圾回收器何时回收对象。因此，不要依赖FinalizationRegistry来执行关键的操作。它应该被视为一个兜底方案，而不是主要的清理机制。
使用WeakRef来避免“过早回收”： 如果你需要在对象被回收之前访问它，可以使用WeakRef。
谨慎使用： FinalizationRegistry 增加了一些复杂性，并且依赖于垃圾回收器的行为，这使得代码更难预测和调试。只有在确实需要监听对象生命周期的情况下才使用它。

八、与其他清理机制的比较

特性	`FinalizationRegistry`	`try...finally`	手动清理 (例如，`close()`方法)
触发时机	对象被垃圾回收时	无论`try`块是否抛出异常，`finally`块都会执行	在对象不再使用时，由程序员显式调用
控制权	垃圾回收器控制，不可预测	程序完全控制	程序完全控制
适用场景	清理外部资源，缓存失效，监控对象生命周期 (作为兜底方案)	确保代码执行完毕，例如关闭文件，释放锁	清理外部资源，释放内存，断开连接等，在对象生命周期结束时立即执行
可靠性	不可靠，不能保证一定执行	可靠，一定执行	取决于程序员是否正确调用
代码复杂度	增加代码复杂度	增加代码复杂度	相对简单，但在大型项目中容易忘记调用
性能影响	可能阻塞垃圾回收器	少量性能开销	没有直接性能开销，但如果忘记清理可能导致资源泄漏
错误处理	回调函数中的错误不会影响主程序，但需要捕获和处理	`finally`块中的错误可能影响程序的后续执行，需要谨慎处理	错误处理取决于程序员的实现，容易出现资源泄漏
生命周期管理	被动式：依赖于垃圾回收器	主动式：在代码块结束时执行	主动式：在对象生命周期结束时执行

九、总结

FinalizationRegistry 是一个强大的工具，它可以让你在对象被垃圾回收的时候收到通知，从而进行一些清理工作。但是，它也有一些限制和注意事项。你应该谨慎使用它，并且了解它的工作原理。

希望今天的讲解对你有所帮助。下次再见！

十、思考题 (欢迎在评论区讨论)

在什么情况下你会选择使用FinalizationRegistry而不是try...finally或者手动清理？
如果你的回调函数抛出了一个异常，会发生什么？
如何使用FinalizationRegistry来检测内存泄漏？

十一、补充说明：V8 引擎中的 FinalizationRegistry (针对高级读者)

对于那些对 JavaScript 引擎内部实现感兴趣的读者，了解 V8 引擎如何处理 FinalizationRegistry 会很有帮助。

Ephemeron Tables: V8 使用一种叫做 "ephemeron tables" 的数据结构来实现 FinalizationRegistry。Ephemeron tables 是一种特殊的哈希表，其中键是对对象的弱引用。如果键指向的对象被垃圾回收，则该条目将从表中删除，并且相关联的回调函数将被排队执行。
Garbage Collection Integration: 当垃圾回收器运行时，它会扫描 ephemeron tables。对于每个被回收的对象，垃圾回收器会将相应的回调函数添加到微任务队列中。
Microtask Queue: V8 使用微任务队列来处理异步任务，例如 promise 回调和 FinalizationRegistry 回调。微任务队列在每个事件循环迭代的末尾执行，这意味着 FinalizationRegistry 回调不会立即执行，而是在稍后的时间点执行。
Performance Considerations: 因为 FinalizationRegistry 依赖于垃圾回收器的运行和微任务队列的执行，所以它的性能开销比同步清理机制（例如 try...finally）更高。应该谨慎使用它，并且避免在回调函数中执行耗时的操作。

深入了解这些细节可以帮助你更好地理解 FinalizationRegistry 的工作原理，并做出更明智的决策关于何时以及如何使用它。

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