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WeakSet 与 WeakMap：弱引用集合 (ES6+)

WeakSet 与 WeakMap：弱引用集合 (ES6+)

欢迎来到 JavaScript 内存管理的奇妙世界

大家好，欢迎来到今天的讲座！今天我们要探讨的是 ES6 引入的两个非常有趣的数据结构——WeakSet 和 WeakMap。这两个家伙听起来可能有点神秘，但其实它们就是为了解决一些特定问题而设计的工具。让我们一起揭开它们的面纱吧！

什么是弱引用？

在开始之前，我们先来了解一下什么是“弱引用”。在 JavaScript 中，对象通常是由强引用（strong reference）保持的。这意味着只要有一个变量或属性指向某个对象，这个对象就不会被垃圾回收器（GC）回收。然而，弱引用则不同——它不会阻止对象被垃圾回收。换句话说，如果一个对象只被弱引用所持有，而没有任何强引用指向它，那么当 GC 运行时，这个对象就会被回收。

这种机制非常适合处理那些不需要长期存在的对象，或者你希望对象在不再使用时自动被释放的情况。WeakSet 和 WeakMap 就是基于弱引用设计的集合类型。

WeakSet：轻量级的弱引用集合

1. 什么是 WeakSet？

WeakSet 是一个类似于 Set 的集合，但它只能存储对象，并且这些对象是通过弱引用来持有的。这意味着如果你把一个对象放入 WeakSet，并且这个对象没有其他强引用，那么它最终会被垃圾回收。

主要特点：

  • 只能存储对象：WeakSet 不能存储原始值（如数字、字符串等），只能存储对象。
  • 弱引用：WeakSet 中的对象不会阻止垃圾回收。
  • 不可迭代：WeakSet 没有提供任何方法来遍历它的元素，因此你无法直接访问其中的对象。
  • 有限的操作：WeakSet 只提供了 add()、delete() 和 has() 三个基本方法。

代码示例：

// 创建一个 WeakSet
const ws = new WeakSet();

// 添加对象到 WeakSet
const obj1 = {};
ws.add(obj1);

console.log(ws.has(obj1)); // true

// 删除对象
ws.delete(obj1);
console.log(ws.has(obj1)); // false

// 注意：不能添加原始值
ws.add(42); // 无效操作，不会报错但也不会生效

2. WeakSet 的应用场景

WeakSet 最常见的应用场景是用于实现对象的“标记”功能。例如，你可以用 WeakSet 来跟踪哪些对象已经被处理过，而不用担心这些对象会因为被 WeakSet 引用而无法被垃圾回收。

示例：对象状态跟踪

const processedObjects = new WeakSet();

function processObject(obj) {
  if (processedObjects.has(obj)) {
    console.log('Object already processed');
    return;
  }

  // 处理对象的逻辑
  console.log('Processing object...');

  // 标记对象为已处理
  processedObjects.add(obj);
}

const obj1 = { name: 'Alice' };
const obj2 = { name: 'Bob' };

processObject(obj1); // Processing object...
processObject(obj1); // Object already processed
processObject(obj2); // Processing object...

在这个例子中，processedObjects 是一个 WeakSet，用于跟踪哪些对象已经被处理过。由于 WeakSet 使用弱引用，因此即使我们不再需要 obj1 或 obj2，它们也会被垃圾回收。

WeakMap：更强大的弱引用映射

1. 什么是 WeakMap？

WeakMap 是一个键值对的集合，类似于 Map，但它有两个重要的特性：

  • 键必须是对象：WeakMap 的键只能是对象，不能是原始值。
  • 弱引用键：WeakMap 中的键是通过弱引用来持有的，因此如果某个键没有其他强引用，它就会被垃圾回收，同时对应的值也会被移除。

主要特点：

  • 键是弱引用的：WeakMap 的键不会阻止垃圾回收。
  • 值可以是任意类型：WeakMap 的值可以是任何类型的值，包括对象、原始值等。
  • 不可迭代：和 WeakSet 一样，WeakMap 也没有提供遍历的方法。
  • 有限的操作：WeakMap 提供了 get()、set()、has() 和 delete() 四个基本方法。

代码示例：

// 创建一个 WeakMap
const wm = new WeakMap();

// 添加键值对
const obj1 = {};
wm.set(obj1, 'Hello, World!');

console.log(wm.get(obj1)); // Hello, World!

// 删除键值对
wm.delete(obj1);
console.log(wm.has(obj1)); // false

// 注意：不能使用原始值作为键
wm.set('key', 'value'); // 无效操作，不会报错但也不会生效

2. WeakMap 的应用场景

WeakMap 最常见的应用场景是为对象添加元数据（metadata），而不影响对象的生命周期。由于 WeakMap 的键是弱引用的，因此即使你为某个对象添加了元数据，这个对象仍然可以在不再使用时被垃圾回收。

示例：为对象添加私有属性

const privateData = new WeakMap();

class User {
  constructor(name) {
    privateData.set(this, { name });
  }

  getUserName() {
    return privateData.get(this).name;
  }
}

const user = new User('Alice');
console.log(user.getUserName()); // Alice

// 私有数据不会暴露给外部
console.log(privateData.get(user)); // { name: 'Alice' }

在这个例子中，privateData 是一个 WeakMap，用于存储每个 User 实例的私有数据。由于 WeakMap 的键是弱引用的，因此即使我们不再需要 user 对象，它也会被垃圾回收，而不会因为 privateData 中的引用而保留。

WeakSet 与 WeakMap 的对比

为了更好地理解 WeakSet 和 WeakMap 的区别，我们可以用一张表格来总结它们的主要特点：

特性 WeakSet WeakMap
存储的内容 只能存储对象 键必须是对象，值可以是任意类型
引用类型 弱引用 键是弱引用，值是强引用
是否可迭代 不可迭代 不可迭代
提供的方法 add(), delete(), has() get(), set(), has(), delete()
常见应用场景 对象状态跟踪、标记 为对象添加元数据、私有属性

总结

好了，今天的讲座就到这里啦！我们学习了 WeakSet 和 WeakMap 的基本概念、特点以及它们的应用场景。这两个数据结构虽然看起来简单，但在实际开发中却有着非常重要的作用。特别是在处理内存管理和对象生命周期时，WeakSet 和 WeakMap 能够帮助我们避免内存泄漏，同时保持代码的简洁和高效。

希望今天的分享对你有所帮助！如果有任何问题，欢迎随时提问。下次再见！ 😊

参考资料

  • MDN Web Docs (Mozilla Developer Network)
  • ECMAScript 2015 (ES6) 规范
  • You Don’t Know JS (book series by Kyle Simpson)

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