WeakMap

描述

WeakMap 的键必须是可被垃圾回收的。大多数原始数据类型可以任意地被创建，且没有生命周期，因此不能作为键。对象和非全局注册的符号都可以作为键，因为它们是可被垃圾回收的。

WeakMap 的意义

在 JavaScript 里，map API 可以通过使其四个 API 方法共用两个数组（一个存放键，一个存放值）来实现。给这种映射设置值时会同时将键和值添加到这两个数组的末尾。从而使得键和值的索引在两个数组中相对应。当从该映射取值的时候，需要遍历所有的键，然后使用索引从存储值的数组中检索出相应的值。

但这样的实现会有两个很大的缺点：

1. 首先赋值和搜索操作都是 O(n) 的时间复杂度（n 是键值对的个数），因为这两个操作都需要遍历全部整个数组来进行匹配。
2. 另外一个缺点是可能会导致内存泄漏，因为数组会一直引用着每个键和值。这种引用使得垃圾回收算法不能回收处理他们，即使没有其他任何引用存在了。

相较之下，WeakMap 的键对象会强引用其值，直到该键对象被垃圾回收，但从那时起，它会变为弱引用。因此，WeakMap：

• 不会阻止垃圾回收，直到垃圾回收器移除了键对象的引用
• 任何值都可以被垃圾回收，只要它们的键对象没有被 WeakMap 以外的地方引用

当将键映射到与键相关的信息，而该信息仅在键未被垃圾回收的情况下具有价值时，WeakMap 是一个特别有用的构造。

但因为 WeakMap 不允许观察其键的生命周期，所以其键是不可枚举的。没有方法可以获得键的列表。如果有的话，该列表将会依赖于垃圾回收的状态，这引入了不确定性。如果你想要可以获得键的列表，你应该使用 Map。

构造函数

WeakMap()

创建一个新的 WeakMap 对象。

实例属性

这些属性在 WeakMap.prototype 上定义，并且由所有 WeakMap 实例所共享。

WeakMap.prototype.constructor

创建了该实例对象的构造函数。对于 WeakMap 实例，初始值是 WeakMap 构造函数。

WeakMap.prototype[Symbol.toStringTag]

[Symbol.toStringTag] 属性的初始值是字符串 "WeakMap"。该属性在 Object.prototype.toString() 中使用。

实例方法

WeakMap.prototype.delete()

删除任何与 key 关联的值。删除之后，WeakMap.prototype.has(key) 将会返回 false。

WeakMap.prototype.get()

返回与 key 关联的值，如果不存在则返回 undefined。

WeakMap.prototype.has()

返回一个布尔值，断言某个值是否已经与 WeakMap 对象中的 key 关联。

WeakMap.prototype.set()

给 WeakMap 对象中的 key 设置 value。返回该 WeakMap 对象。

示例

使用 WeakMap

const wm1 = new WeakMap();
const wm2 = new WeakMap();
const wm3 = new WeakMap();
const o1 = {};
const o2 = function () {};
const o3 = window;

wm1.set(o1, 37);
wm1.set(o2, "azerty");
wm2.set(o1, o2); // value 可以是任意值，包括一个对象或一个函数
wm2.set(o2, undefined);
wm2.set(wm1, wm2); // 键和值可以是任意对象，甚至另外一个 WeakMap 对象

wm1.get(o2); // "azerty"
wm2.get(o2); // undefined，设置的值就是 undefined
wm2.get(o3); // undefined，wm2 中没有 o3 这个键

wm1.has(o2); // true
wm2.has(o2); // true（即使值是 undefined）
wm2.has(o3); // false

wm3.set(o1, 37);
wm3.get(o1); // 37

wm1.has(o1); // true
wm1.delete(o1);
wm1.has(o1); // false

实现一个带有 .clear() 方法的类 WeakMap 的类

class ClearableWeakMap {
  #wm;
  constructor(init) {
    this.#wm = new WeakMap(init);
  }
  clear() {
    this.#wm = new WeakMap();
  }
  delete(k) {
    return this.#wm.delete(k);
  }
  get(k) {
    return this.#wm.get(k);
  }
  has(k) {
    return this.#wm.has(k);
  }
  set(k, v) {
    this.#wm.set(k, v);
    return this;
  }
}

模拟私有成员

开发者可以使用 WeakMap 关联对象与私有数据，从而获得以下好处：

• 与 Map 相比，WeakMap 不持有键对象的强引用，因此元数据与对象本身共享同样的生命周期，避免内存泄漏。
• 与使用不可枚举对象和/或 Symbol 属性相比，WeakMap 位于对象外部，没有办法通过像 Object.getOwnPropertySymbols等的反射方法来检索元数据。
• 与闭包相比，构造函数可以复用同一个 WeakMap 对象来创建所有实例，从而节省内存，并且允许同一个类创建的不同实例读取彼此的私有成员。

let Thing;

{
  const privateScope = new WeakMap();
  let counter = 0;

  Thing = function () {
    this.someProperty = "foo";

    privateScope.set(this, {
      hidden: ++counter,
    });
  };

  Thing.prototype.showPublic = function () {
    return this.someProperty;
  };

  Thing.prototype.showPrivate = function () {
    return privateScope.get(this).hidden;
  };
}

console.log(typeof privateScope);
// "undefined"

const thing = new Thing();

console.log(thing);
// Thing {someProperty: "foo"}

thing.showPublic();
// "foo"

thing.showPrivate();
// 1

这与下面使用了私有字段的示例类似：

class Thing {
  static #counter = 0;
  #hidden;
  constructor() {
    this.someProperty = "foo";
    this.#hidden = ++Thing.#counter;
  }
  showPublic() {
    return this.someProperty;
  }
  showPrivate() {
    return this.#hidden;
  }
}

console.log(thing);
// Thing {someProperty: "foo"}

thing.showPublic();
// "foo"

thing.showPrivate();
// 1

关联元数据

WeakMap 可用于将元数据与对象关联，而不影响对象的生命周期。这与私有成员示例非常相似，因为私有成员也是以外部的形式模拟的元数据，不参与原型继承。

这个用例可以扩展到已经创建的对象上。例如，在网页上，我们可能希望将额外的数据与 DOM 元素相关联，而 DOM 元素可能在之后访问这些数据。一种常见的做法是将数据附加为属性：

const buttons = document.querySelectorAll(".button");
buttons.forEach((button) => {
  button.clicked = false;
  button.addEventListener("click", () => {
    button.clicked = true;
    const currentButtons = [...document.querySelectorAll(".button")];
    if (currentButtons.every((button) => button.clicked)) {
      console.log("所有按钮被都被点击了！");
    }
  });
});

这种方法是有效的，但是有一些缺点：

• clicked 属性是可枚举的，因此它会出现在 Object.keys(button)、for...in 循环中，等等。可以通过使用 Object.defineProperty() 来缓解，但这会使代码更冗长。
• clicked 属性是一个普通的字符串属性，因此它可以被其他代码访问和覆盖。可以通过使用 Symbol 键来缓解，但键仍然可以通过 Object.getOwnPropertySymbols() 访问。

使用 WeakMap 来解决这些问题：

const buttons = document.querySelectorAll(".button");
const clicked = new WeakMap();
buttons.forEach((button) => {
  clicked.set(button, false);
  button.addEventListener("click", () => {
    clicked.set(button, true);
    const currentButtons = [...document.querySelectorAll(".button")];
    if (currentButtons.every((button) => clicked.get(button))) {
      console.log("所有按钮被都被点击了！");
    }
  });
});

这段代码里，只有能访问 clicked 的代码才能知道每个按钮的点击状态，而外部代码就不能修改这些状态。此外，如果任何按钮从 DOM 中删除，那么相应的元数据将自动进行垃圾回收。

缓存

你可以将传递给函数的对象与函数的结果相关联，从而在再次传入相同的对象时，可以返回缓存的结果而无需再次执行函数。如果该函数是纯函数（即它不会改变任何外部对象或导致其他可观察到的副作用）的话，这非常有用。

const cache = new WeakMap();
function handleObjectValues(obj) {
  if (cache.has(obj)) {
    return cache.get(obj);
  }
  const result = Object.values(obj).map(heavyComputation);
  cache.set(obj, result);
  return result;
}

只有当函数的输入是对象时才有效。此外，即使输入不再传入，结果依然永远保留在缓存中，更有效的方法是将 Map 与 WeakRef 对象配对使用，这允许你将任何类型的输入值与各自的（很可能的）计算结果关联。有关更多详细信息，请参阅 WeakRef 和 FinalizationRegistry 示例。

规范

浏览器兼容性

参见

• core-js 中 WeakMap 的 polyfill
• 带键的集合
• 使用 ECMAScript 6 WeakMap 隐藏实现细节，作者：尼克·菲茨杰拉德（2014）
• Map
• Set
• WeakSet