WeakMap and WeakSet（弱映射和弱集合）

我们从前面的 垃圾回收 章节中知道，JavaScript 引擎在值“可达”和可能被使用时会将其保持在内存中。

例如：

let john = { name: "John" };

// 该对象能被访问，john 是它的引用

// 覆盖引用
john = null;

// 该对象将会被从内存中清除

通常，当对象、数组之类的数据结构在内存中时，它们的子元素，如对象的属性、数组的元素都被认为是可达的。

例如，如果把一个对象放入到数组中，那么只要这个数组存在，那么这个对象也就存在，即使没有其他对该对象的引用。

就像这样:

let john = { name: "John" };

let array = [ john ];

john = null; // 覆盖引用

// 前面由 john 所引用的那个对象被存储在了 array 中
// 所以它不会被垃圾回收机制回收
// 我们可以通过 array[0] 获取到它

类似的，如果我们使用对象作为常规 Map 的键，那么当 Map 存在时，该对象也将存在。它会占用内存，并且不会被（垃圾回收机制）回收。

例如：

let john = { name: "John" };

let map = new Map();
map.set(john, "...");

john = null; // 覆盖引用

// john 被存储在了 map 中，
// 我们可以使用 map.keys() 来获取它

WeakMap 在这方面有着根本上的不同。它不会阻止垃圾回收机制对作为键的对象（key object）的回收。

让我们通过例子来看看这指的到底是什么。

WeakMap

WeakMap å’Œ Map 的第一个不同点就是，WeakMap 的键必须是对象，不能是原始值：

let weakMap = new WeakMap();

let obj = {};

weakMap.set(obj, "ok"); // 正常工作（以对象作为键）

// 不能使用字符串作为键
weakMap.set("test", "Whoops"); // Error，因为 "test" 不是一个对象

现在，如果我们在 weakMap 中使用一个对象作为键，并且没有其他对这个对象的引用 —— 该对象将会被从内存（和map）中自动清除。

let john = { name: "John" };

let weakMap = new WeakMap();
weakMap.set(john, "...");

john = null; // 覆盖引用

// john 被从内存中删除了！

与上面常规的 Map 的例子相比，现在如果 john 仅仅是作为 WeakMap 的键而存在 —— 它将会被从 map（和内存）中自动删除。

WeakMap 不支持迭代以及 keys()，values() å’Œ entries() 方法。所以没有办法获取 WeakMap 的所有键或值。

WeakMap 只有以下的方法：

• weakMap.get(key)
• weakMap.set(key, value)
• weakMap.delete(key)
• weakMap.has(key)

为什么会有这种限制呢？这是技术的原因。如果一个对象丢失了其它所有引用（就像上面示例中的 john），那么它就会被垃圾回收机制自动回收。但是在从技术的角度并不能准确知道 何时会被回收。

这些都是由 JavaScript 引擎决定的。JavaScript 引擎可能会选择立即执行内存清理，如果现在正在发生很多删除操作，那么 JavaScript 引擎可能就会选择等一等，稍后再进行内存清理。因此，从技术上讲，WeakMap 的当前元素的数量是未知的。JavaScript 引擎可能清理了其中的垃圾，可能没清理，也可能清理了一部分。因此，暂不支持访问 WeakMap 的所有键/值的方法。

那么，在哪里我们会需要这样的数据结构呢？

使用案例：额外的数据

WeakMap 的主要应用场景是 额外数据的存储。

假如我们正在处理一个“属于”另一个代码的一个对象，也可能是第三方库，并想存储一些与之相关的数据，那么这些数据就应该与这个对象共存亡 —— 这时候 WeakMap 正是我们所需要的利器。

我们将这些数据放到 WeakMap 中，并使用该对象作为这些数据的键，那么当该对象被垃圾回收机制回收后，这些数据也会被自动清除。

weakMap.set(john, "secret documents");
// 如果 john 消失，secret documents 将会被自动清除

让我们来看一个例子。

例如，我们有用于处理用户访问计数的代码。收集到的信息被存储在 map 中：一个用户对象作为键，其访问次数为值。当一个用户离开时（该用户对象将被垃圾回收机制回收），这时我们就不再需要他的访问次数了。

下面是一个使用 Map 的计数函数的例子：

// 📁 visitsCount.js
let visitsCountMap = new Map(); // map: user => visits count

// 递增用户来访次数
function countUser(user) {
  let count = visitsCountMap.get(user) || 0;
  visitsCountMap.set(user, count + 1);
}

下面是其他部分的代码，可能是使用它的其它代码：

// 📁 main.js
let john = { name: "John" };

countUser(john); // count his visits

// 不久之后，john 离开了
john = null;

现在，john 这个对象应该被垃圾回收，但它仍在内存中，因为它是 visitsCountMap 中的一个键。

当我们移除用户时，我们需要清理 visitsCountMap，否则它将在内存中无限增大。在复杂的架构中，这种清理会成为一项繁重的任务。

我们可以通过使用 WeakMap 来避免这样的问题：

// 📁 visitsCount.js
let visitsCountMap = new WeakMap(); // weakmap: user => visits count

// 递增用户来访次数
function countUser(user) {
  let count = visitsCountMap.get(user) || 0;
  visitsCountMap.set(user, count + 1);
}

现在我们不需要去清理 visitsCountMap 了。当 john 对象变成不可达时，即便它是 WeakMap 里的一个键，它也会连同它作为 WeakMap 里的键所对应的信息一同被从内存中删除。

使用案例：缓存

另外一个常见的例子是缓存。我们可以存储（“缓存”）函数的结果，以便将来对同一个对象的调用可以重用这个结果。

为了实现这一点，我们可以使用 Map（非最佳方案）：

// 📁 cache.js
let cache = new Map();

// 计算并记住结果
function process(obj) {
  if (!cache.has(obj)) {
    let result = /* calculations of the result for */ obj;

    cache.set(obj, result);
  }

  return cache.get(obj);
}

// 现在我们在其它文件中使用 process()

// 📁 main.js
let obj = {/* 假设我们有个对象 */};

let result1 = process(obj); // 计算完成

// ……稍后，来自代码的另外一个地方……
let result2 = process(obj); // 取自缓存的被记忆的结果

// ……稍后，我们不再需要这个对象时：
obj = null;

alert(cache.size); // 1（啊！该对象依然在 cache 中，并占据着内存！）

对于多次调用同一个对象，它只需在第一次调用时计算出结果，之后的调用可以直接从 cache 中获取。这样做的缺点是，当我们不再需要这个对象的时候需要清理 cache。

如果我们用 WeakMap 替代 Map，便不会存在这个问题。当对象被垃圾回收时，对应缓存的结果也会被自动从内存中清除。

// 📁 cache.js
let cache = new WeakMap();

// 计算并记结果
function process(obj) {
  if (!cache.has(obj)) {
    let result = /* calculate the result for */ obj;

    cache.set(obj, result);
  }

  return cache.get(obj);
}

// 📁 main.js
let obj = {/* some object */};

let result1 = process(obj);
let result2 = process(obj);

// ……稍后，我们不再需要这个对象时：
obj = null;

// 无法获取 cache.size，因为它是一个 WeakMap，
// 要么是 0，或即将变为 0
// 当 obj 被垃圾回收，缓存的数据也会被清除

WeakSet

WeakSet 的表现类似：

• 与 Set 类似，但是我们只能向 WeakSet 添加对象（而不能是原始值）。
• 对象只有在其它某个（些）地方能被访问的时候，才能留在 WeakSet 中。
• è·Ÿ Set 一样，WeakSet 支持 add，has å’Œ delete 方法，但不支持 size å’Œ keys()，并且不可迭代。

变“弱（weak）”的同时，它也可以作为额外的存储空间。但并非针对任意数据，而是针对“是/否”的事实。WeakSet 的元素可能代表着有关该对象的某些信息。

例如，我们可以将用户添加到 WeakSet 中，以追踪访问过我们网站的用户：

let visitedSet = new WeakSet();

let john = { name: "John" };
let pete = { name: "Pete" };
let mary = { name: "Mary" };

visitedSet.add(john); // John 访问了我们
visitedSet.add(pete); // 然后是 Pete
visitedSet.add(john); // John 再次访问

// visitedSet 现在有两个用户了

// 检查 John 是否来访过？
alert(visitedSet.has(john)); // true

// 检查 Mary 是否来访过？
alert(visitedSet.has(mary)); // false

john = null;

// visitedSet 将被自动清理(即自动清除其中已失效的值 john)

WeakMap å’Œ WeakSet 最明显的局限性就是不能迭代，并且无法获取所有当前内容。那样可能会造成不便，但是并不会阻止 WeakMap/WeakSet 完成其主要工作 —— 为在其它地方存储/管理的对象数据提供“额外”存储。

总结

WeakMap 是类似于 Map 的集合，它仅允许对象作为键，并且一旦通过其他方式无法访问这些对象，垃圾回收便会将这些对象与其关联值一同删除。

WeakSet 是类似于 Set 的集合，它仅存储对象，并且一旦通过其他方式无法访问这些对象，垃圾回收便会将这些对象删除。

它们的主要优点是它们对对象是弱引用，所以被它们引用的对象很容易地被垃圾收集器移除。

这是以不支持 clear、size、keys、values 等作为代价换来的……

WeakMap å’Œ WeakSet 被用作“主要”对象存储之外的“辅助”数据结构。一旦将对象从主存储器中删除，如果该对象仅被用作 WeakMap 或 WeakSet 的键，那么该对象将被自动清除。