Set 和 Map 数据结构

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Set #

基本用法 #

ES6 提供了新的数据结构 Set。它类似于数组，但是成员的值都是唯一的，没有重复的值。

Set本身是一个构造函数，用来生成 Set 数据结构。

const s = new Set();

[2, 3, 5, 4, 5, 2, 2].forEach(x => s.add(x));

for (let i of s) {
  console.log(i);
}
// 2 3 5 4

上面代码通过add()方法向 Set 结构加入成员，结果表明 Set 结构不会添加重复的值。

Set函数可以接受一个数组（或者具有 iterable 接口的其他数据结构）作为参数，用来初始化。

// 例一
const set = new Set([1, 2, 3, 4, 4]);
[...set]
// [1, 2, 3, 4]

// 例二
const items = new Set([1, 2, 3, 4, 5, 5, 5, 5]);
items.size // 5

// 例三
const set = new Set(document.querySelectorAll('div'));
set.size // 56

// 类似于
const set = new Set();
document
 .querySelectorAll('div')
 .forEach(div => set.add(div));
set.size // 56

上面代码中，例一和例二都是Set函数接受数组作为参数，例三是接受类似数组的对象作为参数。

上面代码也展示了一种去除数组重复成员的方法。

// 去除数组的重复成员
[...new Set(array)]

上面的方法也可以用于，去除字符串里面的重复字符。

[...new Set('ababbc')].join('')
// "abc"

向 Set 加入值的时候，不会发生类型转换，所以5和"5"是两个不同的值。Set 内部判断两个值是否不同，使用的算法叫做“Same-value-zero equality”，它类似于精确相等运算符（===），主要的区别是向 Set 加入值时认为NaN等于自身，而精确相等运算符认为NaN不等于自身。

let set = new Set();
let a = NaN;
let b = NaN;
set.add(a);
set.add(b);
set // Set {NaN}

上面代码向 Set 实例添加了两次NaN，但是只会加入一个。这表明，在 Set 内部，两个NaN是相等的。

另外，两个对象总是不相等的。

let set = new Set();

set.add({});
set.size // 1

set.add({});
set.size // 2

上面代码表示，由于两个空对象不相等，所以它们被视为两个值。

Set 实例的属性和方法 #

Set 结构的实例有以下属性。

Set.prototype.constructor：构造函数，默认就是Set函数。
Set.prototype.size：返回Set实例的成员总数。

Set 实例的方法分为两大类：操作方法（用于操作数据）和遍历方法（用于遍历成员）。下面先介绍四个操作方法。

Set.prototype.add(value)：添加某个值，返回 Set 结构本身。
Set.prototype.delete(value)：删除某个值，返回一个布尔值，表示删除是否成功。
Set.prototype.has(value)：返回一个布尔值，表示该值是否为Set的成员。
Set.prototype.clear()：清除所有成员，没有返回值。

上面这些属性和方法的实例如下。

s.add(1).add(2).add(2);
// 注意2被加入了两次

s.size // 2

s.has(1) // true
s.has(2) // true
s.has(3) // false

s.delete(2) // true
s.has(2) // false

下面是一个对比，判断是否包括一个键，Object结构和Set结构写法的不同。

// 对象的写法
const properties = {
  'width': 1,
  'height': 1
};

if (properties[someName]) {
  // do something
}

// Set的写法
const properties = new Set();

properties.add('width');
properties.add('height');

if (properties.has(someName)) {
  // do something
}

Array.from()方法可以将 Set 结构转为数组。

const items = new Set([1, 2, 3, 4, 5]);
const array = Array.from(items);

这就提供了去除数组重复成员的另一种方法。

function dedupe(array) {
  return Array.from(new Set(array));
}

dedupe([1, 1, 2, 3]) // [1, 2, 3]

遍历操作 #

Set 结构的实例有四个遍历方法，可以用于遍历成员。

Set.prototype.keys()：返回键名的遍历器
Set.prototype.values()：返回键值的遍历器
Set.prototype.entries()：返回键值对的遍历器
Set.prototype.forEach()：使用回调函数遍历每个成员

需要特别指出的是，Set的遍历顺序就是插入顺序。这个特性有时非常有用，比如使用 Set 保存一个回调函数列表，调用时就能保证按照添加顺序调用。

（1）keys()，values()，entries()

keys方法、values方法、entries方法返回的都是遍历器对象（详见《Iterator 对象》一章）。由于 Set 结构没有键名，只有键值（或者说键名和键值是同一个值），所以keys方法和values方法的行为完全一致。

let set = new Set(['red', 'green', 'blue']);

for (let item of set.keys()) {
  console.log(item);
}
// red
// green
// blue

for (let item of set.values()) {
  console.log(item);
}
// red
// green
// blue

for (let item of set.entries()) {
  console.log(item);
}
// ["red", "red"]
// ["green", "green"]
// ["blue", "blue"]

上面代码中，entries方法返回的遍历器，同时包括键名和键值，所以每次输出一个数组，它的两个成员完全相等。

Set 结构的实例默认可遍历，它的默认遍历器生成函数就是它的values方法。

Set.prototype[Symbol.iterator] === Set.prototype.values
// true

这意味着，可以省略values方法，直接用for...of循环遍历 Set。

let set = new Set(['red', 'green', 'blue']);

for (let x of set) {
  console.log(x);
}
// red
// green
// blue

（2）forEach()

Set 结构的实例与数组一样，也拥有forEach方法，用于对每个成员执行某种操作，没有返回值。

let set = new Set([1, 4, 9]);
set.forEach((value, key) => console.log(key + ' : ' + value))
// 1 : 1
// 4 : 4
// 9 : 9

上面代码说明，forEach方法的参数就是一个处理函数。该函数的参数与数组的forEach一致，依次为键值、键名、集合本身（上例省略了该参数）。这里需要注意，Set 结构的键名就是键值（两者是同一个值），因此第一个参数与第二个参数的值永远都是一样的。

另外，forEach方法还可以有第二个参数，表示绑定处理函数内部的this对象。

（3）遍历的应用

扩展运算符（...）内部使用for...of循环，所以也可以用于 Set 结构。

let set = new Set(['red', 'green', 'blue']);
let arr = [...set];
// ['red', 'green', 'blue']

扩展运算符和 Set 结构相结合，就可以去除数组的重复成员。

let arr = [3, 5, 2, 2, 5, 5];
let unique = [...new Set(arr)];
// [3, 5, 2]

而且，数组的map和filter方法也可以间接用于 Set 了。

let set = new Set([1, 2, 3]);
set = new Set([...set].map(x => x * 2));
// 返回Set结构：{2, 4, 6}

let set = new Set([1, 2, 3, 4, 5]);
set = new Set([...set].filter(x => (x % 2) == 0));
// 返回Set结构：{2, 4}

因此使用 Set 可以很容易地实现并集（Union）、交集（Intersect）和差集（Difference）。

let a = new Set([1, 2, 3]);
let b = new Set([4, 3, 2]);

// 并集
let union = new Set([...a, ...b]);
// Set {1, 2, 3, 4}

// 交集
let intersect = new Set([...a].filter(x => b.has(x)));
// set {2, 3}

// （a 相对于 b 的）差集
let difference = new Set([...a].filter(x => !b.has(x)));
// Set {1}

如果想在遍历操作中，同步改变原来的 Set 结构，目前没有直接的方法，但有两种变通方法。一种是利用原 Set 结构映射出一个新的结构，然后赋值给原来的 Set 结构；另一种是利用Array.from方法。

// 方法一
let set = new Set([1, 2, 3]);
set = new Set([...set].map(val => val * 2));
// set的值是2, 4, 6

// 方法二
let set = new Set([1, 2, 3]);
set = new Set(Array.from(set, val => val * 2));
// set的值是2, 4, 6

上面代码提供了两种方法，直接在遍历操作中改变原来的 Set 结构。

WeakSet #

含义 #

WeakSet 结构与 Set 类似，也是不重复的值的集合。但是，它与 Set 有两个区别。

首先，WeakSet 的成员只能是对象和 Symbol 值，而不能是其他类型的值。

const ws = new WeakSet();
ws.add(1) // 报错
ws.add(Symbol()) // 不报错

上面代码试图向 WeakSet 添加一个数值和Symbol值，结果前者报错了，因为 WeakSet 只能放置对象和 Symbol 值。

其次，WeakSet 中的对象都是弱引用，即垃圾回收机制不考虑 WeakSet 对该对象的引用，也就是说，如果其他对象都不再引用该对象，那么垃圾回收机制会自动回收该对象所占用的内存，不考虑该对象还存在于 WeakSet 之中。

这是因为垃圾回收机制根据对象的可达性（reachability）来判断回收，如果对象还能被访问到，垃圾回收机制就不会释放这块内存。结束使用该值之后，有时会忘记取消引用，导致内存无法释放，进而可能会引发内存泄漏。WeakSet 里面的引用，都不计入垃圾回收机制，所以就不存在这个问题。因此，WeakSet 适合临时存放一组对象，以及存放跟对象绑定的信息。只要这些对象在外部消失，它在 WeakSet 里面的引用就会自动消失。

由于上面这个特点，WeakSet 的成员是不适合引用的，因为它会随时消失。另外，由于 WeakSet 内部有多少个成员，取决于垃圾回收机制有没有运行，运行前后很可能成员个数是不一样的，而垃圾回收机制何时运行是不可预测的，因此 ES6 规定 WeakSet 不可遍历。

这些特点同样适用于本章后面要介绍的 WeakMap 结构。

语法 #

WeakSet 是一个构造函数，可以使用new命令，创建 WeakSet 数据结构。

const ws = new WeakSet();

作为构造函数，WeakSet 可以接受一个数组或类似数组的对象作为参数。（实际上，任何具有 Iterable 接口的对象，都可以作为 WeakSet 的参数。）该数组的所有成员，都会自动成为 WeakSet 实例对象的成员。

const a = [[1, 2], [3, 4]];
const ws = new WeakSet(a);
// WeakSet {[1, 2], [3, 4]}

上面代码中，a是一个数组，它有两个成员，也都是数组。将a作为 WeakSet 构造函数的参数，a的成员会自动成为 WeakSet 的成员。

注意，是a数组的成员成为 WeakSet 的成员，而不是a数组本身。这意味着，数组的成员只能是对象。

const b = [3, 4];
const ws = new WeakSet(b);
// Uncaught TypeError: Invalid value used in weak set(…)

上面代码中，数组b的成员不是对象，加入 WeakSet 就会报错。

WeakSet 结构有以下三个方法。

WeakSet.prototype.add(value)：向 WeakSet 实例添加一个新成员，返回 WeakSet 结构本身。
WeakSet.prototype.delete(value)：清除 WeakSet 实例的指定成员，清除成功返回true，如果在 WeakSet 中找不到该成员或该成员不是对象，返回false。
WeakSet.prototype.has(value)：返回一个布尔值，表示某个值是否在 WeakSet 实例之中。

下面是一个例子。

const ws = new WeakSet();
const obj = {};
const foo = {};

ws.add(window);
ws.add(obj);

ws.has(window); // true
ws.has(foo); // false

ws.delete(window); // true
ws.has(window); // false

WeakSet 没有size属性，没有办法遍历它的成员。

ws.size // undefined
ws.forEach // undefined

ws.forEach(function(item){ console.log('WeakSet has ' + item)})
// TypeError: undefined is not a function

上面代码试图获取size和forEach属性，结果都不能成功。

WeakSet 不能遍历，是因为成员都是弱引用，随时可能消失，遍历机制无法保证成员的存在，很可能刚刚遍历结束，成员就取不到了。WeakSet 的一个用处，是储存 DOM 节点，而不用担心这些节点从文档移除时，会引发内存泄漏。

下面是 WeakSet 的另一个例子。

const foos = new WeakSet()
class Foo {
  constructor() {
    foos.add(this)
  }
  method () {
    if (!foos.has(this)) {
      throw new TypeError('Foo.prototype.method 只能在Foo的实例上调用！');
    }
  }
}

上面代码保证了Foo的实例方法，只能在Foo的实例上调用。这里使用 WeakSet 的好处是，foos对实例的引用，不会被计入内存回收机制，所以删除实例的时候，不用考虑foos，也不会出现内存泄漏。

Map #

含义和基本用法 #

JavaScript 的对象（Object），本质上是键值对的集合（Hash 结构），但是传统上只能用字符串当作键。这给它的使用带来了很大的限制。

const data = {};
const element = document.getElementById('myDiv');

data[element] = 'metadata';
data['[object HTMLDivElement]'] // "metadata"

上面代码原意是将一个 DOM 节点作为对象data的键，但是由于对象只接受字符串作为键名，所以element被自动转为字符串[object HTMLDivElement]。

为了解决这个问题，ES6 提供了 Map 数据结构。它类似于对象，也是键值对的集合，但是“键”的范围不限于字符串，各种类型的值（包括对象）都可以当作键。也就是说，Object 结构提供了“字符串—值”的对应，Map 结构提供了“值—值”的对应，是一种更完善的 Hash 结构实现。如果你需要“键值对”的数据结构，Map 比 Object 更合适。

const m = new Map();
const o = {p: 'Hello World'};

m.set(o, 'content')
m.get(o) // "content"

m.has(o) // true
m.delete(o) // true
m.has(o) // false

上面代码使用 Map 结构的set方法，将对象o当作m的一个键，然后又使用get方法读取这个键，接着使用delete方法删除了这个键。

上面的例子展示了如何向 Map 添加成员。作为构造函数，Map 也可以接受一个数组作为参数。该数组的成员是一个个表示键值对的数组。

const map = new Map([
  ['name', '张三'],
  ['title', 'Author']
]);

map.size // 2
map.has('name') // true
map.get('name') // "张三"
map.has('title') // true
map.get('title') // "Author"

上面代码在新建 Map 实例时，就指定了两个键name和title。

Map构造函数接受数组作为参数，实际上执行的是下面的算法。

const items = [
  ['name', '张三'],
  ['title', 'Author']
];

const map = new Map();

items.forEach(
  ([key, value]) => map.set(key, value)
);

事实上，不仅仅是数组，任何具有 Iterator 接口、且每个成员都是一个双元素的数组的数据结构（详见《Iterator》一章）都可以当作Map构造函数的参数。这就是说，Set和Map都可以用来生成新的 Map。

const set = new Set([
  ['foo', 1],
  ['bar', 2]
]);
const m1 = new Map(set);
m1.get('foo') // 1

const m2 = new Map([['baz', 3]]);
const m3 = new Map(m2);
m3.get('baz') // 3

上面代码中，我们分别使用 Set 对象和 Map 对象，当作Map构造函数的参数，结果都生成了新的 Map 对象。

如果对同一个键多次赋值，后面的值将覆盖前面的值。

const map = new Map();

map
.set(1, 'aaa')
.set(1, 'bbb');

map.get(1) // "bbb"

上面代码对键1连续赋值两次，后一次的值覆盖前一次的值。

如果读取一个未知的键，则返回undefined。

new Map().get('asfddfsasadf')
// undefined

注意，只有对同一个对象的引用，Map 结构才将其视为同一个键。这一点要非常小心。

const map = new Map();

map.set(['a'], 555);
map.get(['a']) // undefined

上面代码的set和get方法，表面是针对同一个键，但实际上这是两个不同的数组实例，内存地址是不一样的，因此get方法无法读取该键，返回undefined。

同理，同样的值的两个实例，在 Map 结构中被视为两个键。

const map = new Map();

const k1 = ['a'];
const k2 = ['a'];

map
.set(k1, 111)
.set(k2, 222);

map.get(k1) // 111
map.get(k2) // 222

上面代码中，变量k1和k2的值是一样的，但是它们在 Map 结构中被视为两个键。

由上可知，Map 的键实际上是跟内存地址绑定的，只要内存地址不一样，就视为两个键。这就解决了同名属性碰撞（clash）的问题，我们扩展别人的库的时候，如果使用对象作为键名，就不用担心自己的属性与原作者的属性同名。

如果 Map 的键是一个简单类型的值（数字、字符串、布尔值），则只要两个值严格相等，Map 将其视为一个键，比如0和-0就是一个键，布尔值true和字符串true则是两个不同的键。另外，undefined和null也是两个不同的键。虽然NaN不严格相等于自身，但 Map 将其视为同一个键。

let map = new Map();

map.set(-0, 123);
map.get(+0) // 123

map.set(true, 1);
map.set('true', 2);
map.get(true) // 1

map.set(undefined, 3);
map.set(null, 4);
map.get(undefined) // 3

map.set(NaN, 123);
map.get(NaN) // 123

实例的属性和操作方法 #

Map 结构的实例有以下属性和操作方法。

（1）size 属性

size属性返回 Map 结构的成员总数。

const map = new Map();
map.set('foo', true);
map.set('bar', false);

map.size // 2

（2）Map.prototype.set(key, value)

set方法设置键名key对应的键值为value，然后返回整个 Map 结构。如果key已经有值，则键值会被更新，否则就新生成该键。

const m = new Map();

m.set('edition', 6)        // 键是字符串
m.set(262, 'standard')     // 键是数值
m.set(undefined, 'nah')    // 键是 undefined

set方法返回的是当前的Map对象，因此可以采用链式写法。

let map = new Map()
  .set(1, 'a')
  .set(2, 'b')
  .set(3, 'c');

（3）Map.prototype.get(key)

get方法读取key对应的键值，如果找不到key，返回undefined。

const m = new Map();

const hello = function() {console.log('hello');};
m.set(hello, 'Hello ES6!') // 键是函数

m.get(hello)  // Hello ES6!

（4）Map.prototype.has(key)

has方法返回一个布尔值，表示某个键是否在当前 Map 对象之中。

const m = new Map();

m.set('edition', 6);
m.set(262, 'standard');
m.set(undefined, 'nah');

m.has('edition')     // true
m.has('years')       // false
m.has(262)           // true
m.has(undefined)     // true

（5）Map.prototype.delete(key)

delete()方法删除某个键，返回true。如果删除失败，返回false。

const m = new Map();
m.set(undefined, 'nah');
m.has(undefined)     // true

m.delete(undefined)
m.has(undefined)       // false

（6）Map.prototype.clear()

clear()方法清除所有成员，没有返回值。

let map = new Map();
map.set('foo', true);
map.set('bar', false);

map.size // 2
map.clear()
map.size // 0

遍历方法 #

Map 结构原生提供三个遍历器生成函数和一个遍历方法。

Map.prototype.keys()：返回键名的遍历器。
Map.prototype.values()：返回键值的遍历器。
Map.prototype.entries()：返回所有成员的遍历器。
Map.prototype.forEach()：遍历 Map 的所有成员。

需要特别注意的是，Map 的遍历顺序就是插入顺序。

const map = new Map([
  ['F', 'no'],
  ['T',  'yes'],
]);

for (let key of map.keys()) {
  console.log(key);
}
// "F"
// "T"

for (let value of map.values()) {
  console.log(value);
}
// "no"
// "yes"

for (let item of map.entries()) {
  console.log(item[0], item[1]);
}
// "F" "no"
// "T" "yes"

// 或者
for (let [key, value] of map.entries()) {
  console.log(key, value);
}
// "F" "no"
// "T" "yes"

// 等同于使用map.entries()
for (let [key, value] of map) {
  console.log(key, value);
}
// "F" "no"
// "T" "yes"

上面代码最后的那个例子，表示 Map 结构的默认遍历器接口（Symbol.iterator属性），就是entries方法。

map[Symbol.iterator] === map.entries
// true

Map 结构转为数组结构，比较快速的方法是使用扩展运算符（...）。

const map = new Map([
  [1, 'one'],
  [2, 'two'],
  [3, 'three'],
]);

[...map.keys()]
// [1, 2, 3]

[...map.values()]
// ['one', 'two', 'three']

[...map.entries()]
// [[1,'one'], [2, 'two'], [3, 'three']]

[...map]
// [[1,'one'], [2, 'two'], [3, 'three']]

结合数组的map方法、filter方法，可以实现 Map 的遍历和过滤（Map 本身没有map和filter方法）。

const map0 = new Map()
  .set(1, 'a')
  .set(2, 'b')
  .set(3, 'c');

const map1 = new Map(
  [...map0].filter(([k, v]) => k < 3)
);
// 产生 Map 结构 {1 => 'a', 2 => 'b'}

const map2 = new Map(
  [...map0].map(([k, v]) => [k * 2, '_' + v])
    );
// 产生 Map 结构 {2 => '_a', 4 => '_b', 6 => '_c'}

此外，Map 还有一个forEach方法，与数组的forEach方法类似，也可以实现遍历。

map.forEach(function(value, key, map) {
  console.log("Key: %s, Value: %s", key, value);
});

forEach方法还可以接受第二个参数，用来绑定this。

const reporter = {
  report: function(key, value) {
    console.log("Key: %s, Value: %s", key, value);
  }
};

map.forEach(function(value, key, map) {
  this.report(key, value);
}, reporter);

上面代码中，forEach方法的回调函数的this，就指向reporter。

与其他数据结构的互相转换 #

（1）Map 转为数组

前面已经提过，Map 转为数组最方便的方法，就是使用扩展运算符（...）。

const myMap = new Map()
  .set(true, 7)
  .set({foo: 3}, ['abc']);
[...myMap]
// [ [ true, 7 ], [ { foo: 3 }, [ 'abc' ] ] ]

（2）数组转为 Map

将数组传入 Map 构造函数，就可以转为 Map。

new Map([
  [true, 7],
  [{foo: 3}, ['abc']]
])
// Map {
//   true => 7,
//   Object {foo: 3} => ['abc']
// }

（3）Map 转为对象

如果所有 Map 的键都是字符串，它可以无损地转为对象。

function strMapToObj(strMap) {
  let obj = Object.create(null);
  for (let [k,v] of strMap) {
    obj[k] = v;
  }
  return obj;
}

const myMap = new Map()
  .set('yes', true)
  .set('no', false);
strMapToObj(myMap)
// { yes: true, no: false }

如果有非字符串的键名，那么这个键名会被转成字符串，再作为对象的键名。

（4）对象转为 Map

对象转为 Map 可以通过Object.entries()。

let obj = {"a":1, "b":2};
let map = new Map(Object.entries(obj));

此外，也可以自己实现一个转换函数。

function objToStrMap(obj) {
  let strMap = new Map();
  for (let k of Object.keys(obj)) {
    strMap.set(k, obj[k]);
  }
  return strMap;
}

objToStrMap({yes: true, no: false})
// Map {"yes" => true, "no" => false}

（5）Map 转为 JSON

Map 转为 JSON 要区分两种情况。一种情况是，Map 的键名都是字符串，这时可以选择转为对象 JSON。

function strMapToJson(strMap) {
  return JSON.stringify(strMapToObj(strMap));
}

let myMap = new Map().set('yes', true).set('no', false);
strMapToJson(myMap)
// '{"yes":true,"no":false}'

另一种情况是，Map 的键名有非字符串，这时可以选择转为数组 JSON。

function mapToArrayJson(map) {
  return JSON.stringify([...map]);
}

let myMap = new Map().set(true, 7).set({foo: 3}, ['abc']);
mapToArrayJson(myMap)
// '[[true,7],[{"foo":3},["abc"]]]'

（6）JSON 转为 Map

JSON 转为 Map，正常情况下，所有键名都是字符串。

function jsonToStrMap(jsonStr) {
  return objToStrMap(JSON.parse(jsonStr));
}

jsonToStrMap('{"yes": true, "no": false}')
// Map {'yes' => true, 'no' => false}

但是，有一种特殊情况，整个 JSON 就是一个数组，且每个数组成员本身，又是一个有两个成员的数组。这时，它可以一一对应地转为 Map。这往往是 Map 转为数组 JSON 的逆操作。

function jsonToMap(jsonStr) {
  return new Map(JSON.parse(jsonStr));
}

jsonToMap('[[true,7],[{"foo":3},["abc"]]]')
// Map {true => 7, Object {foo: 3} => ['abc']}

WeakMap #

含义 #

WeakMap结构与Map结构类似，也是用于生成键值对的集合。

// WeakMap 可以使用 set 方法添加成员
const wm1 = new WeakMap();
const key = {foo: 1};
wm1.set(key, 2);
wm1.get(key) // 2

// WeakMap 也可以接受一个数组，
// 作为构造函数的参数
const k1 = [1, 2, 3];
const k2 = [4, 5, 6];
const wm2 = new WeakMap([[k1, 'foo'], [k2, 'bar']]);
wm2.get(k2) // "bar"

WeakMap与Map的区别有两点。

首先，WeakMap只接受对象（null除外）和 Symbol 值作为键名，不接受其他类型的值作为键名。

const map = new WeakMap();
map.set(1, 2) // 报错
map.set(null, 2) // 报错
map.set(Symbol(), 2) // 不报错

上面代码中，如果将数值1和null作为 WeakMap 的键名，都会报错，将 Symbol 值作为键名不会报错。

其次，WeakMap的键名所指向的对象，不计入垃圾回收机制。

WeakMap的设计目的在于，有时我们想在某个对象上面存放一些数据，但是这会形成对于这个对象的引用。请看下面的例子。

const e1 = document.getElementById('foo');
const e2 = document.getElementById('bar');
const arr = [
  [e1, 'foo 元素'],
  [e2, 'bar 元素'],
];

上面代码中，e1和e2是两个对象，我们通过arr数组对这两个对象添加一些文字说明。这就形成了arr对e1和e2的引用。

一旦不再需要这两个对象，我们就必须手动删除这个引用，否则垃圾回收机制就不会释放e1和e2占用的内存。

// 不需要 e1 和 e2 的时候
// 必须手动删除引用
arr [0] = null;
arr [1] = null;

上面这样的写法显然很不方便。一旦忘了写，就会造成内存泄露。

WeakMap 就是为了解决这个问题而诞生的，它的键名所引用的对象都是弱引用，即垃圾回收机制不将该引用考虑在内。因此，只要所引用的对象的其他引用都被清除，垃圾回收机制就会释放该对象所占用的内存。也就是说，一旦不再需要，WeakMap 里面的键名对象和所对应的键值对会自动消失，不用手动删除引用。

基本上，如果你要往对象上添加数据，又不想干扰垃圾回收机制，就可以使用 WeakMap。一个典型应用场景是，在网页的 DOM 元素上添加数据，就可以使用WeakMap结构。当该 DOM 元素被清除，其所对应的WeakMap记录就会自动被移除。

const wm = new WeakMap();

const element = document.getElementById('example');

wm.set(element, 'some information');
wm.get(element) // "some information"

上面代码中，先新建一个 WeakMap 实例。然后，将一个 DOM 节点作为键名存入该实例，并将一些附加信息作为键值，一起存放在 WeakMap 里面。这时，WeakMap 里面对element的引用就是弱引用，不会被计入垃圾回收机制。

也就是说，上面的 DOM 节点对象除了 WeakMap 的弱引用外，其他位置对该对象的引用一旦消除，该对象占用的内存就会被垃圾回收机制释放。WeakMap 保存的这个键值对，也会自动消失。

总之，WeakMap的专用场合就是，它的键所对应的对象，可能会在将来消失。WeakMap结构有助于防止内存泄漏。

注意，WeakMap 弱引用的只是键名，而不是键值。键值依然是正常引用。

const wm = new WeakMap();
let key = {};
let obj = {foo: 1};

wm.set(key, obj);
obj = null;
wm.get(key)
// Object {foo: 1}

上面代码中，键值obj是正常引用。所以，即使在 WeakMap 外部消除了obj的引用，WeakMap 内部的引用依然存在。

WeakMap 的语法 #

WeakMap 与 Map 在 API 上的区别主要是两个，一是没有遍历操作（即没有keys()、values()和entries()方法），也没有size属性。因为没有办法列出所有键名，某个键名是否存在完全不可预测，跟垃圾回收机制是否运行相关。这一刻可以取到键名，下一刻垃圾回收机制突然运行了，这个键名就没了，为了防止出现不确定性，就统一规定不能取到键名。二是无法清空，即不支持clear方法。因此，WeakMap只有四个方法可用：get()、set()、has()、delete()。

const wm = new WeakMap();

// size、forEach、clear 方法都不存在
wm.size // undefined
wm.forEach // undefined
wm.clear // undefined

WeakMap 的示例 #

WeakMap 的例子很难演示，因为无法观察它里面的引用会自动消失。此时，其他引用都解除了，已经没有引用指向 WeakMap 的键名了，导致无法证实那个键名是不是存在。

贺师俊老师提示，如果引用所指向的值占用特别多的内存，就可以通过 Node 的process.memoryUsage方法看出来。根据这个思路，网友vtxf补充了下面的例子。

首先，打开 Node 命令行。

$ node --expose-gc

上面代码中，--expose-gc参数表示允许手动执行垃圾回收机制。

然后，执行下面的代码。

// 手动执行一次垃圾回收，保证获取的内存使用状态准确
> global.gc();
undefined

// 查看内存占用的初始状态，heapUsed 为 4M 左右
> process.memoryUsage();
{ rss: 21106688,
  heapTotal: 7376896,
  heapUsed: 4153936,
  external: 9059 }

> let wm = new WeakMap();
undefined

// 新建一个变量 key，指向一个 5*1024*1024 的数组
> let key = new Array(5 * 1024 * 1024);
undefined

// 设置 WeakMap 实例的键名，也指向 key 数组
// 这时，key 数组实际被引用了两次，
// 变量 key 引用一次，WeakMap 的键名引用了第二次
// 但是，WeakMap 是弱引用，对于引擎来说，引用计数还是1
> wm.set(key, 1);
WeakMap {}

> global.gc();
undefined

// 这时内存占用 heapUsed 增加到 45M 了
> process.memoryUsage();
{ rss: 67538944,
  heapTotal: 7376896,
  heapUsed: 45782816,
  external: 8945 }

// 清除变量 key 对数组的引用，
// 但没有手动清除 WeakMap 实例的键名对数组的引用
> key = null;
null

// 再次执行垃圾回收
> global.gc();
undefined

// 内存占用 heapUsed 变回 4M 左右，
// 可以看到 WeakMap 的键名引用没有阻止 gc 对内存的回收
> process.memoryUsage();
{ rss: 20639744,
  heapTotal: 8425472,
  heapUsed: 3979792,
  external: 8956 }

上面代码中，只要外部的引用消失，WeakMap 内部的引用，就会自动被垃圾回收清除。由此可见，有了 WeakMap 的帮助，解决内存泄漏就会简单很多。

Chrome 浏览器的 Dev Tools 的 Memory 面板，有一个垃圾桶的按钮，可以强制垃圾回收（garbage collect）。这个按钮也能用来观察 WeakMap 里面的引用是否消失。

WeakMap 的用途 #

前文说过，WeakMap 应用的典型场合就是 DOM 节点作为键名。下面是一个例子。

let myWeakmap = new WeakMap();

myWeakmap.set(
  document.getElementById('logo'),
  {timesClicked: 0})
;

document.getElementById('logo').addEventListener('click', function() {
  let logoData = myWeakmap.get(document.getElementById('logo'));
  logoData.timesClicked++;
}, false);

上面代码中，document.getElementById('logo')是一个 DOM 节点，每当发生click事件，就更新一下状态。我们将这个状态作为键值放在 WeakMap 里，对应的键名就是这个节点对象。一旦这个 DOM 节点删除，该状态就会自动消失，不存在内存泄漏风险。

WeakMap 的另一个用处是部署私有属性。

const _counter = new WeakMap();
const _action = new WeakMap();

class Countdown {
  constructor(counter, action) {
    _counter.set(this, counter);
    _action.set(this, action);
  }
  dec() {
    let counter = _counter.get(this);
    if (counter < 1) return;
    counter--;
    _counter.set(this, counter);
    if (counter === 0) {
      _action.get(this)();
    }
  }
}

const c = new Countdown(2, () => console.log('DONE'));

c.dec()
c.dec()
// DONE

上面代码中，Countdown类的两个内部属性_counter和_action，是实例的弱引用，所以如果删除实例，它们也就随之消失，不会造成内存泄漏。

WeakRef #

WeakSet 和 WeakMap 是基于弱引用的数据结构，ES2021 更进一步，提供了 WeakRef 对象，用于直接创建对象的弱引用。

let target = {};
let wr = new WeakRef(target);

上面示例中，target是原始对象，构造函数WeakRef()创建了一个基于target的新对象wr。这里，wr就是一个 WeakRef 的实例，属于对target的弱引用，垃圾回收机制不会计入这个引用，也就是说，wr的引用不会妨碍原始对象target被垃圾回收机制清除。

WeakRef 实例对象有一个deref()方法，如果原始对象存在，该方法返回原始对象；如果原始对象已经被垃圾回收机制清除，该方法返回undefined。

let target = {};
let wr = new WeakRef(target);

let obj = wr.deref();
if (obj) { // target 未被垃圾回收机制清除
  // ...
}

上面示例中，deref()方法可以判断原始对象是否已被清除。

弱引用对象的一大用处，就是作为缓存，未被清除时可以从缓存取值，一旦清除缓存就自动失效。

function makeWeakCached(f) {
  const cache = new Map();
  return key => {
    const ref = cache.get(key);
    if (ref) {
      const cached = ref.deref();
      if (cached !== undefined) return cached;
    }

    const fresh = f(key);
    cache.set(key, new WeakRef(fresh));
    return fresh;
  };
}

const getImageCached = makeWeakCached(getImage);

上面示例中，makeWeakCached()用于建立一个缓存，缓存里面保存对原始文件的弱引用。

注意，标准规定，一旦使用WeakRef()创建了原始对象的弱引用，那么在本轮事件循环（event loop），原始对象肯定不会被清除，只会在后面的事件循环才会被清除。

FinalizationRegistry #

ES2021 引入了清理器注册表功能 FinalizationRegistry，用来指定目标对象被垃圾回收机制清除以后，所要执行的回调函数。

首先，新建一个注册表实例。

const registry = new FinalizationRegistry(heldValue => {
  // ....
});

上面代码中，FinalizationRegistry()是系统提供的构造函数，返回一个清理器注册表实例，里面登记了所要执行的回调函数。回调函数作为FinalizationRegistry()的参数传入，它本身有一个参数heldValue。

然后，注册表实例的register()方法，用来注册所要观察的目标对象。

registry.register(theObject, "some value");

上面示例中，theObject就是所要观察的目标对象，一旦该对象被垃圾回收机制清除，注册表就会在清除完成后，调用早前注册的回调函数，并将some value作为参数（前面的heldValue）传入回调函数。

注意，注册表不对目标对象theObject构成强引用，属于弱引用。因为强引用的话，原始对象就不会被垃圾回收机制清除，这就失去使用注册表的意义了。

回调函数的参数heldValue可以是任意类型的值，字符串、数值、布尔值、对象，甚至可以是undefined。

最后，如果以后还想取消已经注册的回调函数，则要向register()传入第三个参数，作为标记值。这个标记值必须是对象，一般都用原始对象。接着，再使用注册表实例对象的unregister()方法取消注册。

registry.register(theObject, "some value", theObject);
// ...其他操作...
registry.unregister(theObject);

上面代码中，register()方法的第三个参数就是标记值theObject。取消回调函数时，要使用unregister()方法，并将标记值作为该方法的参数。这里register()方法对第三个参数的引用，也属于弱引用。如果没有这个参数，则回调函数无法取消。

由于回调函数被调用以后，就不再存在于注册表之中了，所以执行unregister()应该是在回调函数还没被调用之前。

下面使用FinalizationRegistry，对前一节的缓存函数进行增强。

function makeWeakCached(f) {
  const cache = new Map();
  const cleanup = new FinalizationRegistry(key => {
    const ref = cache.get(key);
    if (ref && !ref.deref()) cache.delete(key);
  });

  return key => {
    const ref = cache.get(key);
    if (ref) {
      const cached = ref.deref();
      if (cached !== undefined) return cached;
    }

    const fresh = f(key);
    cache.set(key, new WeakRef(fresh));
    cleanup.register(fresh, key);
    return fresh;
  };
}

const getImageCached = makeWeakCached(getImage);

上面示例与前一节的例子相比，就是增加一个清理器注册表，一旦缓存的原始对象被垃圾回收机制清除，会自动执行一个回调函数。该回调函数会清除缓存里面已经失效的键。

下面是另一个例子。

class Thingy {
  #file;
  #cleanup = file => {
    console.error(
      `The \`release\` method was never called for the \`Thingy\` for the file "${file.name}"`
    );
  };
  #registry = new FinalizationRegistry(this.#cleanup);

  constructor(filename) {
    this.#file = File.open(filename);
    this.#registry.register(this, this.#file, this.#file);
  }

  release() {
    if (this.#file) {
      this.#registry.unregister(this.#file);
      File.close(this.#file);
      this.#file = null;
    }
  }
}

上面示例中，如果由于某种原因，Thingy类的实例对象没有调用release()方法，就被垃圾回收机制清除了，那么清理器就会调用回调函数#cleanup()，输出一条错误信息。

由于无法知道清理器何时会执行，所以最好避免使用它。另外，如果浏览器窗口关闭或者进程意外退出，清理器则不会运行。