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JavaScript WeakSet

什么是WeakSet?

WeakSet是ECMAScript 6(ES6)引入的一种新的集合类型,类似于Set,但它只能存储对象引用,而且是"弱引用"。这意味着当对象没有其他引用时,垃圾回收机制可以回收WeakSet中的对象,从而防止内存泄漏。

备注

"弱引用"意味着对象仅被WeakSet引用时,不会阻止它被垃圾回收。

WeakSet vs Set

在深入了解WeakSet之前,让我们先了解它与普通Set的区别:

特点WeakSetSet
元素类型只能是对象任何类型
弱引用
可迭代
方法只有add, delete, has有add, delete, has, clear, size等
垃圾回收行为当没有其他引用指向WeakSet中的对象时,该对象可被垃圾回收即使只有Set引用某个对象,该对象也不会被垃圾回收

WeakSet的基本操作

创建WeakSet

javascript
// 创建一个空的WeakSet
const weakSet = new WeakSet();

// 使用带有对象的数组创建WeakSet
const obj1 = {};
const obj2 = {};
const weakSet2 = new WeakSet([obj1, obj2]);

WeakSet的方法

WeakSet对象有三个主要方法:

  1. add(value): 添加对象到WeakSet
  2. delete(value): 从WeakSet中删除指定对象
  3. has(value): 检查WeakSet是否包含指定对象
javascript
const weakSet = new WeakSet();
const obj = {};

// 添加对象
weakSet.add(obj);
console.log(weakSet.has(obj)); // 输出: true

// 删除对象
weakSet.delete(obj);
console.log(weakSet.has(obj)); // 输出: false

// 尝试添加非对象值会报错
try {
weakSet.add(42); // 抛出TypeError
} catch (e) {
console.log("错误:", e.message); // 错误: Invalid value used in weak set
}

WeakSet的限制

与Set相比,WeakSet有几个重要的限制:

  1. 不可迭代: WeakSet不提供遍历方法,没有for...of, forEach, keys(), values()等方法。

  2. 没有size属性: 无法直接获取WeakSet中的元素数量。

  3. 没有clear()方法: 无法一次性清空WeakSet,只能一个个删除元素。

  4. 无法存储原始值: 只能存储对象引用,不能存储数字、字符串等原始类型。

这些限制主要是由于WeakSet中对象的弱引用性质所导致的。

WeakSet的垃圾回收行为

WeakSet的主要特点是它对对象的弱引用。当对象没有其他引用时,即使它存在于WeakSet中,它也会被垃圾回收。

javascript
let obj = { name: "测试对象" };
const weakSet = new WeakSet([obj]);

console.log(weakSet.has(obj)); // 输出: true

// 移除强引用
obj = null;

// 在某个时间点后,垃圾回收机制会回收该对象
// weakSet.has(obj)将返回false,但我们无法演示这一点
// 因为垃圾回收的时机是不确定的
警告

无法直接观察到WeakSet中的对象被垃圾回收的过程,因为垃圾回收的时机是由JavaScript引擎决定的,且不可预测。

WeakSet的实际应用场景

虽然WeakSet的使用场景相对有限,但在某些特定情况下非常有用:

1. 存储DOM元素

当你需要跟踪一组DOM元素,但不想阻止它们被垃圾回收(比如当它们从文档中被移除时),WeakSet是理想的选择:

javascript
const visitedElements = new WeakSet();

// 当用户与元素交互时
document.querySelectorAll('.interactive-element').forEach(element => {
element.addEventListener('click', function() {
if (!visitedElements.has(this)) {
visitedElements.add(this);
console.log('首次点击此元素!');
} else {
console.log('此元素已被点击过!');
}
});
});

2. 防止对象被重复处理

javascript
const processedObjects = new WeakSet();

function processObject(obj) {
// 避免重复处理
if (processedObjects.has(obj)) {
console.log('此对象已被处理,跳过');
return;
}

// 处理对象
console.log('处理对象:', obj);

// 标记为已处理
processedObjects.add(obj);
}

const obj = { data: 'some data' };
processObject(obj); // 输出: 处理对象: { data: 'some data' }
processObject(obj); // 输出: 此对象已被处理,跳过

3. 实现私有实例方法的检查

WeakSet可以用来确保某些方法只能被特定的实例调用:

javascript
// 创建存储私有实例的WeakSet
const privateInstances = new WeakSet();

class MyClass {
constructor() {
privateInstances.add(this);
}

privateMethod() {
if (!privateInstances.has(this)) {
throw new TypeError("不允许调用私有方法!");
}

return "这是私有方法的结果";
}

publicMethod() {
return this.privateMethod();
}
}

const instance = new MyClass();
console.log(instance.publicMethod()); // 正常工作

// 尝试破解私有方法
try {
const stolenMethod = instance.privateMethod;
console.log(stolenMethod()); // 将抛出错误
} catch (e) {
console.log(e.message); // 输出: 不允许调用私有方法!
}

为什么要使用WeakSet?

WeakSet提供了一种在不阻止垃圾回收的情况下,存储对象引用的方式。这在一些特定场景下非常有用:

  1. 防止内存泄漏: 当你需要将对象标记为"已处理"或"已访问",但不想永久保持对它们的引用。

  2. 临时对象追踪: 对于生命周期有限的对象(如DOM元素),使用WeakSet可以避免手动清理引用。

  3. 对象标记: 在不修改对象本身的情况下,为对象添加状态标记。

总结

WeakSet是JavaScript中一种特殊的集合类型,专门用于存储对象的弱引用。它具有以下特点:

  • 只能存储对象引用
  • 持有对象的弱引用,不阻止垃圾回收
  • 不可迭代,没有size属性
  • 仅提供add、delete和has方法

虽然WeakSet的使用场景相对有限,但在需要临时存储对象引用且不阻止垃圾回收的场景下,它是一个理想的工具,可以帮助防止内存泄漏并简化代码逻辑。

练习题

  1. 创建一个WeakSet,并尝试添加一个对象和一个数字,观察会发生什么。
  2. 使用WeakSet实现一个跟踪函数调用次数的系统,但不阻止被跟踪的函数被垃圾回收。
  3. 思考:为什么WeakSet不提供clear()方法和size属性?

进一步学习资源

通过学习WeakSet,你已经掌握了JavaScript中一个相对高级但非常有用的特性,这将帮助你编写更高效、更安全的代码。