JavaScript中的WeakMap、WeakSet与弱引用垃圾回收机制

描述
WeakMap和WeakSet是ES6引入的两种特殊集合类型，它们与普通的Map和Set最大的区别在于对键（或值）持有“弱引用”。这意味着，当键对象没有被其他强引用持有（即从内存中可以被垃圾回收）时，它们不会阻止垃圾回收器回收这些键对象。这一特性使得WeakMap/WeakSet在管理对象元数据、缓存、监听器列表等场景中非常有用，能有效避免内存泄漏。

讲解步骤

1. 普通Map/Set的内存泄漏风险

   • 普通Map中，键和值都是强引用。只要Map本身存在，键对象即使在其他地方已不再使用，也无法被垃圾回收。
   • 示例：

     let obj = { data: "test" };  
     let map = new Map();  
     map.set(obj, "metadata");  
     obj = null; // obj引用被清除，但Map仍持有对{ data: "test" }的强引用，因此它不会被垃圾回收  
     

2. WeakMap的特点

   • 键必须是对象（不能是原始值）。
   • 键是弱引用：当键在其他地方没有强引用时，键值对会被自动从WeakMap中移除（垃圾回收时机由引擎决定）。
   • 不可迭代（没有keys()、values()、entries()方法），因为键的存活状态不确定。
   • 主要方法：set()、get()、has()、delete()。
   • 示例：

     let obj = { id: 1 };  
     let weakMap = new WeakMap();  
     weakMap.set(obj, "private data");  
     console.log(weakMap.get(obj)); // "private data"  
     obj = null; // 此时{ id: 1 }只被weakMap弱引用，可被垃圾回收，weakMap中的对应条目会自动消失  
     

3. WeakSet的特点

   • 类似WeakMap，但只存储对象（无键值对）。
   • 弱引用的是成员对象，当对象在其他地方无强引用时，会自动从WeakSet移除。
   • 方法：add()、has()、delete()，不可迭代。
   • 适用场景：存储临时对象（如事件监听器），避免影响垃圾回收。
   • 示例：

     let tempObjs = new WeakSet();  
     function process(obj) {  
       if (!tempObjs.has(obj)) {  
         tempObjs.add(obj); // 临时标记，不阻止obj被回收  
         // 处理逻辑...  
       }  
     }  
     

4. 弱引用的垃圾回收机制

   • 弱引用不被计入“可达性”计数。垃圾回收器遍历对象时，如果一个对象只被弱引用指向，则该对象可被回收。
   • 回收后，WeakMap/WeakSet中对应条目自动移除（但移除时机不透明，依赖引擎的垃圾回收调度）。
   • 注意：弱引用的是键，而非值。如果值是对象，它可能仍被强引用持有，不影响其回收。

5. 应用场景

   • 私有数据存储：用WeakMap将私有数据关联到对象，对象销毁时数据自动清理。

     let privateData = new WeakMap();  
     class MyClass {  
       constructor() {  
         privateData.set(this, { secret: 42 });  
       }  
       getSecret() {  
         return privateData.get(this)?.secret;  
       }  
     }  
     

   • 缓存：用WeakMap缓存计算结果，当输入对象被销毁时缓存自动失效。
   • DOM节点元数据：将额外数据绑定到DOM元素，节点移除后数据自动清理。

6. 注意事项

   • 不可用做普通键值存储（如频繁查询所有键值），因为无法迭代或获取大小（无size属性）。
   • 弱引用行为依赖JavaScript引擎的垃圾回收实现，清理可能延迟。

总结
WeakMap和WeakSet通过弱引用机制，将集合内对象的生命周期与外部引用状态解耦，避免了因集合长期持有对象而导致的内存泄漏。它们在需要隐式管理对象关联数据或临时集合的场景中，是更安全、更高效的工具。