数据类型 - WeakMap and WeakSet（弱映射和弱集合 - 《现代 JavaScript 教程笔记》

我们从前面的垃圾回收章节中知道，JavaScript 引擎在值可访问（并可能被使用）时将其存储在内存中。
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、数组这类数据结构在内存中时，它们的子元素，如对象的属性、数组的元素都是可以访问的。
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

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，并且应该不会被（垃圾回收机制）回收。

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 和 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() 和 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

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，但他仍在内存中，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 对象变成不可访问时，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

另外一个普遍的例子是缓存：当一个函数的结果需要被记住（“缓存”），这样在后续的对同一个对象的调用时，就可以重用这个被缓存的结果。
我们可以使用 Map 来存储结果，就像这样：

// 📁 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，这个问题便会消失：当对象被垃圾回收时，对应的缓存的结果也会被自动地从内存中清除。
WeakMap 和 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 — 成为在其它地方管理/存储“额外”的对象数据。

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它们，便会将它们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它们，便会将其删除。
它们都不支持引用所有键或其计数的方法和属性。仅允许单个操作。
WeakMap 和 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，那么它将被自动清除。