学习时间：2020.05.26
学习章节：《你不知道的 WeakMap》

一、主要知识点

原文主要复习了“JavaScript 垃圾回收机制”，“Map/WeakMap 区别”和“WeakMap 属性和方法”。这很好弥补被我忽视的知识点。
另外，我们可以通过原文，以相同方式再去学 Set/WeakSet，效果会更好，本文后面也会介绍到。

总结开始，先看原文大纲：

在开始介绍 WeakMap 之前，先复习一遍 JavaScript 中垃圾回收机制，这跟后面的 WeakMap/WeakSet 关系较大。

1. 垃圾回收机制

垃圾回收（Garbage Collection，缩写为 GC）)是一种自动的存储器管理机制。当某个程序占用的一部分内存空间不再被这个程序访问时，这个程序会借助垃圾回收算法向操作系统归还这部分内存空间。垃圾回收器可以减轻程序员的负担，也减少程序中的错误。垃圾回收最早起源于 LISP 语言。
目前许多语言如 Smalltalk、Java、C# 和 D 语言都支持垃圾回收器，我们熟知的 JavaScript 具有自动垃圾回收机制。

在 JavaScript 中，原始类型的数据被分配到栈空间中，引用类型的数据会被分配到堆空间中。
**

1.1 栈空间中的垃圾回收

当函数 showName 调用完成后，通过下移 ESP（Extended Stack Pointer）指针，来销毁 showName 函数，之后调用其他函数时，将覆盖掉旧内存，存放另一个函数的执行上下文，实现垃圾回收。

图片来自《浏览器工作原理与实践》

1.2 堆空间中的垃圾回收

堆中数据垃圾回收策略的基础是：代际假说（The Generational Hypothesis）。即：

1. 大部分对象在内存中存在时间极短，很多对象很快就不可访问。
2. 不死的对象将活得更久。

这两个特点不仅仅适用于 JavaScript，同样适用于大多数的动态语言，如 Java、Python 等。

V8 引擎将堆空间分为 新生代 （存放生存 时间短 的对象）和 老生代 （存放生存 时间长 的对象）两个区域，并使用不同的垃圾回收器。

• 副垃圾回收器，主要负责新生代的垃圾回收。
• 主垃圾回收器，主要负责老生代的垃圾回收。

不管是哪种垃圾回收器，都使用相同垃圾回收流程：标记活动对象和非活动对象，回收非活动对象的内存，最后内存整理。
**

1.2.1 副垃圾回收器

使用 Scavenge 算法处理，将新生代空间对半分为两个区域，一个对象区域，一个空闲区域。

图片来自《浏览器工作原理与实践》

执行流程：

• 新对象存在在 对象区域，当对象区域将要写满时，执行一次垃圾回收；
• 垃圾回收过程中，首先对对象区域中的垃圾做标记，然后副垃圾回收器将存活的对象复制并有序排列到空闲区域，相当于完成内存整理。
• 复制完成后，将对象区域和空闲区域翻转，完成垃圾回收操作，这也让新生代中两块区域无限重复使用。

当然，这也存在一些问题：若复制操作的数据较大则影响清理效率。

JavaScript 引擎的解决方式是：将新生代区域设置得比较小，并采用对象晋升策略（经过两次回收仍存活的对象，会被移动到老生区），避免因为新生代区域较小引起存活对象装满整个区域的问题。

1.2.2 主垃圾回收器

分为：标记 – 清除（Mark-Sweep）算法 ，和 标记 – 整理（Mark-Compact）算法。

a)标记 – 清除（Mark-Sweep）算法
过程：

• 标记过程：从一组根元素开始遍历整个元素，能到达的元素为活动对象，反之为垃圾数据；
• 清除过程：清理被标记的数据，并产生大量碎片内存。（缺点：导致大对象无法分配到足够的连续内存）

图片来自《浏览器工作原理与实践》

b)标记 – 整理（Mark-Compact）算法
过程：

• 标记过程：从一组根元素开始遍历整个元素，能到达的元素为活动对象，反之为垃圾数据；
• 整理过程：将所有存活的对象，向一段移动，然后清除端边界以外的内容。

图片来自《浏览器工作原理与实践》

1.3 拓展阅读

1.《图解 Java 垃圾回收机制》
2.《MDN 内存管理》

2. Map VS WeakMap

2.1 Map 和 WeakMap 主要区别

WeakMap 结构与 Map 结构类似，也是用于生成键值对的集合。
区别：

• Map  对象的键可以是任何类型，但 WeakMap  对象中的键只能是对象引用（null 除外）；

const map = new WeakMap();
map.set(1, 2)
// TypeError: 1 is not an object!
map.set(Symbol(), 2)
// TypeError: Invalid value used as weak map key
map.set(null, 2)
// TypeError: Invalid value used as weak map key

• WeakMap  不能包含无引用的对象，否则会被自动清除出集合（垃圾回收机制）；
• WeakMap  对象没有 size 属性，是不可枚举的，无法获取集合的大小。

const map = new WeakMap();
const user1 = {name: 'leo'};
const user2 = {name: 'pingan'};
map.set(user1, 'good~');
map.set(user2, 'hello');
map.map(item => console.log(item))
//Uncaught TypeError: map.map is not a function

2.2 Map 缺点和 WeakMap 优点

1. 赋值和搜索操作都是 O(n) 的时间复杂度，因为这两个操作都需要遍历全部整个数组来进行匹配。
2. 可能会导致内存泄漏，因为数组会一直引用着每个键和值。

相比之下，WeakMap  持有的是每个键对象的“弱引用”，这意味着在没有其他引用存在时垃圾回收能正确进行。原生 WeakMap 的结构是特殊且有效的，其用于映射的 key 只有在其没有被回收时才是有效的。

2.3 Map 和 WeakMap 垃圾回收对比

当数据量越大，则垃圾回收效果越明显。
通过命令行执行 node --expose-gc weakmap.js 查看对比效果。
其中 --expose-gc 参数表示允许手动执行垃圾回收机制。

// weakmap.js
const objNum = 10 * 1024 * 1024;
const useType = 1; // 修改 useType 值来测试 Map 和 WeakMap
const curType = useType == 1 ?"【Map】" : "【WeakMap】";
let arr = new Array(objNum);

function usageSize() {const used = process.memoryUsage().heapUsed;
    return Math.round((used / 1024 / 1024) * 100) / 100 + "M";
}

if (useType == 1) {global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    const map = new Map();
    map.set(arr, 1);

    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    arr = null;
    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    console.log("=====")
} else {global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    const map = new WeakMap();

    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    arr = null;
    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    console.log("=====")
}

3. WeakMap 介绍和应用

3.1 WeakMap 介绍

WeakMap 对象是一组键 / 值对的集合，其中的键是 弱引用 的。
WeakMap 的 key 只能是 Object 类型。
原始数据类型是不能作为 key 的（比如 Symbol）。
WeakMap 只有四个方法可用：get()、set()、has()、delete()。
**
具体属性和方法介绍，可查看《MDN WeakMap》。

3.2 WeakMap 应用

原文中介绍了“通过 WeakMap 缓存计算结果”和“在 WeakMap 中保留私有数据”两种应用场景。
另外还有一种比较常见的场景：以 DOM 节点作为键名的场景。

场景 1：当我们想要为 DOM 添加数据时，可使用 WeakMap。
好处在于，当 DOM 元素移除时，对应 WeakMap 记录也会自动移除：

<div id="WeakMap"></div>

const wm = new WeakMap();
const weakMap = document.getElementById('WeakMap');
wm.set(weakMap, 'some information');
wm.get(weakMap) //"some information"

场景 2：当我们想要为 DOM 元素添加事件监听时，可使用 WeakMap。

<button id="button1"> 按钮 1 </button>
<button id="button2"> 按钮 2 </button>

const button1 = document.getElementById('button1');
const button2 = document.getElementById('button2');
const handler1 = () => {  console.log("button1 被点击") };
const handler2 = () => {  console.log("button2 被点击") };

// 代码 1
button1.addEventListener('click', handler1, false);
button2.addEventListener('click', handler2, false);
 
// 代码 2
const listener = new WeakMap();
 
listener.set(button1, handler1);
listener.set(button2, handler2);
 
button1.addEventListener('click', listener.get(button1), false);
button2.addEventListener('click', listener.get(button2), false);

代码 2 比起代码 1 的好处是：由于监听函数是放在 WeakMap 里面，
则一旦 DOM 对象 button1 / button2 消失，与它绑定的监听函数 handler1 和 handler2 也会自动消失。

二、拓展知识

1. 拓展 Set/WeakSet

1.1 Set 和 WeakSet 主要区别

WeakSet  结构与 Set 类似，也是不重复的值的集合。
区别：

• WeakSet 的成员只能是对象，而不能是其他类型的值；

const ws = new WeakSet();
ws.add(1)
// TypeError: Invalid value used in weak set
ws.add(Symbol())
// TypeError: invalid value used in weak set

• 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;
• WeakSet  对象没有 size 属性，是不可枚举的，无法获取集合的大小。

1.2 Set/WeakSet 垃圾回收对比

通过命令行执行 node --expose-gc weakset.js 查看对比效果。

// weakset.js
const objNum = 5000 * 1024;
const useType = 1;
const curType = useType == 1 ?"【Set】" : "【WeakSet】";
let obj = [];
for (let k = 0; k < objNum; k++) {obj[k] = {}}

function usageSize() {const used = process.memoryUsage().heapUsed;
    return Math.round((used / 1024 / 1024) * 100) / 100 + "M";
}

if (useType == 1) {global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    const sets = new Set([...obj]);

    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    obj = null;
    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    console.log("=====")
} else {global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    const sets = new WeakSet(obj);

    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    obj = null;
    global.gc();
    console.log(objNum + '个' + curType + '占用内存：' + usageSize());

    console.log("=====")
}

三、总结

本文首先复习了《你不知道的 WeakMap》中核心知识点，重新回顾了“垃圾回收机制”，“Map VS WeakMap”和“WeakMap 介绍和应用”，最后延伸复习了“Set/WeakSet”相关知识点。
在实际业务开发中，最好也能考虑垃圾回收机制的合理使用，这也是提升产品性能的一个非常常用的方式。