Set 和 Map

约 5739 字大约 19 分钟

JavaScript

2025-05-20

Set

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

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。

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

去除数组重复成员的方法：

// 去除数组的重复成员
[...new Set(array)]

去除字符串重复成员的方法：

[...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，另外，两个对象总是不相等的。

Array.from()方法可以将 Set 结构转为数组。

去除数组重复成员的方法：

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

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

实例属性&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。

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。

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

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

WeakSet

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。

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。

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。

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。

WeakSet 没有size属性，没有办法遍历它的成员。

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。

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

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

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"

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

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

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。

实例属性&方法：

（1）size 属性

size属性返回 Map 结构的成员总数。

（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。

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。

（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。

（6）Map.prototype.clear()

clear()方法清除所有成员，没有返回值。

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。

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"

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（...）。

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

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

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

forEach方法还可以接受第二个参数，用来绑定this。

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（...）。

（2）数组转为 Map

将数组传入 Map 构造函数，就可以转为 Map。

（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));

（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

WeakMap结构与Map结构类似，也是用于生成键值对的集合。

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。

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。

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()。

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。

用途：

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
  // ...
}

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;
    }
  }
}