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Javascript 中,Map、Set、WeakMap 和 WeakSet 的區別?

ES6 推出了 Map 物件,讓開發者可以透過這個特製資料結構進行鍵值對(key-value pairs)的操作。然而 JavaScript 原始物件(plain object)就可以用來做鍵值對的操作,為什麼還需要 Map 物件呢? Map 物件解決了什麼問題?那與 Set 又有什麼不同呢?本篇來詳細說明一下。

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ES6 推出了 Map 物件,讓開發者可以透過這個特製資料結構進行鍵值對(key-value pairs)的操作。然而 JavaScript 原始物件(plain object)就可以用來做鍵值對的操作,為什麼還需要 Map 物件呢? Map 物件解決了什麼問題?那與 Set 又有什麼不同呢?本篇來詳細說明一下。


Map 與 object 的差別

原始物件的鍵(key)只可以是字串,但 Map 的鍵可以是任何東西

在用鍵值對處理資料時,很常開發者會用各類東西做為鍵(key),但是在 JavaScript,如果用原始物件,不管用什麼當做鍵,都會被轉換成字串,這往往會造成一切錯誤,例如被轉成字串時,原本兩格不同的鍵被轉成同樣的字串,這就導致撞鍵問題。而 Map 物件解決了這個問題,開發者想用什麼當鍵都可以。

原始物件不支援迭代(iteration),但 Map 物件有

過去我們沒辦法直接對一個原始物件用 for...offorEach 來迭代,而是需要用額外的方法,例如 Object.entriesObject.keys 來協助。但是 Map 物件是可迭代的(iterable),所以我們可以直接對 Map 物件用 for...offorEach

原始物件的元素沒有順序性,Map 物件則有順序

上面提到 Map 物件是可迭代的,它有一個相關的優點是在迭代時是有順序性的。過去用原始物件,即使用用物件方法 (例如 Object.entriesObject.keys 來協助迭代),迭代出的結果順序不一定會是我們放入鍵值對的順序。

但有時候在寫演算法時,我們需要保留順序,這時 Map 物件就會好用很多。

Map 提供許多鍵值對常用的方法,但原始物件沒有

舉例來說,如果要知道一個鍵值對的大小,Map 有 size 方法,簡單又好用;但如果用原始物件,我們可能需要使用 Object.keys 然後搭配 .length 去自己找該物件有多少個鍵,這就麻煩很多。

另外 Map 也有提供 clear 方法,可以一次把所有鍵值對刪掉;如果是原始物件就需要一個一個刪。


Map

類似於 Object 的資料結構,都是用鍵與值(key-value pair)的形式儲存資料格式,但還是有許多差異。

Map 本身是一種構造函式,用來生成 Map 這種數據結構,具體做法是 new Map() 來生成實例。

常見操作方法

Map 常見操作方法有

  • set(key, value): Map 新增元素。
  • get(key): 透過鍵(Key)查詢特定元素,並返回。
  • has(key): 判斷 Map 中是否存在某鍵(key)。
  • delete(key): 透過鍵(Key)從 Map 中移除特定元素。
  • size: 方法得到元素的數量。

常見遍歷方法

Map 常見遍歷方法(遍歷順序會是插入順序)

  • values(): 返回 Map 中所有元素的值。
  • keys(): 方法等同於 values()
  • entries(): 返回 Set 中所有的元素,因在 Set 中沒有鍵值(Key),返回的元素會是 [value, value] 的形式。

Map 和 WeakMap 的區別

WeakMap 的方法和使用部分與 Map 資料結構相近,本區塊會專注在這兩者不同之處。

  • WeakMap 只允許物件(Object) 作為鍵名(key),但是 null 除外。而 Map 則是可接受各種資料類型作為鍵名(key)
  • WeakMap 中的鍵名是**「弱引用」(weak reference)**,鍵名(key)所指向的對象可以被垃圾回收,此時的鍵名(key)是無效的。
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// 如果放入的物件在外面沒有其他引用,在 WeakMap 中會被垃圾回收掉
let food = new WeakMap();
let fruit = { name: 'apple' };

food.set(fruit, 'good'); // 將 apple 物件置入 WeakMap 中
fruit = null; // 移除 apple 的引用
console.log(food); // WeakMap(0) fruit 已經被垃圾回收,因此 WeakMap 中沒有項目

// 一般的 Map,即使放入的物件在外面沒有其他引用,仍在 Map 當中存放
let food = new Map();
let fruit = { name: 'apple' };

food.set(fruit, 'good');
console.log(food); // WeakMap(1)

fruit = null;
console.log(food); // WeakMap(1) fruit 不會被垃圾回收

在上方的強引用程式碼中,雖然 fruit 物件最後被重新賦值為 null (意思等同於無法再透過 fruit 變數獲取該對象值,因為其中的引用被斷開),但由於 food 與此物件間存在強引用,所以被保留在記憶體中,這就是前面提到的,強引用會防止物件被垃圾回收,並將物件保留在記憶體當中; 弱引用則相反,並不能防止物件被垃圾回收,當 JavaScript 執行環境執行垃圾回收時,上述弱引用例子中的 fruit 物件會被從記憶體和 WeakMap 中刪除。

弱引用的適用情境在於,如果引用的物件在未來可能會被刪除的情況、且不想防止被垃圾回收時,就適合用 WeakMap 或 WeakSet。例如,如果我們想要記錄一些與 DOM 節點相關的數據,有一種方法是使用 Expando 擴充節點上的資訊,但壞處是會直接修改到這個 DOM 節點、且如果未來這個節點被移除時,相關資訊不會被垃圾回收掉,這時如果是使用 WeakMap 就會是很好的替代方案。

備註: 如果直接將弱引用程式碼的例子在 JavaScript 執行環境中執行,可能還是會看到 WeakMap 中有值,這是因為 JavaScript 執行環境會在特定的時間點執行垃圾回收。


Set

Set 這個數據結構類似陣列,但是裡面的元素值都是唯一,不會有重複的值,無論此值是原始型別(primitive values)或引用型別(object references)。在 JavaScript 當中,Set 本身是一種構造函式,用來生成 Set 這種數據結構,具體的做法是透過 new Set() 來生成實例。

常見操作方法

Set 常見操作方法有

  • add(value): 用來新增值。
  • delete(value):用來刪除每個 Set 中的值。
  • has(value):判斷 Set 中是否存在每個值。
  • size: 方法得到元素的數量,與陣列使用 arr.length 方法不一樣。

Set 中沒有鍵值(Key),如果使用 entries() 遍歷,返回的元素會是 [value, value] 的形式。

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const set1 = new Set();
set1.add(42);
set1.add('forty two');

const iterator1 = set1.entries();

for (const entry of iterator1) {
  console.log(entry);
  // expected output: [42, 42]
  // expected output: ["forty two", "forty two"]
}

Set 和 WeakSet 的區別

WeakSet 的方法和使用部分與 Set 資料結構相近,本區塊會專注在這兩者不同之處。

  • WeakSet 內的元素值只允許是物件(Object),但 Set 可接受各種資料類型的值。
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const wSet = new WeakSet();
const a = [1, 2, 3];
const b = { name: 'explainthis' };

wSet.add(a); // WeakSet {Array(3)}
wSet.add(b); // WeakSet {{...}}
wSet.add(1); // Uncaught TypeError: Invalid value used in weak set
  • WeakSet 內的元素都是**「弱引用」(weak reference)**,可以被垃圾回收機制回收。假如使用 Set ,即使某個被存入的值,在其他地方已經沒有被引用,該值仍會存在於 Set 當中,不會被垃圾回收。但如果是 WeakSet,則會被垃圾回收。如果要更有意識地做記憶體管理,WeakSet 在許多時候能派上用場。
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const disableElements = new WeakSet();
const loginButton = document.querySelector('#login');
disableElements.add(loginButton);

// 使用的時候通過查詢元素是否在集合中,就可以知道它是否被禁用。而一旦元素从DOM樹中删除,
// WeakMap也會釋放其内存(為了嚴謹,假設没有其它地方引用這個對象)。
disableElements.has(loginButton); // true

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