JavaScript WeakMap ja WeakSet mäluhalduseks: põhjalik juhend

Mäluhaldus on vastupidavate ja jõudlike JavaScripti rakenduste loomisel ülioluline aspekt. Traditsioonilised andmestruktuurid, nagu objektid ja massiivid, võivad mõnikord põhjustada mälulekkeid, eriti kui tegemist on objektiviidetega. Õnneks pakub JavaScript WeakMap'i ja WeakSet'i, kahte võimsat tööriista, mis on loodud nende väljakutsetega tegelemiseks. See põhjalik juhend süveneb WeakMap'i ja WeakSet'i peensustesse, selgitades, kuidas need töötavad, millised on nende eelised, ja pakkudes praktilisi näiteid, mis aitavad teil neid oma projektides tõhusalt ära kasutada.

Mälulekete mõistmine JavaScriptis

Enne WeakMap'i ja WeakSet'i süvenemist on oluline mõista probleemi, mida need lahendavad: mälulekked. Mäluleke tekib siis, kui teie rakendus eraldab mälu, kuid ei suuda seda süsteemile tagasi vabastada, isegi kui seda mälu enam ei vajata. Aja jooksul võivad need lekked koguneda, põhjustades teie rakenduse aeglustumist ja lõpuks kokkujooksmist.

JavaScriptis toimub mäluhaldus suures osas automaatselt prügikoristaja (garbage collector) poolt. Prügikoristaja tuvastab ja vabastab perioodiliselt mälu, mille on hõivanud objektid, mis pole enam juur-objektidest (globaalne objekt, kutsungipinu jne) kättesaadavad. Siiski võivad tahtmatud objektiviited takistada prügikoristust, mis viib mäluleketeni. Vaatleme lihtsat näidet:

let element = document.getElementById('myElement');
let data = {
  element: element,
  value: 'Some data'
};

// ... hiljem

// Isegi kui element eemaldatakse DOM-ist, hoiab 'data' endiselt sellele viidet.
// See takistab elemendi prügikoristust.

Selles näites hoiab data objekt viidet DOM-i elemendile element. Kui element eemaldatakse DOM-ist, kuid data objekt on endiselt olemas, ei saa prügikoristaja vabastada element'i poolt hõivatud mälu, kuna see on endiselt data kaudu kättesaadav. See on levinud mälulekete allikas veebirakendustes.

Sissejuhatus WeakMap'i

WeakMap on võti-väärtus paaride kogum, kus võtmed peavad olema objektid ja väärtused võivad olla suvalised väärtused. Mõiste "nõrk" viitab asjaolule, et WeakMap'i võtmeid hoitakse nõrgalt, mis tähendab, et need ei takista prügikoristajal nende võtmete poolt hõivatud mälu vabastamist. Kui võtmeobjekt pole enam teie koodi ühestki teisest osast kättesaadav ja sellele viitab ainult WeakMap, on prügikoristajal vabadus selle objekti mälu vabastada. Kui võti prügikoristatakse, muutub ka vastav väärtus WeakMap'is prügikoristuseks sobilikuks.

WeakMap'i peamised omadused:

• Võtmed peavad olema objektid: WeakMap'is saab võtmetena kasutada ainult objekte. Primitiivsed väärtused nagu numbrid, stringid või tõeväärtused pole lubatud.
• Nõrgad viited: Võtmeid hoitakse nõrgalt, mis võimaldab prügikoristust, kui võtmeobjekt pole mujalt enam kättesaadav.
• Iteratsioon puudub: WeakMap ei paku meetodeid oma võtmete või väärtuste üle itereerimiseks (nt forEach, keys, values). See on sellepärast, et nende meetodite olemasolu nõuaks WeakMap'ilt tugevate viidete hoidmist võtmetele, mis nulliks nõrkade viidete eesmärgi.
• Privaatsete andmete salvestamine: WeakMap'i kasutatakse sageli objektidega seotud privaatsete andmete salvestamiseks, kuna andmed on kättesaadavad ainult objekti enda kaudu.

WeakMap'i põhikäyttö:

Siin on lihtne näide, kuidas WeakMap'i kasutada:

let weakMap = new WeakMap();
let element = document.getElementById('myElement');

weakMap.set(element, 'Mõned elemendiga seotud andmed');

console.log(weakMap.get(element)); // Väljund: Mõned elemendiga seotud andmed

// Kui element eemaldatakse DOM-ist ja sellele ei viidata enam mujalt,
// saab prügikoristaja selle mälu vabastada ja kirje WeakMap'is eemaldatakse samuti.

Praktiline näide: DOM-i elementide andmete salvestamine

Üks levinud kasutusjuhtum WeakMap'i jaoks on DOM-i elementidega seotud andmete salvestamine, takistamata nende elementide prügikoristust. Kujutage ette stsenaariumi, kus soovite salvestada metaandmeid iga veebilehe nupu kohta:

let buttonMetadata = new WeakMap();

let button1 = document.getElementById('button1');
let button2 = document.getElementById('button2');

buttonMetadata.set(button1, { clicks: 0, label: 'Nupp 1' });
buttonMetadata.set(button2, { clicks: 0, label: 'Nupp 2' });

button1.addEventListener('click', () => {
  let data = buttonMetadata.get(button1);
  data.clicks++;
  console.log(`Nuppu 1 klikiti ${data.clicks} korda`);
});

// Kui button1 eemaldatakse DOM-ist ja sellele ei viidata enam mujalt,
// saab prügikoristaja selle mälu vabastada ja vastav kirje buttonMetadata's eemaldatakse samuti.

Selles näites salvestab buttonMetadata iga nupu klikkide arvu ja sildi. Kui nupp eemaldatakse DOM-ist ja sellele ei viidata enam mujalt, saab prügikoristaja selle mälu vabastada ning vastav kirje buttonMetadata's eemaldatakse automaatselt, ennetades mäluleket.

Internatsionaliseerimise kaalutlused

Mitut keelt toetavate kasutajaliideste puhul võib WeakMap olla eriti kasulik. Saate salvestada lokaadipõhiseid andmeid, mis on seotud DOM-i elementidega:

let localizedStrings = new WeakMap();

let heading = document.getElementById('heading');

// Inglise versioon
localizedStrings.set(heading, {
  en: 'Welcome to our website!',
  fr: 'Bienvenue sur notre site web!',
  es: '¡Bienvenido a nuestro sitio web!'
});

function updateHeading(locale) {
  let strings = localizedStrings.get(heading);
  heading.textContent = strings[locale];
}

updateHeading('fr'); // Uuendab pealkirja prantsuse keelde

See lähenemine võimaldab seostada lokaliseeritud stringe DOM-i elementidega, hoidmata tugevaid viiteid, mis võiksid takistada prügikoristust. Kui heading-element eemaldatakse, on ka seotud lokaliseeritud stringid localizedStrings'is prügikoristuseks sobilikud.

Sissejuhatus WeakSet'i

WeakSet on sarnane WeakMap'ile, kuid see on objektide kogum, mitte võti-väärtus paaride kogum. Nagu WeakMap, hoiab ka WeakSet objekte nõrgalt, mis tähendab, et see ei takista prügikoristajal nende objektide poolt hõivatud mälu vabastamist. Kui objekt pole enam teie koodi ühestki teisest osast kättesaadav ja sellele viitab ainult WeakSet, on prügikoristajal vabadus selle objekti mälu vabastada.

WeakSet'i peamised omadused:

• Väärtused peavad olema objektid: WeakSet'i saab lisada ainult objekte. Primitiivsed väärtused pole lubatud.
• Nõrgad viited: Objekte hoitakse nõrgalt, mis võimaldab prügikoristust, kui objekt pole mujalt enam kättesaadav.
• Iteratsioon puudub: WeakSet ei paku meetodeid oma elementide üle itereerimiseks (nt forEach, values). See on sellepärast, et itereerimine nõuaks tugevaid viiteid, mis nulliks eesmärgi.
• Liikmelisuse jälgimine: WeakSet'i kasutatakse sageli selleks, et jälgida, kas objekt kuulub teatud gruppi või kategooriasse.

WeakSet'i põhikäyttö:

Siin on lihtne näide, kuidas WeakSet'i kasutada:

let weakSet = new WeakSet();
let element1 = document.getElementById('element1');
let element2 = document.getElementById('element2');

weakSet.add(element1);
weakSet.add(element2);

console.log(weakSet.has(element1)); // Väljund: true
console.log(weakSet.has(element2)); // Väljund: true

// Kui element1 eemaldatakse DOM-ist ja sellele ei viidata enam mujalt,
// saab prügikoristaja selle mälu vabastada ja see eemaldatakse automaatselt WeakSet'ist.

Praktiline näide: aktiivsete kasutajate jälgimine

Üks kasutusjuhtum WeakSet'i jaoks on aktiivsete kasutajate jälgimine veebirakenduses. Saate lisada kasutajaobjekte WeakSet'i, kui nad rakendust aktiivselt kasutavad, ja eemaldada need, kui nad muutuvad passiivseks. See võimaldab teil jälgida aktiivseid kasutajaid, takistamata nende prügikoristust.

let activeUsers = new WeakSet();

function userLoggedIn(user) {
  activeUsers.add(user);
  console.log(`Kasutaja ${user.id} logis sisse. Aktiivsed kasutajad: ${activeUsers.has(user)}`);
}

function userLoggedOut(user) {
  // Pole vaja WeakSet'ist selgesõnaliselt eemaldada. Kui kasutajaobjektile enam ei viidata,
  // see prügikoristatakse ja eemaldatakse automaatselt WeakSet'ist.
  console.log(`Kasutaja ${user.id} logis välja.`);
}

let user1 = { id: 1, name: 'Alice' };
let user2 = { id: 2, name: 'Bob' };

userLoggedIn(user1);
userLoggedIn(user2);
userLoggedOut(user1);

// Mõne aja pärast, kui user1'le enam mujalt ei viidata, see prügikoristatakse
// ja eemaldatakse automaatselt activeUsers WeakSet'ist.

Rahvusvahelised kaalutlused kasutajate jälgimisel

Eri piirkondadest pärit kasutajatega tegelemisel on kasutajaeelistuste (keel, valuuta, ajavöönd) salvestamine kasutajaobjektide kõrval tavaline praktika. WeakMap'i kasutamine koos WeakSet'iga võimaldab tõhusalt hallata kasutajaandmeid ja aktiivset staatust:

let activeUsers = new WeakSet();
let userPreferences = new WeakMap();

function userLoggedIn(user, preferences) {
  activeUsers.add(user);
  userPreferences.set(user, preferences);
  console.log(`Kasutaja ${user.id} logis sisse eelistustega:`, userPreferences.get(user));
}

let user1 = { id: 1, name: 'Alice' };
let user1Preferences = { language: 'en', currency: 'USD', timeZone: 'America/Los_Angeles' };

userLoggedIn(user1, user1Preferences);

See tagab, et kasutajaeelistusi säilitatakse ainult siis, kui kasutajaobjekt on elus, ja hoiab ära mälulekked, kui kasutajaobjekt prügikoristatakse.

WeakMap vs. Map ja WeakSet vs. Set: peamised erinevused

On oluline mõista peamisi erinevusi WeakMap'i ja Map'i ning WeakSet'i ja Set'i vahel:

Omadus	WeakMap	Map	WeakSet	Set
Võtme/väärtuse tüüp	Ainult objektid (võtmed), mis tahes väärtus (väärtused)	Mis tahes tüüp (võtmed ja väärtused)	Ainult objektid	Mis tahes tüüp
Viite tüüp	Nõrk (võtmed)	Tugev	Nõrk	Tugev
Iteratsioon	Pole lubatud	Lubatud (forEach, keys, values)	Pole lubatud	Lubatud (forEach, values)
Prügikoristus	Võtmed on prügikoristuseks sobilikud, kui muid tugevaid viiteid ei eksisteeri	Võtmed ja väärtused ei ole prügikoristuseks sobilikud seni, kuni Map eksisteerib	Objektid on prügikoristuseks sobilikud, kui muid tugevaid viiteid ei eksisteeri	Objektid ei ole prügikoristuseks sobilikud seni, kuni Set eksisteerib

Millal kasutada WeakMap'i ja WeakSet'i

WeakMap ja WeakSet on eriti kasulikud järgmistes stsenaariumides:

• Andmete seostamine objektidega: Kui teil on vaja salvestada andmeid, mis on seotud objektidega (nt DOM-i elemendid, kasutajaobjektid), takistamata nende objektide prügikoristust.
• Privaatsete andmete salvestamine: Kui soovite salvestada objektidega seotud privaatseid andmeid, mis peaksid olema kättesaadavad ainult objekti enda kaudu.
• Objekti liikmelisuse jälgimine: Kui teil on vaja jälgida, kas objekt kuulub teatud gruppi või kategooriasse, takistamata objekti prügikoristust.
• Kulutate operatsioonide puhverdamine: Saate kasutada WeakMap'i, et puhverdada objektidel tehtud kulukate operatsioonide tulemusi. Kui objekt prügikoristatakse, visatakse ka puhverdatud tulemus automaatselt minema.

WeakMap'i ja WeakSet'i kasutamise parimad praktikad

• Kasutage objekte võtmetena/väärtustena: Pidage meeles, et WeakMap ja WeakSet saavad salvestada ainult objekte vastavalt võtmete või väärtustena.
• Vältige tugevaid viiteid võtmetele/väärtustele: Veenduge, et te ei loo tugevaid viiteid WeakMap'is või WeakSet'is salvestatud võtmetele või väärtustele, kuna see nullib nõrkade viidete eesmärgi.
• Kaaluge alternatiive: Hinnake, kas WeakMap või WeakSet on teie konkreetse kasutusjuhtumi jaoks õige valik. Mõnel juhul võib tavaline Map või Set olla sobivam, eriti kui teil on vaja võtmete või väärtuste üle itereerida.
• Testige põhjalikult: Testige oma koodi põhjalikult, et veenduda, et te ei loo mälulekkeid ja et teie WeakMap ja WeakSet käituvad ootuspäraselt.

Veebilehitsejate ühilduvus

WeakMap ja WeakSet on toetatud kõigis kaasaegsetes veebilehitsejates, sealhulgas:

• Google Chrome
• Mozilla Firefox
• Safari
• Microsoft Edge
• Opera

Vanemate veebilehitsejate jaoks, mis ei toeta WeakMap'i ja WeakSet'i loomulikult, saate funktsionaalsuse tagamiseks kasutada polütäiteid (polyfills).

Kokkuvõte

WeakMap ja WeakSet on väärtuslikud tööriistad JavaScripti rakendustes mälu tõhusaks haldamiseks. Mõistes, kuidas need töötavad ja millal neid kasutada, saate ennetada mälulekkeid, optimeerida oma rakenduse jõudlust ja kirjutada vastupidavamat ja hooldatavamat koodi. Pidage meeles WeakMap'i ja WeakSet'i piiranguid, näiteks võimetust itereerida võtmete või väärtuste üle, ja valige oma konkreetse kasutusjuhtumi jaoks sobiv andmestruktuur. Neid parimaid praktikaid rakendades saate ära kasutada WeakMap'i ja WeakSet'i võimsust, et ehitada suure jõudlusega JavaScripti rakendusi, mis skaleeruvad globaalselt.