知识串联:从数据拷贝开始思考能涉及到的知识点

文章大纲

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变量与内存的关系

在js中,内存空间一般分为栈(stack)、堆(heap):

  • 栈一般存储规则、占用空间小且大小基本固定的数据,所以基本数据类型一般基本数据类型存储在栈中
  • 堆一般存储不规则、占用空间大且大小不固定的数据,所以一般引用数据类型存储在堆中

引用数据类型一般都会在栈中存储一个引用地址,因此,当我们访问一个引用数据类型的时候,其实首先访问的是这个数据存储在栈中的引用地址,然后通过这个地址才最终访问到真正的数据

const a = 1
const b = {
  b1:1,
  b2:2
}
内存空间

为什么需要对数据进行拷贝?

let a = 1
let b = {
  b1:1,
  b2:2
}

const c = a
const d =b

a = 2
b.b1=1.1
内存空间

可以发现,虽然d在栈中新开辟了一个空间,但是它指向的堆内存指针和b是一样的,因此,当修改堆内存里的数据时,相应的d也会更改.

但是很多时候我们需要他们和基本数据类型一样,是互相独立的互不影响,此时我们就需要拷贝一份堆数据,然后将新数据的指针指向这个新的堆数据

思考:为什么写vue模板时,data要求是一个函数呢?

// test1
var a = {
  test1:1,
  test2:2
}
var b = a
var c = a
console.log(b === c) // true

// test2
var a = function (){
  return {
    test1:1,
    test2:2
  }
}
var b = a()
var c = a()
console.log(b === c) // false

可以发现,当我们创建对象时通过在函数内返回对象的方式去创建,能够保证每一次的赋值都是一个新鲜的互不影响的对象,因此在vue模板中的data通过函数的方式创建数据,可以保证多个地方引用相同的模板时,互相之间的数据不会互相影响

引用类型的拷贝

一般我们在谈论拷贝时,都会想到浅拷贝深拷贝

  • 浅拷贝,就是只拷贝对象的第一层数据,如果第二层还存在引用类型,则依然会有问题的,我理解的应用场景:
    • 明确的知道我要拷贝的对象是一个简单的,只有一层的数据
    • 虽然对象比较复杂,但是明确的知道只会更改第一层简单的,不存在第二层的变量数据,这时浅拷贝会有一丢丢的性能提升
  • 深拷贝,就是将一个对象完全的拷贝出来,无论层级多深,多复杂,一般为公司util方法的时候,使用的都是深拷贝

浅拷贝的实现

方法一:Object.assign

const obj = {a:1,b:2};
const cloneObj = Object.assign({}, obj); 

提示:Object.assign 方法只会拷贝源对象自身的并且可枚举的属性,使用源对象的[[Get]]和目标对象的[[Set]],因此如果要拷贝的对象包含继承属性不可枚举属性,则这些属性将不可被拷贝

方法二:通过解构赋值的方式

const obj = {a:1,b:2};
const cloneObj = {...obj}; 

提示: 展开语法Object.assign()的行为一致

深拷贝的实现

方法一:JSON.parse

JSON.stringify会将数据转换成JSON字符串的形式,存储在栈中,然后再通过JSON.parse重新转换成对象,存储在堆中。通过转换成字符串的方式,巧妙地重新生成了一份对象的副本

const obj = {
    a:{a1:1,a2:2},
    b:{b1:1,b2:2}
  };
const cloneObj = JSON.parse(JSON.stringify(obj)); 

如此简单的深拷贝,还是有使用限制的:

  • 对于诸如Map, Set, RegExp, Date, ArrayBuffer其他内置类型在进行序列化时会丢失或变化。
var obj = {
  a: function() {}, // 丢失
  b: new RegExp(/ab+c/, 'i'),
  c: 123,
  d: new Set([1,2,3])
}
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(obj)))
// {
//   b:{},
//   c:123,
//   d:{}
// }
  • 如果对象内部存在循环引用关系,则会报错
var obj = {
  a:1
}
var obj2 = {
  b: obj
}
obj.c = obj2
console.log(JSON.parse(JSON.stringify(obj)))
// Uncaught TypeError: Converting circular structure to JSON
  • 如果对象的层级太深,则会栈溢出
var obj = {}, cur = obj;
for (let i = 0; i < 10000; i++) {
  cur.next = {}
  cur = cur.next
}
JSON.parse(JSON.stringify(obj))
// RangeError: Maximum call stack size exceeded

因此如果能够明确知道要拷贝的对象结构及复杂度,则可以考虑是否使用此方式。
延伸:实现JSON.stringify函数

方法二: 递归

// 面试够用版
function deepClone(obj){
  if (obj instanceof RegExp) return new RegExp(obj)
  if (obj instanceof Date) return new Date(obj)

  if (typeof obj !== "object" || obj === null) return obj;

  let newObj=Array.isArray(obj)?[]:{}

  for(var attr in obj){
      if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(obj, attr)) {
          newObj[attr]=deepClone(obj[attr])
      }
  }
  return newObj
}

但是,这个递归版的深拷贝还是会有方法一的问题:

  • 存在循环引用的情况会爆栈RangeError: Maximum call stack size exceeded
  • 对象层次太深也会爆栈RangeError: Maximum call stack size exceeded

解决递归是循环引用的问题

通过Map或者别的方式存储已经遍历过的对象,然后在每次递归时判断map中有没有存储过,如果存储过就返回存储的对象,这样就可以解决循环引用问题

function deepClone(obj, map = new Map()){
  if (obj instanceof RegExp) return new RegExp(obj)
  if (obj instanceof Date) return new Date(obj)

  if (typeof obj !== "object" || obj === null) return obj;

  let newObj=Array.isArray(obj)?[]:{}
  if (map.get(obj)) {
    return obj;
  }
  map.set(obj, newObj);

  for(var attr in obj){
      if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(obj, attr)) {
          newObj[attr]=deepClone(obj[attr], map)
      }
  }
  return newObj
}

解决层级太深爆栈的问题一

理论上用尾调用的方式递归是可以解决这个问题的。
尾调用优化:es6规范规定,只要实现了尾调用,那么在递归里面就不会出现栈溢出报错。
但现实是,很多浏览器都没有实现这个规范,依然会出现栈溢出报错,尾调用还有一个限制条件就是必须要在严格模式下才生效。
v8引擎曾实现过这一功能,但后来又删除了调用优化,因为尾递归优化会破坏函数的调用栈信息。同时TC39 也在寻找新的语法来显式指明需要使用尾递归优化。

解决层级太深爆栈的问题二:DFS||BFS

理论上,所有的递归都可以通过迭代的方式实现,而迭代的方式就不会出现栈溢出的问题,只不过实现迭代方式的难易程度不一样!
在深拷贝这个问题上,我们可以通过栈+迭代的方式来实现:深度优先遍历(DFS)或广度优先遍历(BFS) ,实现原理差不多,我们以BFS举例:来源

function getEmpty(o){
    if(Object.prototype.toString.call(o) === '[object Object]'){
        return {};
    }
    if(Object.prototype.toString.call(o) === '[object Array]'){
        return [];
    }
    return o;
}
function deepCloneBFS(origin) {
  let queue = []; // 栈存储解构
    let map = new Map(); // 记录出现过的对象,用于处理环

    let target = getEmpty(origin);
    if(target !== origin){
        queue.push([origin, target]);
        map.set(origin, target);
    }

    while(queue.length){
        let [ori, tar] = queue.shift();
        for(let key in ori){
            // 处理环状
            if(map.get(ori[key])){
                tar[key] = map.get(ori[key]);
                continue;
            }

            tar[key] = getEmpty(ori[key]);
            if(tar[key] !== ori[key]){
                queue.push([ori[key], tar[key]]);
                map.set(ori[key], tar[key]);
            }
        }
    }
    return target;
}

结构化克隆算法

MDN由HTML5规范定义的用于复制复杂JavaScript对象的算法,可以避免无限遍历循环,支持的数据类型也比较多,但是,目前应该只有内置的api实现了此功能,所以如果需要使用这个功能就需要借助内置API,间接实现克隆!Channel Messaging API的Channel Messaging接口的实现兼容性算是比较好的。
[图片上传失败...(image-473666-1627546631737)]

node 序列化API(v8.0.0版本以上)

node 提供了一个序列化API可以和HTML结构化克隆相媲美,用法也比较简单

const buf = v8.serialize(obj);
const clone = v8.deserialize(buf);

console.log(clone);

immerjs的另辟蹊径

其实上面的方法都有一个问题,那就是,无论我们有没有使用数据,都会对所有数据进行一次遍历,对于庞大的数据来说,性能并不是特别好,因此可以考虑通过Proxy代理方式的方式对用到的对象进行拷贝,没有用到的部分,依然是同一份数据。
Immer就是通过这样的思想,以最小的成本实现了 js 的不可变对象

最后

最好的克隆方法,取决于使用环境和对象的复杂度。

参考

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