如何实现深拷贝？structuredClone

经典的面试题：如何实现深拷贝。

常规的回答主要是通过JSON或者遍历对象递归。主要是考核对对象操作方法的熟悉程度。今天来介绍另一个方案structuredClone()。

什么是 structuredClone()？

structuredClone() 是在 2022 年引入的一个全局函数，它使得 JavaScript 对象的深度克隆变得可能。与传统的方法如 JSON.stringify() 和 JSON.parse() 不同，这些方法在处理复杂结构和循环引用时会遇到困难，structuredClone() 却能轻松应对这些挑战。

基本用法

它是一个强大的工具，用于创建真正的深度克隆，保持嵌套对象和循环引用的完整性，无需额外的逻辑或变通方法。此外，它在现代环境中可用，包括 Web Workers。

1. 简单对象克隆：基础

使用 {...obj}（浅拷贝）

const original = {name: "Alice",details: { age: 25 }
};const shallowCopy = { ...original };shallowCopy.details.age = 30;console.log(original.details.age); // 30
console.log(shallowCopy.details.age); // 30

发生了什么？

展开运算符 {...obj} 仅创建浅拷贝。details 对象没有被深度克隆，因此对 shallowCopy.details 的更改也会影响原始的 details。

使用 JSON.stringify() + JSON.parse()（深拷贝）

const original = {name: "Alice",details: { age: 25 }
};const deepCopy = JSON.parse(JSON.stringify(original));deepCopy.details.age = 30;console.log(original.details.age); // 25
console.log(deepCopy.details.age); // 30

这种方法创建了一个深拷贝，但它有局限性：它无法处理函数、undefined 或循环引用。

使用 structuredClone()（深拷贝）

const original = {name: "Alice",details: { age: 25 }
};const clone = structuredClone(original);clone.details.age = 30;console.log(original.details.age); // 25
console.log(clone.details.age); // 30

structuredClone() 创建了一个深拷贝，保留了结构，没有任何 JSON.stringify() 的限制，并能处理循环引用和 undefined 等复杂数据类型。

2. 循环引用

使用 {...obj} 处理循环引用

const original = {name: "Alice",self: null
};original.self = original; // 这将导致错误：const shallowCopy = { ...original };// TypeError: Converting circular structure to JSON

{...obj} 无法处理循环引用，结果会导致错误。

使用 JSON.stringify() 处理循环引用

const original = {name: "Alice",self: null
};original.self = original; // 这将导致错误：const jsonCopy = JSON.parse(JSON.stringify(original));// TypeError: Converting circular structure to JSON

JSON.stringify() 也无法处理循环引用，会抛出错误。

使用 structuredClone() 处理循环引用

const original = {name: "Alice",self: null
};original.self = original;
const clone = structuredClone(original);console.log(clone !== original); // true
console.log(clone.self === clone); // true

structuredClone() 轻松处理循环引用，创建了正确的深度克隆，没有错误。

3. 克隆函数和 undefined

使用 {...obj}

const original = {name: "Alice",greet: () => "Hello!",value: undefined
};const shallowCopy = { ...original };console.log(shallowCopy.greet()); // "Hello!"
console.log(shallowCopy.value); // undefined

发生了什么？

{...obj} 如预期那样拷贝函数和 undefined，但仅是浅拷贝。

使用 JSON.stringify()

const original = {name: "Alice",greet: () => "Hello!",value: undefined
};const jsonCopy = JSON.parse(JSON.stringify(original));console.log(jsonCopy.greet); // undefined
console.log(jsonCopy.value); // undefined

JSON.stringify() 无法序列化函数或 undefined，导致它们在克隆对象中丢失。

使用 structuredClone()

const original = {name: "Alice",greet: () => "Hello!",value: undefined
};const clone = structuredClone(original);console.log(clone.greet); // undefined
console.log(clone.value); // undefined

structuredClone() 也不克隆函数，但保留了 undefined 值，使其比 JSON.stringify() 更可靠，适用于复杂对象。

4. 速度和效率：性能说明

处理大数据的效率

const largeArray = new Array(1e6).fill({ key: "value" });console.time("structuredClone");
const clone = structuredClone(largeArray);
console.timeEnd("structuredClone");console.time("JSON.stringify + JSON.parse");
const jsonCopy = JSON.parse(JSON.stringify(largeArray));
console.timeEnd("JSON.stringify + JSON.parse");

对于大型、复杂的数据，structuredClone() 通常比 JSON.stringify() + JSON.parse() 更快，并且避免了序列化和反序列化的问题。

再深入了解一下

全局的 structuredClone() 方法使用结构化克隆算法将给定的值进行深拷贝。

该方法还支持把原值中的可转移对象转移（而不是拷贝）到新对象上。可转移对象与原始对象分离并附加到新对象；它们将无法在原始对象中被访问。

structuredClone(value, { transfer })

value

被克隆的对象。可以是任何结构化克隆支持的类型。

JavaScript 类型

• Array
• ArrayBuffer
• Boolean
• DataView
• Date
• Error 类型（仅限部分 Error 类型）。
• Map
• Object 对象：仅限简单对象（如使用对象字面量创建的）。
• 除 symbol 以外的基本类型。
• RegExp：lastIndex 字段不会被保留。
• Set
• String
• TypedArray

Error 类型

• 仅支持以下 Error 类型：Error、EvalError、RangeError、ReferenceError、SyntaxError、TypeError、URIError（或其他会被设置为 Error 的）。
• 浏览器必须序列化 name 和 message 字段，其他有意义的字段则可能会序列化，如 stack、cause 等。

transfer 可选

是一个可转移对象的数组，里面的 值 并没有被克隆，而是被转移到被拷贝对象上。

一个可能有用的场景是在保存 buffer 之前先异步的校验里面的数据。为了避免 buffer 在保存之前有其他修改，你可以先克隆这个 buffer 然后校验数据。为了防止意外的错误引用，在传输数据时，任何修改 buffer 的尝试都会失败。

var uInt8Array = new Uint8Array(1024 * 1024 * 16); // 16MB
for (var i = 0; i < uInt8Array.length; ++i) {uInt8Array[i] = i;
}const transferred = structuredClone(uInt8Array, {transfer: [uInt8Array.buffer],
});
console.log(uInt8Array.byteLength); // 0

结构化克隆算法用于复制复杂 JavaScript 对象的算法。常用于浏览器内部的数据传递，例如 Worker 的 postMessage() 或使用 IndexedDB 存储对象用。它通过递归输入对象来构建克隆，同时保持先前访问过的引用的映射，以避免无限遍历循环。

结构化克隆所不能做到的

• Function 对象是不能被结构化克隆算法复制的；如果你尝试这样子去做，这会导致抛出 DATA_CLONE_ERR 的异常。
• 企图去克隆 DOM 节点同样会抛出 DATA_CLONE_ERR 异常。
• 对象的某些特定参数也不会被保留
  • RegExp 对象的 lastIndex 字段不会被保留
  • 属性描述符，setters 以及 getters（以及其他类似元数据的功能）同样不会被复制。例如，如果一个对象用属性描述符标记为 read-only，它将会被复制为 read-write，因为这是默认的情况下。
  • 原形链上的属性也不会被追踪以及复制。

总结

structuredClone()的优势如下：

• 可靠性：更可预测地处理循环引用、函数和 undefined 值。

• 效率：对于大型数据集执行深度克隆更快，不需要变通方法。

• 简洁性：一种方法统治它们所有 —— 不再需要在 {...obj}、JSON.stringify() 或自定义深度克隆函数之间选择。

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