Vue3副作用函数与依赖收集怎么实现

引言

在现代前端框架中，响应式系统是核心之一。Vue3 引入了全新的响应式系统，基于 Proxy 和 Reflect 实现，相较于 Vue2 的 Object.defineProperty，具有更好的性能和更强大的功能。本文将深入探讨 Vue3 中副作用函数（effect）与依赖收集的实现机制，帮助读者更好地理解 Vue3 的响应式原理。

1. 响应式系统概述

1.1 什么是响应式系统

响应式系统是一种能够自动追踪数据变化并更新视图的机制。在 Vue 中，当数据发生变化时，视图会自动更新，这就是响应式系统的功劳。

1.2 Vue3 响应式系统的优势

Vue3 的响应式系统相较于 Vue2 有以下优势：

• 性能更好：基于 Proxy 的响应式系统比 Object.defineProperty 更高效。
• 功能更强大：Proxy 可以拦截更多操作，如数组的 push、pop 等。
• 更易扩展：Proxy 的拦截器可以灵活配置，便于扩展。

2. 副作用函数（effect）

2.1 什么是副作用函数

副作用函数是指在执行过程中会对外部状态产生影响的函数。在 Vue3 中，副作用函数通常是指那些依赖于响应式数据的函数，当响应式数据发生变化时，这些函数需要重新执行。

2.2 副作用函数的实现

Vue3 中的副作用函数是通过 effect 函数来实现的。effect 函数接收一个函数作为参数，并立即执行该函数。在执行过程中，effect 会追踪该函数所依赖的响应式数据，并在这些数据发生变化时重新执行该函数。

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn); // 清除旧的依赖
    activeEffect = effectFn; // 设置当前激活的副作用函数
    fn(); // 执行副作用函数
  };
  effectFn.deps = []; // 存储依赖的集合
  effectFn(); // 立即执行副作用函数
}

2.3 副作用函数的依赖收集

在副作用函数执行过程中，Vue3 会通过 Proxy 的 get 拦截器来收集依赖。当访问响应式数据时，Proxy 会触发 get 拦截器，将当前的副作用函数与响应式数据关联起来。

const proxy = new Proxy(target, {
  get(target, key, receiver) {
    track(target, key); // 收集依赖
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  // 其他拦截器...
});

3. 依赖收集

3.1 什么是依赖收集

依赖收集是指在副作用函数执行过程中，追踪该函数所依赖的响应式数据的过程。Vue3 通过依赖收集来建立响应式数据与副作用函数之间的关联，当响应式数据发生变化时，能够准确地找到需要重新执行的副作用函数。

3.2 依赖收集的实现

Vue3 的依赖收集是通过 track 函数来实现的。track 函数会将当前的副作用函数与响应式数据的属性关联起来，存储在全局的依赖映射中。

const targetMap = new WeakMap(); // 全局依赖映射

function track(target, key) {
  if (!activeEffect) return; // 没有激活的副作用函数，直接返回
  let depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) {
    targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
  }
  let dep = depsMap.get(key);
  if (!dep) {
    depsMap.set(key, (dep = new Set()));
  }
  dep.add(activeEffect); // 将当前副作用函数添加到依赖集合中
  activeEffect.deps.push(dep); // 将依赖集合添加到副作用函数的依赖列表中
}

3.3 依赖的清理

在副作用函数重新执行之前，Vue3 会先清理旧的依赖，以避免重复收集依赖。清理依赖是通过 cleanup 函数来实现的。

function cleanup(effectFn) {
  for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
    const dep = effectFn.deps[i];
    dep.delete(effectFn); // 从依赖集合中移除副作用函数
  }
  effectFn.deps.length = 0; // 清空依赖列表
}

4. 触发更新

4.1 什么是触发更新

触发更新是指当响应式数据发生变化时，Vue3 会通知所有依赖于该数据的副作用函数重新执行的过程。触发更新是通过 trigger 函数来实现的。

4.2 触发更新的实现

trigger 函数会根据响应式数据的属性，从全局依赖映射中找到所有依赖于该属性的副作用函数，并依次执行这些函数。

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) return; // 没有依赖，直接返回
  const dep = depsMap.get(key);
  if (dep) {
    const effects = new Set(dep); // 避免无限循环
    effects.forEach(effectFn => {
      if (effectFn !== activeEffect) { // 避免重复执行当前副作用函数
        effectFn(); // 执行副作用函数
      }
    });
  }
}

4.3 触发更新的优化

为了避免在触发更新时重复执行副作用函数，Vue3 会对副作用函数进行调度。通过调度器（scheduler），Vue3 可以将多个副作用函数的执行合并为一次，从而提高性能。

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) return;
  const dep = depsMap.get(key);
  if (dep) {
    const effects = new Set(dep);
    effects.forEach(effectFn => {
      if (effectFn !== activeEffect) {
        if (effectFn.scheduler) {
          effectFn.scheduler(effectFn); // 使用调度器执行副作用函数
        } else {
          effectFn(); // 直接执行副作用函数
        }
      }
    });
  }
}

5. 响应式系统的扩展

5.1 计算属性

计算属性是基于响应式数据的派生属性，Vue3 通过 computed 函数来实现计算属性。计算属性的实现依赖于副作用函数和依赖收集机制。

function computed(getter) {
  let value;
  let dirty = true; // 标记是否需要重新计算

  const effectFn = effect(getter, {
    lazy: true, // 延迟执行
    scheduler() {
      dirty = true; // 标记为脏数据
      trigger(obj, 'value'); // 触发更新
    }
  });

  const obj = {
    get value() {
      if (dirty) {
        value = effectFn(); // 重新计算
        dirty = false;
      }
      track(obj, 'value'); // 收集依赖
      return value;
    }
  };

  return obj;
}

5.2 监听器

监听器（watch）用于监听响应式数据的变化，并在数据变化时执行回调函数。Vue3 的监听器也是基于副作用函数和依赖收集机制实现的。

function watch(source, cb) {
  let getter;
  if (typeof source === 'function') {
    getter = source;
  } else {
    getter = () => traverse(source); // 递归访问所有属性
  }

  let oldValue;
  const effectFn = effect(() => getter(), {
    lazy: true,
    scheduler() {
      const newValue = effectFn(); // 获取新值
      cb(newValue, oldValue); // 执行回调
      oldValue = newValue; // 更新旧值
    }
  });

  oldValue = effectFn(); // 初始化旧值
}

6. 总结

Vue3 的响应式系统通过副作用函数和依赖收集机制，实现了高效的数据追踪和视图更新。副作用函数负责执行依赖于响应式数据的逻辑，依赖收集机制则负责建立响应式数据与副作用函数之间的关联。通过 Proxy 和 Reflect，Vue3 的响应式系统具有更好的性能和更强大的功能，为开发者提供了更加灵活和高效的开发体验。

本文详细介绍了 Vue3 中副作用函数与依赖收集的实现机制，希望能够帮助读者更好地理解 Vue3 的响应式原理，并在实际开发中灵活运用这些知识。