Vue 3中的Effect副作用函数追踪：依赖图的构建、清理与内存泄漏风险分析

大家好，今天我们来深入探讨Vue 3响应式系统的核心机制之一：Effect副作用函数的追踪。我们将详细分析依赖图的构建过程、如何进行清理，以及可能存在的内存泄漏风险，并通过代码示例进行讲解。

Vue 3 的响应式系统不再像 Vue 2 那样使用 Object.defineProperty，而是采用更高效的 Proxy。这使得依赖追踪更加精细，可以追踪到对象的具体属性的访问和修改。Effect 就是执行副作用的函数，当依赖的数据发生变化时，Effect 会重新执行。

1. 响应式系统基础：Proxy 与 Reactive

首先，我们回顾一下 Vue 3 响应式系统的基础：Proxy 和 reactive。

reactive 函数可以将一个普通 JavaScript 对象转换成响应式对象。当访问或修改响应式对象的属性时，会触发相应的 get 和 set 陷阱。

import { reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0,
  message: 'Hello Vue!'
});

console.log(state.count); // 访问 state.count，触发 get 陷阱

state.count++; // 修改 state.count，触发 set 陷阱

state.message = 'Updated message'; // 修改 state.message，触发 set 陷阱

Proxy 对象允许我们拦截对目标对象的操作，例如属性的读取、赋值等。 Vue 3 使用 Proxy 来拦截对响应式对象的访问和修改，从而实现依赖追踪和更新。

2. Effect 函数：副作用的执行者

Effect 函数是执行副作用的函数，例如更新 DOM、发送网络请求等。当 Effect 函数依赖的数据发生变化时，Effect 函数会自动重新执行。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0
});

effect(() => {
  console.log('Count is:', state.count); // effect 函数依赖 state.count
});

state.count++; // 修改 state.count，触发 effect 函数重新执行

在这个例子中，effect 函数接收一个回调函数，这个回调函数会被立即执行一次。当 state.count 的值发生变化时，这个回调函数会被自动重新执行。

3. 依赖追踪：构建依赖图

依赖追踪是 Vue 3 响应式系统的核心。当 Effect 函数执行时，Vue 3 会追踪 Effect 函数访问了哪些响应式对象的哪些属性，并将这些属性和 Effect 函数建立关联，形成一个依赖图。

依赖图是一个由响应式属性和 Effect 函数组成的图。响应式属性作为节点，Effect 函数也作为节点。如果 Effect 函数依赖于某个响应式属性，那么就会有一条从该属性节点指向该 Effect 函数节点的边。

3.1 依赖收集：track 函数

依赖收集过程发生在访问响应式对象的属性时。当访问响应式对象的属性时，会触发 get 陷阱。在 get 陷阱中，Vue 3 会调用 track 函数来收集依赖。

以下是一个简化的 track 函数的实现：

let activeEffect = null; // 当前激活的 effect 函数

function track(target, key) {
  if (activeEffect) {
    let depsMap = targetMap.get(target);
    if (!depsMap) {
      depsMap = new Map();
      targetMap.set(target, depsMap);
    }

    let dep = depsMap.get(key);
    if (!dep) {
      dep = new Set();
      depsMap.set(key, dep);
    }

    dep.add(activeEffect);
    activeEffect.deps.push(dep);
  }
}

const targetMap = new WeakMap(); // 存储 target -> key -> dep

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    activeEffect = effectFn;
    effectFn.deps = [];
    const result = fn();
    activeEffect = null;
    return result;
  }
  effectFn();
  return effectFn;
}

function reactive(target) {
    return new Proxy(target, {
        get(target, key, receiver) {
            const res = Reflect.get(target, key, receiver);
            track(target, key);
            return res;
        },
        set(target, key, value, receiver) {
            const res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
            trigger(target, key);
            return res;
        }
    })
}

function trigger(target, key) {
    const depsMap = targetMap.get(target);
    if (!depsMap) return;
    const dep = depsMap.get(key);
    if (!dep) return;

    dep.forEach(effect => {
        effect();
    });
}

const state = reactive({ count: 0 });

effect(() => {
    console.log(state.count);
});

state.count++;

在这个例子中，targetMap 是一个 WeakMap，用于存储 target -> key -> dep 的关系。 target 是响应式对象，key 是属性名，dep 是一个 Set，存储依赖于该属性的 Effect 函数。 activeEffect 用于记录当前正在执行的 Effect 函数。

当访问 state.count 时，track 函数会将当前的 activeEffect 添加到 state.count 对应的 dep 中。这样就建立了 state.count 和 Effect 函数之间的依赖关系。

3.2 触发更新：trigger 函数

当修改响应式对象的属性时，会触发 set 陷阱。在 set 陷阱中，Vue 3 会调用 trigger 函数来触发更新。

trigger 函数会找到依赖于该属性的所有 Effect 函数，并依次执行它们。

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) return;
  const dep = depsMap.get(key);
  if (!dep) return;

  dep.forEach(effect => {
    effect();
  });
}

在这个例子中，trigger 函数会找到 state.count 对应的 dep，然后遍历 dep 中的所有 Effect 函数，并依次执行它们。

4. 依赖清理：避免无效更新和内存泄漏

当 Effect 函数不再需要时，或者依赖的响应式对象被销毁时，需要进行依赖清理。如果不进行依赖清理，可能会导致无效更新和内存泄漏。

4.1 为什么需要依赖清理？

无效更新： 如果一个 Effect 函数不再需要执行，但是仍然存在于依赖图中，那么当依赖的数据发生变化时，该 Effect 函数仍然会被触发执行，导致无效更新。
内存泄漏： 如果一个 Effect 函数不再需要执行，但是仍然持有对响应式对象的引用，那么该响应式对象就无法被垃圾回收，导致内存泄漏。

4.2 依赖清理机制

Vue 3 的依赖清理机制主要通过以下两种方式实现：

自动清理： 当 Effect 函数重新执行时，会先清理之前的依赖，然后再重新收集依赖。
手动清理： 可以手动调用 Effect 函数的 stop 方法来停止 Effect 函数的执行，并清理依赖。

4.3 自动清理

当 Effect 函数重新执行时，会先清理之前的依赖。这是通过在 Effect 函数的执行过程中，先将 activeEffect 设置为当前 Effect 函数，然后遍历之前收集的依赖，将当前 Effect 函数从依赖中移除。

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn); // 清理之前的依赖
    activeEffect = effectFn;
    effectFn.deps = [];
    const result = fn();
    activeEffect = null;
    return result;
  }
  effectFn.deps = [];
  effectFn();
  return effectFn;
}

function cleanup(effectFn) {
  for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
    const dep = effectFn.deps[i];
    dep.delete(effectFn); // 从依赖中移除 effectFn
  }
  effectFn.deps.length = 0;
}

在这个例子中，cleanup 函数会遍历 effectFn.deps，将 effectFn 从每个 dep 中移除。这样就清除了 effectFn 之前的依赖。

4.4 手动清理：stop 方法

可以通过手动调用 Effect 函数的 stop 方法来停止 Effect 函数的执行，并清理依赖。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0
});

const myEffect = effect(() => {
  console.log('Count is:', state.count);
});

state.count++; // 触发 effect 函数重新执行

myEffect.stop(); // 停止 effect 函数的执行

state.count++; // 不会触发 effect 函数重新执行

为了实现 stop 方法，我们需要在 effect 函数返回的 effectFn 上添加一个 stop 方法：

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn); // 清理之前的依赖
    activeEffect = effectFn;
    effectFn.deps = [];
    const result = fn();
    activeEffect = null;
    return result;
  }

  effectFn.stop = () => {
    cleanup(effectFn);
  };

  effectFn.deps = [];
  effectFn();
  return effectFn;
}

当调用 myEffect.stop() 时，cleanup 函数会被调用，从而清理 myEffect 的依赖。

5. 内存泄漏风险分析

尽管 Vue 3 提供了自动和手动的依赖清理机制，但在某些情况下仍然可能发生内存泄漏。

5.1 闭包引用

如果 Effect 函数内部使用了闭包，并且闭包引用了响应式对象，那么即使 Effect 函数被停止，闭包仍然会持有对响应式对象的引用，导致内存泄漏。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0
});

let timerId;

const myEffect = effect(() => {
  timerId = setInterval(() => {
    console.log('Count is:', state.count);
  }, 1000);
});

myEffect.stop(); // 停止 effect 函数的执行，但 timerId 仍然持有对 state 的引用

在这个例子中，setInterval 回调函数形成了一个闭包，闭包引用了 state 对象。即使 myEffect 被停止，setInterval 仍然会继续执行，并且持有对 state 对象的引用，导致 state 对象无法被垃圾回收。

解决办法： 在停止 Effect 函数时，需要清除 setInterval。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0
});

let timerId;

const myEffect = effect(() => {
  clearInterval(timerId); // 清除之前的 setInterval
  timerId = setInterval(() => {
    console.log('Count is:', state.count);
  }, 1000);
});

myEffect.stop();
clearInterval(timerId); // 确保停止 effect 时清除 interval

5.2 DOM 引用

如果 Effect 函数内部直接操作 DOM，并且将 DOM 节点存储在外部变量中，那么即使 Effect 函数被停止，外部变量仍然会持有对 DOM 节点的引用，导致内存泄漏。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  message: 'Hello Vue!'
});

let element;

const myEffect = effect(() => {
  element = document.createElement('div');
  element.textContent = state.message;
  document.body.appendChild(element);
});

myEffect.stop(); // 停止 effect 函数的执行，但 element 仍然持有对 DOM 节点的引用

在这个例子中，element 变量持有对创建的 div 元素的引用。即使 myEffect 被停止，element 仍然存在，并且 div 元素仍然附加到 body 上，导致内存泄漏。

解决办法： 在停止 Effect 函数时，需要移除 DOM 节点。

import { effect, reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  message: 'Hello Vue!'
});

let element;

const myEffect = effect(() => {
    if (element) {
        document.body.removeChild(element); // 移除之前的 element
    }
    element = document.createElement('div');
  element.textContent = state.message;
  document.body.appendChild(element);
});

myEffect.stop();
if (element) {
    document.body.removeChild(element);
}

5.3 循环引用

如果两个或多个对象之间存在循环引用，并且这些对象都依赖于某个响应式对象，那么即使 Effect 函数被停止，这些对象仍然会相互引用，导致内存泄漏。这种情况比较复杂，需要具体分析。通常可以通过打破循环引用来解决。

6. 总结：关键点回顾

Effect 副作用函数的追踪是 Vue 3 响应式系统的核心机制。通过 Proxy 拦截对象的访问和修改，利用 track 函数构建依赖图，并使用 trigger 函数触发更新。依赖清理是避免无效更新和内存泄漏的关键。 Vue 3 提供了自动和手动的依赖清理机制，但在使用闭包、DOM 操作等情况下仍然需要注意内存泄漏的风险。

7. 最佳实践和建议

尽量避免在 Effect 函数中使用闭包，如果必须使用闭包，请确保在停止 Effect 函数时清除闭包中的引用。
在 Effect 函数中操作 DOM 时，请确保在停止 Effect 函数时移除 DOM 节点。
避免创建循环引用，如果必须创建循环引用，请确保在不再需要这些对象时打破循环引用。
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定期检查你的代码，确保没有潜在的内存泄漏风险。

8. 深入理解响应式原理的重要性

深入理解 Vue 3 响应式系统的原理，可以帮助你编写更高效、更健壮的代码，避免常见的性能问题和内存泄漏风险。这也有助于你在使用其他框架或库时，更好地理解它们的工作原理，并编写出高质量的代码。

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