Vue 3 响应式系统：原始值与代理对象的转换、缓存机制深度剖析
大家好，今天我们来深入探讨 Vue 3 响应式系统的核心机制，特别是原始值（Raw）与代理（Proxy）对象之间的转换与缓存策略。理解这些细节对于构建高性能、可维护的 Vue 应用至关重要。
1. 响应式系统的基石：理解 reactive 与 ref
在 Vue 3 中，reactive 和 ref 是构建响应式数据的两个主要 API。它们的目的都是让 JavaScript 对象或原始值能够被 Vue 的响应式系统追踪，并在数据发生变化时触发视图更新。
-
reactive: 用于将 JavaScript 对象转换为响应式对象。它返回的是一个 Proxy 对象，这个 Proxy 对象会拦截对对象属性的访问和修改，从而触发依赖追踪和更新。 -
ref: 用于将原始值或者对象转换为响应式引用。它返回的是一个具有.value属性的对象，对.value的访问和修改会被拦截，触发依赖追踪和更新。
两者最大的区别在于：reactive 直接作用于对象本身，而 ref 作用于一个包含该值的对象。
代码示例：
import { reactive, ref } from 'vue';
// 使用 reactive 创建响应式对象
const state = reactive({
count: 0,
message: 'Hello Vue!'
});
// 使用 ref 创建响应式引用
const countRef = ref(0);
const messageRef = ref('Hello Vue!');
// 访问和修改响应式数据
console.log(state.count); // 0
state.count++;
console.log(countRef.value); // 0
countRef.value++;2. 原始值（Raw）与代理（Proxy）对象：概念辨析
在 Vue 3 响应式系统中，理解原始值和代理对象的区别至关重要。
-
原始值 (Raw Value): 指的是未经任何响应式处理的 JavaScript 值，例如数字、字符串、布尔值、
null、undefined和 Symbol。 对于对象来说，原始值是指未经reactive处理过的普通 JavaScript 对象。 -
代理对象 (Proxy Object): 指的是通过
reactive或ref将原始对象或值包装后得到的响应式对象。它是 JavaScript 原生 Proxy 对象的一个实例，通过拦截对目标对象的操作（如属性访问、设置等）来实现依赖追踪和更新。
Vue 3 的响应式系统不会直接修改原始值。相反，它会创建一个代理对象，并对代理对象进行操作。这样做的好处在于：
- 非侵入性： 原始对象保持不变，可以在响应式系统之外安全地使用。
- 控制能力： 通过 Proxy 拦截操作，可以精确地控制依赖追踪和更新的时机。
3. toRaw：揭开 Proxy 对象的面纱
toRaw 是一个实用函数，用于从一个响应式代理对象中提取出原始值。它返回的是被 Proxy 包装的原始对象，绕过响应式系统的拦截。
代码示例：
import { reactive, toRaw } from 'vue';
const state = reactive({
count: 0,
message: 'Hello Vue!'
});
const rawState = toRaw(state);
console.log(rawState === state); // false
console.log(rawState.count); // 0
rawState.count++; // 修改原始对象，不会触发响应式更新
console.log(state.count); // 0 (仍然是0)使用场景：
- 性能优化： 在某些情况下，我们可能需要绕过响应式系统，直接操作原始对象以提高性能。例如，在处理大量数据时，避免频繁的依赖追踪可以显著提升效率。
- 与第三方库集成： 有些第三方库可能不兼容 Vue 的响应式对象。使用
toRaw可以将响应式对象转换为原始对象，以便与这些库进行交互。 - 调试：
toRaw可以帮助我们检查响应式对象内部的原始数据，方便调试。
注意事项：
- 直接修改
toRaw返回的原始对象不会触发 Vue 的响应式更新。这可能会导致视图和数据不一致。 - 应谨慎使用
toRaw，只有在明确了解其影响的情况下才使用。
4. 响应式转换的内部机制：reactive 的实现
reactive 函数的内部实现相当复杂，涉及到 JavaScript Proxy 的使用以及依赖追踪系统的集成。 简化后的核心逻辑如下：
import { isObject, hasOwn, isSymbol } from '@vue/shared';
import { track, trigger } from './effect'; // 依赖追踪和触发更新
const reactiveMap = new WeakMap(); // 缓存代理对象
function reactive(target) {
if (!isObject(target)) {
return target; // 非对象直接返回
}
if (reactiveMap.has(target)) {
return reactiveMap.get(target); // 缓存命中，直接返回代理对象
}
// 防止重复代理：如果目标对象已经是响应式对象，则直接返回
if (isReactive(target)) {
return target;
}
const proxy = new Proxy(target, {
get(target, key, receiver) {
if (key === "__v_isReactive") { // 用于判断是否为响应式对象
return true;
}
if (isSymbol(key)) {
return Reflect.get(target, key, receiver);
}
track(target, 'get', key); // 依赖追踪
return Reflect.get(target, key, receiver);
},
set(target, key, value, receiver) {
let oldValue = target[key];
let result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
if (!hasOwn(target, key)) {
trigger(target, 'add', key, value); // 新增属性
} else if (value !== oldValue) {
trigger(target, 'set', key, value, oldValue); // 修改属性
}
return result;
},
deleteProperty(target, key) {
const hadKey = hasOwn(target, key);
const result = Reflect.deleteProperty(target, key);
if (hadKey && result) {
trigger(target, 'delete', key, undefined, undefined); // 删除属性
}
return result;
}
});
reactiveMap.set(target, proxy); // 缓存代理对象
return proxy;
}
function isReactive(value) {
return !!(value && value.__v_isReactive);
}核心步骤：
- 类型检查： 首先，
reactive会检查传入的target是否为对象。如果不是对象，则直接返回，因为只有对象才能被转换为响应式对象。 - 缓存检查： 使用
WeakMap(reactiveMap) 缓存已经代理过的对象。如果target已经在reactiveMap中，则直接返回缓存的代理对象，避免重复代理。WeakMap的 key 是弱引用，当原始对象被回收时，对应的缓存也会自动清除，防止内存泄漏。 - 重复代理检查： 检查目标对象是否已经被响应式系统代理过。如果已经是响应式对象，直接返回该对象，避免重复代理。
- 创建 Proxy： 如果
target是一个新的对象，则创建一个 Proxy 对象。 Proxy 对象会拦截对target的各种操作，例如属性访问 (get)、属性设置 (set) 和属性删除 (deleteProperty)。 - 依赖追踪 (track)： 在
get拦截器中，调用track函数来追踪依赖。track函数会将当前正在执行的 effect (例如组件的渲染函数) 与被访问的属性关联起来。 - 触发更新 (trigger)： 在
set和deleteProperty拦截器中，调用trigger函数来触发更新。trigger函数会找到所有依赖于被修改属性的 effect，并执行它们。 - 缓存代理对象： 将创建的 Proxy 对象缓存到
reactiveMap中，以便下次使用。 - 返回 Proxy： 返回创建的 Proxy 对象。
5. ref 的转换机制：.value 背后的秘密
ref 的实现与 reactive 略有不同，因为它需要处理原始值的情况。一个简化的 ref 实现如下：
import { track, trigger } from './effect'; // 依赖追踪和触发更新
import { hasChanged, isObject, toReactive } from '@vue/shared';
class RefImpl {
constructor(value) {
this.__v_isRef = true; // 用于判断是否为ref
this._value = convert(value); // 如果value是对象，则转换为响应式对象
}
get value() {
track(this, 'get', 'value'); // 追踪依赖
return this._value;
}
set value(newValue) {
if (hasChanged(this._value, newValue)) {
this._value = convert(newValue);
trigger(this, 'set', 'value', newValue); // 触发更新
}
}
}
function ref(value) {
return new RefImpl(value);
}
function convert(value) {
return isObject(value) ? toReactive(value) : value;
}
function toReactive(value) {
return isObject(value) ? reactive(value) : value;
}
核心步骤：
- 创建 RefImpl 实例：
ref函数创建一个RefImpl类的实例。RefImpl类持有一个_value属性，用于存储实际的值。 - 转换对象： 如果传入的
value是一个对象，convert函数会使用reactive函数将其转换为响应式对象。 如果value是原始值，则直接存储在_value中。 .value访问器：RefImpl类定义了一个value属性的 getter 和 setter。- getter： 在
value的 getter 中，调用track函数来追踪依赖。 - setter： 在
value的 setter 中，首先检查新值是否与旧值不同。如果不同，则更新_value，并调用trigger函数来触发更新。
- getter： 在
- 依赖追踪和触发更新： 与
reactive类似，ref也使用track和trigger函数来实现依赖追踪和触发更新。 但是，ref追踪的是对RefImpl实例的value属性的访问和修改，而不是直接追踪原始值。
6. 缓存机制：优化响应式性能的关键
Vue 3 的响应式系统使用了缓存机制来优化性能，避免不必要的代理创建和依赖追踪。
-
reactive的缓存：reactive函数使用WeakMap(reactiveMap) 来缓存已经代理过的对象。 如果一个对象已经被reactive处理过，则下次调用reactive时，会直接返回缓存的代理对象，而不会创建新的代理对象。 这可以避免重复代理，提高性能。 -
ref的缓存：ref内部使用toReactive将对象转换为响应式对象，toReactive复用了reactive的缓存机制。
缓存的优势：
- 减少内存占用： 避免创建重复的代理对象，减少内存占用。
- 提高性能： 避免重复的依赖追踪和更新，提高性能。
- 保持一致性： 确保同一个对象只会被代理一次，避免出现意外的行为。
代码示例 (展示 reactive 的缓存):
import { reactive } from 'vue';
const obj = { count: 0 };
const reactiveObj1 = reactive(obj);
const reactiveObj2 = reactive(obj);
console.log(reactiveObj1 === reactiveObj2); // true (因为缓存)
const rawObj = { count: 0 };
const reactiveObj3 = reactive(rawObj);
const reactiveObj4 = reactive({ count: 0 });
console.log(reactiveObj3 === reactiveObj4); // false (因为不是同一个原始对象)7. 深入理解 readonly：只读代理
readonly 用于创建一个只读的响应式代理。 任何尝试修改只读代理的行为都会导致一个警告，并且不会生效。
代码示例：
import { reactive, readonly } from 'vue';
const original = reactive({ count: 0 });
const readOnlyVersion = readonly(original);
// 读取值是正常的
console.log(readOnlyVersion.count); // 0
// 尝试修改值会触发警告
readOnlyVersion.count++; // 警告：Set operation on key "count" failed: target is readonly.
// 原始对象的值仍然是0
console.log(original.count); // 0readonly 的实现：
readonly 的实现与 reactive 类似，也是通过 Proxy 来实现的。 但是，readonly 的 Proxy 的 set 和 deleteProperty 拦截器会阻止对属性的修改和删除，并发出警告。
使用场景：
- 保护状态：
readonly可以用于保护组件的状态，防止意外的修改。 - 共享数据：
readonly可以用于共享数据，确保数据不会被意外修改。
8. 总结与思考
我们深入探讨了 Vue 3 响应式系统中原始值与代理对象之间的转换和缓存机制。 reactive 和 ref 是构建响应式数据的基石，它们通过 Proxy 对象来实现依赖追踪和更新。 toRaw 允许我们访问原始对象，但需要谨慎使用。 Vue 3 的缓存机制可以优化性能，避免不必要的代理创建和依赖追踪。 readonly 则提供了一种保护状态的机制。 深入理解这些机制能够帮助我们更好地理解 Vue 3 的响应式系统，并构建更高效、更可维护的 Vue 应用。
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