Vue 计算属性：惰性求值、缓存失效与 dirty 状态管理
各位同学，大家好！今天我们要深入探讨 Vue.js 中计算属性（Computed Properties）的核心机制：惰性求值、缓存失效以及底层 dirty 状态的管理。理解这些机制对于编写高效、可维护的 Vue 应用至关重要。
一、什么是计算属性？
首先，我们简单回顾一下计算属性的概念。计算属性允许你声明一个属性，它的值依赖于其他响应式依赖。当这些依赖发生变化时，计算属性会自动更新。这避免了在模板中直接进行复杂计算，提高了代码的可读性和可维护性。
<template>
<p>Full Name: {{ fullName }}</p>
</template>
<script>
import { ref, computed } from 'vue';
export default {
setup() {
const firstName = ref('John');
const lastName = ref('Doe');
const fullName = computed(() => {
console.log("Calculating fullName..."); // 用于观察计算过程
return firstName.value + ' ' + lastName.value;
});
return {
firstName,
lastName,
fullName
};
}
};
</script>在这个例子中，fullName 是一个计算属性，它的值依赖于 firstName 和 lastName。当 firstName 或 lastName 改变时，fullName 会自动更新。
二、惰性求值 (Lazy Evaluation)
计算属性的一个关键特性是 惰性求值。这意味着计算属性的值只有在 真正被访问 的时候才会被计算。如果一个计算属性在组件渲染过程中没有被使用，那么它的计算函数就不会被执行。
回到之前的例子，如果我们在模板中没有使用 fullName，那么 fullName 的计算函数中的 console.log("Calculating fullName...") 就不会被打印。
这种惰性求值的机制可以显著提高性能，特别是在计算属性的计算量比较大的时候。只有真正需要的时候才进行计算，避免了不必要的资源浪费。
三、缓存 (Caching)
除了惰性求值，计算属性还具有 缓存 的特性。一旦计算属性的值被计算出来，它就会被缓存起来。在下一次访问该计算属性时，如果其依赖没有发生变化，那么 Vue 会直接返回缓存的值，而不会重新执行计算函数。
继续之前的例子，如果 firstName 和 lastName 在第一次访问 fullName 之后没有发生变化，那么再次访问 fullName 时， console.log("Calculating fullName...") 就不会再次被打印。
四、dirty 状态：缓存失效的核心
缓存机制的核心在于如何判断计算属性的依赖是否发生了变化。这就要引入 dirty 状态的概念。
-
dirty状态的含义：dirty状态是一个布尔值，表示计算属性的缓存是否已经过期。dirty = true：表示计算属性的依赖发生了变化，缓存已经过期，需要重新计算。dirty = false：表示计算属性的依赖没有发生变化，缓存仍然有效，可以直接返回缓存的值。
-
dirty状态的管理： Vue 会自动管理计算属性的dirty状态。当计算属性的依赖发生变化时，Vue 会将该计算属性的dirty状态设置为true。当计算属性被访问时，如果dirty状态为true，Vue 会重新计算该计算属性的值，并将dirty状态设置为false，同时更新缓存。
五、dirty 状态的底层实现：响应式系统
dirty 状态的管理与 Vue 的响应式系统密切相关。为了理解这一点，我们需要稍微了解一下 Vue 的响应式系统是如何工作的。
-
依赖收集 (Dependency Collection)： 当计算属性的计算函数被执行时，Vue 会自动收集该计算函数所依赖的响应式数据。这些响应式数据会被记录为该计算属性的依赖。
-
依赖追踪 (Dependency Tracking)： 当响应式数据发生变化时，Vue 会通知所有依赖于该数据的计算属性。
-
dirty状态更新： 当计算属性收到响应式数据变化的通知时，Vue 会将该计算属性的dirty状态设置为true。
下面是一个简化的代码示例，展示了 dirty 状态是如何在响应式系统中被管理的。 (注意：这只是一个概念性的示例，并非 Vue 源码的直接实现)
class Dependency {
constructor() {
this.subscribers = new Set(); // 存储订阅者，这里订阅者是计算属性
}
depend() {
if (activeComputed) { // 当前激活的计算属性
this.subscribers.add(activeComputed);
}
}
notify() {
this.subscribers.forEach(subscriber => {
subscriber.dirty = true; // 将订阅者的 dirty 状态设置为 true
});
}
}
class ReactiveData {
constructor(value) {
this._value = value;
this.dep = new Dependency(); // 每个响应式数据都有一个依赖收集器
}
get value() {
this.dep.depend(); // 收集依赖
return this._value;
}
set value(newValue) {
if (newValue !== this._value) {
this._value = newValue;
this.dep.notify(); // 通知依赖更新
}
}
}
let activeComputed = null; // 用于存储当前激活的计算属性
class ComputedProperty {
constructor(getter) {
this.getter = getter;
this.dirty = true; // 初始状态为 dirty
this.cache = null;
this.dep = new Dependency(); // 计算属性本身也有一个依赖收集器，用于收集对它的依赖
}
get value() {
this.dep.depend(); // 用于收集对计算属性的依赖
if (this.dirty) {
activeComputed = this; // 标记当前激活的计算属性
this.cache = this.getter(); // 执行 getter，触发依赖收集
activeComputed = null; // 清除标记
this.dirty = false; // 计算完成后设置为 not dirty
}
return this.cache;
}
}
// 示例用法
const firstName = new ReactiveData('John');
const lastName = new ReactiveData('Doe');
const fullName = new ComputedProperty(() => {
console.log("Calculating fullName...");
return firstName.value + ' ' + lastName.value;
});
// 第一次访问 fullName
console.log(fullName.value); // 输出 "Calculating fullName..." 和 "John Doe"
// 修改 firstName
firstName.value = 'Jane';
// 再次访问 fullName
console.log(fullName.value); // 输出 "Calculating fullName..." 和 "Jane Doe" (因为 firstName 改变，fullName.dirty 被设置为 true)
// 再次访问 fullName
console.log(fullName.value); // 输出 "Jane Doe" (没有重新计算，直接返回缓存)在这个简化的示例中，Dependency 类负责管理依赖关系，ReactiveData 类表示响应式数据，ComputedProperty 类表示计算属性。当 firstName 的值改变时，ReactiveData 会通知所有依赖于它的计算属性（在这个例子中是 fullName），并将 fullName 的 dirty 状态设置为 true。当下一次访问 fullName 时，由于 dirty 状态为 true，fullName 会重新计算其值。
六、计算属性的 getter 和 setter
通常情况下，我们只使用计算属性的 getter 来读取计算后的值。但是，Vue 也允许我们为计算属性定义 setter，从而实现对计算属性的 双向绑定。
<template>
<input v-model="fullName">
</template>
<script>
import { ref, computed } from 'vue';
export default {
setup() {
const firstName = ref('John');
const lastName = ref('Doe');
const fullName = computed({
get: () => {
return firstName.value + ' ' + lastName.value;
},
set: (newValue) => {
const names = newValue.split(' ');
firstName.value = names[0] || '';
lastName.value = names[1] || '';
}
});
return {
firstName,
lastName,
fullName
};
}
};
</script>在这个例子中，我们为 fullName 计算属性定义了一个 setter。当 fullName 的值通过 v-model 发生变化时，setter 会被调用，从而更新 firstName 和 lastName 的值。
当使用了 setter 后，dirty 状态的管理仍然有效。但是，需要注意的是，setter 的实现需要谨慎考虑，以避免循环依赖和性能问题。如果 setter 内部又触发了响应式数据的变化，可能会导致计算属性的无限循环更新。
七、计算属性的 this 上下文
在计算属性的 getter 和 setter 中，this 指向的是 Vue 组件的实例。这意味着你可以在计算属性中访问组件的 data、methods 和其他计算属性。
<script>
import { ref, computed } from 'vue';
export default {
setup() {
const message = ref('Hello');
const reversedMessage = computed(() => {
return this.reverseString(message.value); // 访问组件的 methods
});
const reverseString = (str) => {
return str.split('').reverse().join('');
};
return {
message,
reversedMessage,
reverseString
};
}
};
</script>在这个例子中，计算属性 reversedMessage 使用 this.reverseString 来访问组件的 reverseString 方法。
八、计算属性 vs. 方法 (Methods)
你可能会问，既然方法也可以实现类似的功能，为什么还需要计算属性呢？
- 缓存： 计算属性会缓存计算结果，只有在依赖发生变化时才会重新计算。方法每次调用都会重新执行。
- 声明式： 计算属性是声明式的，它明确地声明了属性之间的依赖关系。方法是命令式的，需要手动调用。
- 模板中的使用： 在模板中，计算属性可以直接作为变量使用，而方法需要调用。
| 特性 | 计算属性 (Computed Properties) | 方法 (Methods) |
|---|---|---|
| 缓存 | 有缓存 | 无缓存 |
| 声明式/命令式 | 声明式 | 命令式 |
| 模板中使用 | 直接作为变量使用 | 需要调用 |
总的来说，计算属性更适合用于处理那些依赖于其他响应式数据，并且需要缓存结果的场景。方法则更适合用于处理那些需要手动触发，并且不需要缓存结果的场景。
九、计算属性的性能优化
虽然计算属性具有缓存机制，但在某些情况下，仍然需要进行性能优化。
- 避免不必要的依赖： 尽量减少计算属性的依赖数量，避免依赖那些不必要的响应式数据。
- 使用
shallowRef和shallowReactive： 如果计算属性的依赖是深层嵌套的对象，可以使用shallowRef和shallowReactive来避免不必要的依赖追踪。 - 使用
watch监听复杂依赖： 对于复杂的依赖关系，可以使用watch来手动管理计算属性的更新。
十、dirty 状态的调试
理解了 dirty 状态的运作机制，可以帮助我们更好地调试计算属性相关的问题。例如，如果一个计算属性没有按预期更新，可以检查以下几点：
- 依赖是否正确： 确认计算属性的依赖是否正确，是否存在遗漏或错误的依赖。
- 依赖是否发生了变化： 确认计算属性的依赖是否真的发生了变化。可以使用
console.log或 Vue Devtools 来观察依赖的值。 - setter 是否正确： 如果计算属性有 setter，确认 setter 的实现是否正确，是否会导致循环依赖或性能问题。
计算属性的本质
计算属性通过惰性求值和缓存机制，提高了 Vue 应用的性能。dirty 状态的管理是实现这些机制的核心。
如何高效地使用计算属性
理解计算属性的 dirty 状态管理，可以帮助我们编写更高效、更可维护的 Vue 代码。
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