Vue 3响应性系统中的事务性（Transactionality）：实现多状态更新的原子性与隔离性 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

Vue 3 响应性系统中的事务性：实现多状态更新的原子性与隔离性

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 3 响应式系统中一个重要的但常常被忽视的概念：事务性。虽然 Vue 3 本身并没有直接提供像数据库事务那样的完整 ACID 特性支持，但我们可以通过一些巧妙的方法，模拟实现多状态更新的原子性和隔离性，确保数据的完整性和一致性。

1. 响应式系统的基础回顾

首先，简单回顾一下 Vue 3 响应式系统的核心机制。Vue 3 使用 Proxy 对象和 effect 函数构建了一个精细的依赖追踪系统。当我们访问响应式对象（例如通过 reactive 或 ref 创建的对象）的属性时，会触发 Proxy 对象的 get 拦截器。get 拦截器会将当前的 effect 函数（通常是组件的渲染函数）与该属性关联起来，建立依赖关系。

当响应式对象的属性发生变化时，会触发 Proxy 对象的 set 拦截器。set 拦截器会通知所有依赖该属性的 effect 函数重新执行，从而更新视图。

例如：

import { reactive, effect } from 'vue';

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

effect(() => {
  console.log(`Count: ${state.count}, Message: ${state.message}`);
});

state.count++; // 触发 effect，输出 "Count: 1, Message: Hello"
state.message = 'World'; // 触发 effect，输出 "Count: 1, Message: World"

在这个例子中，effect 函数依赖于 state.count 和 state.message。当这两个属性中的任何一个发生变化时，effect 函数都会重新执行。

2. 事务性的概念：原子性和隔离性

在数据库领域，事务性指的是一组操作要么全部成功执行，要么全部失败回滚，以保证数据的一致性。事务性通常包含四个关键特性，即 ACID：

Atomicity（原子性）： 事务中的所有操作被视为一个不可分割的单元。要么全部执行成功，要么全部回滚到初始状态。
Consistency（一致性）： 事务执行前后，数据必须保持一致的状态。
Isolation（隔离性）： 并发执行的事务应该相互隔离，一个事务的执行不应该受到其他事务的干扰。
Durability（持久性）： 事务一旦提交，其结果应该永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。

在 Vue 3 的响应式系统中，我们主要关注原子性和隔离性，尤其是对于涉及多个状态更新的场景。

3. 模拟事务性的需求场景

考虑这样一个场景：一个电商网站的购物车功能。用户点击“添加到购物车”按钮，需要同时更新购物车商品数量和总价。如果其中一个操作失败（例如，网络错误导致无法更新总价），我们希望购物车商品数量也回滚到之前的状态，以避免数据不一致。

import { reactive } from 'vue';

const cart = reactive({
  items: [],
  totalPrice: 0
});

function addItemToCart(item) {
  // 1. 更新购物车商品数量
  cart.items.push(item);
  // 2. 更新总价 (模拟网络请求)
  updateTotalPrice(cart.items)
    .then(newPrice => {
      cart.totalPrice = newPrice;
    })
    .catch(error => {
      //  总价更新失败，需要回滚商品数量
      console.error("Failed to update total price:", error);
      //  如何回滚 cart.items ?
    });
}

function updateTotalPrice(items) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            // 模拟网络请求，50% 概率失败
            if (Math.random() < 0.5) {
                reject(new Error("Network error"));
            } else {
                const newPrice = items.reduce((sum, item) => sum + item.price, 0);
                resolve(newPrice);
            }
        }, 500);
    });
}

在这个例子中，如果 updateTotalPrice 失败，我们需要回滚 cart.items，以保持数据的一致性。直接的 cart.items.pop() 可能不行，因为可能已经添加了多个商品，或者发生了其他并发修改。

4. 实现事务性的方法：快照与回滚

一种常用的方法是使用快照（snapshot）和回滚（rollback）。在执行事务之前，我们先创建一个状态的快照。如果事务执行过程中发生错误，我们可以将状态恢复到快照时的状态。

import { reactive, toRaw } from 'vue';

const cart = reactive({
  items: [],
  totalPrice: 0
});

let snapshot = null; // 保存快照

function beginTransaction() {
  // 深拷贝状态
  snapshot = JSON.parse(JSON.stringify(toRaw(cart)));
}

function commitTransaction() {
  snapshot = null; // 清空快照
}

function rollbackTransaction() {
  if (snapshot) {
    // 将状态恢复到快照
    Object.assign(cart, snapshot);
    snapshot = null;
  }
}

function addItemToCart(item) {
  beginTransaction(); // 开启事务
  cart.items.push(item);

  updateTotalPrice(cart.items)
    .then(newPrice => {
      cart.totalPrice = newPrice;
      commitTransaction(); // 提交事务
    })
    .catch(error => {
      console.error("Failed to update total price:", error);
      rollbackTransaction(); // 回滚事务
    });
}

function updateTotalPrice(items) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            // 模拟网络请求，50% 概率失败
            if (Math.random() < 0.5) {
                reject(new Error("Network error"));
            } else {
                const newPrice = items.reduce((sum, item) => sum + item.price, 0);
                resolve(newPrice);
            }
        }, 500);
    });
}

在这个例子中，我们使用 beginTransaction 创建快照，commitTransaction 提交事务，rollbackTransaction 回滚事务。toRaw 用于获取原始的非响应式对象，避免在深拷贝时触发不必要的依赖追踪。

优点：

简单易懂，容易实现。
适用于状态较小的场景。

缺点：

深拷贝状态会带来性能开销，特别是对于状态较大的场景。
无法处理并发修改。如果在事务执行过程中，状态被其他地方修改，回滚可能会导致数据不一致。

5. 优化快照：基于差异的更新

为了减少深拷贝的性能开销，我们可以只保存状态的差异（diff）。在回滚时，我们只需要将差异应用到当前状态即可。

import { reactive, toRaw } from 'vue';

const cart = reactive({
  items: [],
  totalPrice: 0
});

let diff = null; // 保存差异

function beginTransaction() {
  diff = {};
}

function commitTransaction() {
  diff = null;
}

function rollbackTransaction() {
  if (diff) {
    for (const key in diff) {
      cart[key] = diff[key];
    }
    diff = null;
  }
}

function addItemToCart(item) {
  beginTransaction();
  const originalItems = [...cart.items]; // 复制一份原始的 items
  cart.items.push(item);

  updateTotalPrice(cart.items)
    .then(newPrice => {
      cart.totalPrice = newPrice;
      commitTransaction();
    })
    .catch(error => {
      console.error("Failed to update total price:", error);
      diff['items'] = originalItems; // 保存差异
      rollbackTransaction();
    });
}

function updateTotalPrice(items) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            // 模拟网络请求，50% 概率失败
            if (Math.random() < 0.5) {
                reject(new Error("Network error"));
            } else {
                const newPrice = items.reduce((sum, item) => sum + item.price, 0);
                resolve(newPrice);
            }
        }, 500);
    });
}

在这个例子中，我们只保存了 cart.items 的原始值。在回滚时，我们将 cart.items 恢复到原始值。

优点：

减少了深拷贝的性能开销。
更适合状态较大的场景。

缺点：

实现起来稍微复杂一些。
仍然无法处理并发修改。

6. 使用 watchEffect 监听状态变化

Vue 3 的 watchEffect 提供了一种监听状态变化并执行副作用的机制。我们可以利用 watchEffect 来实现类似事务的回滚操作。

import { reactive, watchEffect, ref } from 'vue';

const cart = reactive({
  items: [],
  totalPrice: 0
});

const isRollingBack = ref(false);

watchEffect((onInvalidate) => {
  if(isRollingBack.value) return; //如果正在回滚，则直接返回，避免循环触发

  const originalItems = [...cart.items]; // 复制一份原始的 items
  const originalPrice = cart.totalPrice;

  onInvalidate(() => {
    // 回滚逻辑
    isRollingBack.value = true;
    cart.items = originalItems;
    cart.totalPrice = originalPrice;
    isRollingBack.value = false;
  });
});

function addItemToCart(item) {
  cart.items.push(item);

  updateTotalPrice(cart.items)
    .then(newPrice => {
      cart.totalPrice = newPrice;
    })
    .catch(error => {
      console.error("Failed to update total price:", error);
      //触发 回滚
      //不需要手动调用任何回滚函数，watchEffect会自动执行 onInvalidate
      cart.items.pop(); // 模拟一个状态变化，触发 watchEffect 的 onInvalidate
    });
}

function updateTotalPrice(items) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            // 模拟网络请求，50% 概率失败
            if (Math.random() < 0.5) {
                reject(new Error("Network error"));
            } else {
                const newPrice = items.reduce((sum, item) => sum + item.price, 0);
                resolve(newPrice);
            }
        }, 500);
    });
}

在这个例子中，watchEffect 会在每次 cart.items 或 cart.totalPrice 发生变化时执行。 onInvalidate 函数会在 effect 失效之前执行，我们可以在这里进行回滚操作。当 updateTotalPrice 失败时，我们手动触发一次 cart.items 的状态改变(pop())，从而导致 watchEffect 失效，执行回滚逻辑。

优点：

代码更简洁，易于理解。
利用了 Vue 3 响应式系统的特性。

缺点：

需要手动触发回滚（例如，通过修改状态）。
同样无法处理并发修改。
需要小心避免循环触发 watchEffect。

7. 隔离性：使用本地状态或复制状态

为了提高隔离性，我们可以使用本地状态或复制状态。例如，在弹窗组件中，我们可以将表单数据复制到本地状态，在提交之前不修改原始数据。如果用户取消了弹窗，我们可以直接丢弃本地状态，而不会影响原始数据。

<template>
  <button @click="openDialog">Edit</button>
  <dialog v-if="showDialog" @close="closeDialog">
    <input v-model="localData.name" />
    <button @click="saveChanges">Save</button>
    <button @click="closeDialog">Cancel</button>
  </dialog>
</template>

<script setup>
import { ref, reactive, toRaw, onMounted } from 'vue';

const originalData = reactive({
  name: 'Initial Name',
  description: 'Initial Description'
});

const showDialog = ref(false);
const localData = reactive({
  name: '',
  description: ''
});

function openDialog() {
  // 复制 originalData 到 localData
  Object.assign(localData, JSON.parse(JSON.stringify(toRaw(originalData)))); // 深拷贝
  showDialog.value = true;
}

function closeDialog() {
  showDialog.value = false;
  // localData 被丢弃，originalData 不受影响
}

function saveChanges() {
  // 将 localData 的修改应用到 originalData
  Object.assign(originalData, localData);
  showDialog.value = false;
}

onMounted(() => {
    console.log("Original data:", originalData);
});
</script>

在这个例子中，localData 是 originalData 的副本。用户在弹窗中修改的是 localData，而不是 originalData。只有在用户点击“Save”按钮时，localData 的修改才会应用到 originalData。

优点：

提高了隔离性，避免并发修改。
更容易实现撤销和重做功能。

缺点：

需要额外的内存来存储本地状态。
需要手动同步本地状态和原始状态。

8. 总结：Vue 3 响应式事务的实现策略

方法	优点	缺点	适用场景
快照与回滚	简单易懂，容易实现	深拷贝状态会带来性能开销，无法处理并发修改	状态较小，不需要处理并发修改的场景
基于差异的更新	减少了深拷贝的性能开销	实现起来稍微复杂一些，仍然无法处理并发修改	状态较大，不需要处理并发修改的场景
`watchEffect`	代码更简洁，易于理解，利用了 Vue 3 响应式系统的特性	需要手动触发回滚，同样无法处理并发修改，需要小心避免循环触发 `watchEffect`	逻辑比较简单，可以通过手动触发回滚的场景
本地状态或复制状态	提高了隔离性，避免并发修改，更容易实现撤销和重做功能	需要额外的内存来存储本地状态，需要手动同步本地状态和原始状态	需要高隔离性的场景，例如弹窗表单编辑

选择合适的策略

选择哪种方法取决于具体的应用场景。如果状态较小，且不需要处理并发修改，可以使用简单的快照与回滚。如果状态较大，可以考虑基于差异的更新。如果需要更高的隔离性，可以使用本地状态或复制状态。

9. 未来展望：更完善的事务支持

虽然 Vue 3 目前没有提供像数据库事务那样完善的 ACID 特性支持，但我们可以期待未来 Vue 框架或生态系统能够提供更高级的抽象，例如：

更轻量级的快照机制： 例如，基于 Proxy 的浅拷贝，只拷贝发生变化的属性。
自动化的回滚机制： 例如，通过 AOP (面向切面编程) 的方式，在函数执行前后自动创建快照和回滚。
并发控制机制： 例如，使用锁或乐观锁来避免并发修改。

最后的话

在 Vue 3 响应式系统中实现事务性，需要根据具体的应用场景选择合适的策略。虽然目前的方法都存在一定的局限性，但它们可以有效地提高数据的完整性和一致性。希望今天的分享能够帮助大家更好地理解 Vue 3 响应式系统，并将其应用到实际项目中。谢谢大家。

一些建议：

根据项目需求选择合适的事务实现方案，权衡性能和复杂性。
在复杂的状态更新场景中，务必考虑事务性，避免数据不一致。
积极关注 Vue 社区的发展，期待未来更完善的事务支持。

概括：

Vue 3 响应式系统中的事务性是通过快照，差异更新或者watchEffect来实现的，选择取决于具体场景和性能需求。虽然现在实现方式略有局限性，但可以有效提高数据一致性。

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