Vue中的非阻塞（Non-Blocking）Effect执行：实现高实时性UI的底层机制

大家好，今天我们来深入探讨Vue中非阻塞Effect执行的机制，以及它如何支撑起高实时性UI的实现。在单页应用（SPA）中，UI的流畅性和响应速度至关重要。Vue的响应式系统是其核心，而Effect则是响应式系统中执行副作用的关键部分。理解Effect的执行方式，特别是如何做到非阻塞，对于优化Vue应用的性能至关重要。

什么是Effect？

首先，我们需要明确什么是Effect。在Vue的响应式系统中，Effect本质上就是一个函数，当某些响应式数据发生变化时，这个函数会被自动执行。它可以执行各种副作用，例如更新DOM、发起网络请求、修改其他响应式数据等等。

让我们用一个简单的例子来说明：

import { ref, effect } from 'vue';

const count = ref(0);

effect(() => {
  console.log('Count的值发生了变化：', count.value);
  document.getElementById('count-display').textContent = count.value;
});

// 稍后，修改count的值
count.value++;
count.value++;

在这个例子中，count是一个响应式ref，effect函数包裹的代码会在count.value发生变化时自动执行。每次count.value改变，控制台会打印消息，并且页面上的count-display元素的文本内容也会更新。

阻塞 vs. 非阻塞：性能的关键

理解Effect的执行方式是至关重要的。如果Effect的执行是阻塞的，意味着当响应式数据发生变化时，Effect会立即同步执行，并且会阻塞主线程，直到Effect执行完成。这意味着UI的更新可能会被延迟，导致卡顿现象，用户体验会受到影响。

相反，如果Effect的执行是非阻塞的，意味着当响应式数据发生变化时，Effect的执行会被延迟或者异步执行，不会阻塞主线程。这样可以保证UI的流畅性，提高应用的响应速度。

Vue 2.x 中的Effect执行

在Vue 2.x中，Effect的执行通常是同步的。这意味着当响应式数据发生变化时，Effect会立即执行，并阻塞主线程。虽然Vue 2.x有一些优化手段，例如利用$nextTick来延迟更新DOM，但是Effect本身的执行仍然是同步的。

让我们来看一个简单的例子，模拟一个耗时的Effect：

new Vue({
  data: {
    count: 0
  },
  watch: {
    count(newVal, oldVal) {
      console.log('Count changed:', newVal);
      // 模拟一个耗时的操作
      for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
        // do nothing
      }
      console.log('耗时操作完成');
      this.$el.textContent = newVal;
    }
  },
  mounted() {
    setInterval(() => {
      this.count++;
    }, 1000);
  },
  el: '#app'
});

在这个例子中，watch选项实际上创建了一个Effect。当count的值发生变化时，watch的回调函数会被执行。回调函数中有一个耗时的循环，会阻塞主线程。我们可以看到，每次count的值发生变化时，UI都会卡顿一下，因为主线程被阻塞了。

Vue 3.x 中的Effect执行：Scheduler的引入

Vue 3.x引入了Scheduler机制，允许Effect的执行被调度，从而实现非阻塞的Effect执行。 Scheduler负责管理Effect的执行时机，可以延迟Effect的执行，或者将多个Effect合并成一个Effect执行，从而减少UI的更新次数。

Vue 3.x 的响应式系统使用了 queueJob 函数来调度 effect 的执行。当一个响应式数据发生变化时，相关的 effect 不会立即执行，而是会被添加到 job 队列中。然后，在下一个 tick 中，Scheduler会执行job队列中的所有effect。

import { ref, effect, queueJob } from 'vue';

const count = ref(0);

effect(() => {
  console.log('Count changed:', count.value);
  document.getElementById('count-display').textContent = count.value;
});

// 模拟多次修改count的值
count.value++;
count.value++;
count.value++;

在这个例子中，虽然我们连续三次修改了count.value的值，但是由于Scheduler的存在，Effect只会被执行一次。这是因为Scheduler会将这三次修改合并成一次更新，从而减少了UI的更新次数。

Scheduler 的工作原理

Scheduler 的核心在于 queueJob 函数和 nextTick 函数。

queueJob(job): 当一个 effect 需要执行时，queueJob 函数会被调用。 queueJob 函数会将这个 effect 添加到一个 job 队列中。如果这个 effect 已经在队列中，则不会重复添加。
nextTick(flushJobs): nextTick 函数会在下一个事件循环中执行 flushJobs 函数。 flushJobs 函数会遍历 job 队列，并执行队列中的所有 effect。

让我们用伪代码来描述一下Scheduler的工作流程：

// job 队列
const jobQueue = new Set();

// queueJob 函数
function queueJob(job) {
  jobQueue.add(job);
  nextTick(flushJobs);
}

// flushJobs 函数
function flushJobs() {
  // 创建一个 jobs 数组，避免在执行过程中 jobQueue 被修改
  const jobs = Array.from(jobQueue);
  // 清空 jobQueue
  jobQueue.clear();
  // 循环执行 jobs 数组中的所有 job
  for (const job of jobs) {
    job();
  }
}

// 模拟 nextTick 函数
function nextTick(cb) {
  setTimeout(cb, 0); // 使用 setTimeout(cb, 0) 来模拟 nextTick
}

// 示例代码
let count = 0;

function updateCount() {
  count++;
  console.log('Count:', count);
}

queueJob(updateCount); // 添加 updateCount 到 job 队列
queueJob(updateCount); // 添加 updateCount 到 job 队列 (会被忽略，因为已经存在)

在这个伪代码中，我们可以看到queueJob函数会将updateCount函数添加到jobQueue中。由于jobQueue是一个Set，所以重复添加updateCount函数会被忽略。然后，nextTick函数会在下一个事件循环中执行flushJobs函数，flushJobs函数会遍历jobQueue并执行updateCount函数。

实现自定义的Scheduler

Vue 3.x 允许我们自定义Scheduler，从而可以更加灵活地控制Effect的执行时机。我们可以通过 effect 函数的 scheduler 选项来指定自定义的Scheduler。

import { ref, effect } from 'vue';

const count = ref(0);

effect(() => {
  console.log('Count changed:', count.value);
  document.getElementById('count-display').textContent = count.value;
}, {
  scheduler: (job) => {
    // 自定义Scheduler的逻辑
    setTimeout(job, 1000); // 延迟 1 秒执行
  }
});

// 修改count的值
count.value++;
count.value++;
count.value++;

在这个例子中，我们通过 scheduler 选项指定了一个自定义的Scheduler。这个Scheduler会将Effect的执行延迟1秒钟。这意味着，即使我们多次修改了count.value的值，Effect也会在1秒钟之后才会被执行。

模拟实现Vue3 响应式系统(精简版)

为了更好地理解 Vue 3 的响应式系统和 Scheduler 的工作原理，我们可以尝试模拟实现一个精简版的响应式系统。

// 存储依赖的 WeakMap
const targetMap = new WeakMap();

// track 函数，用于收集依赖
function track(target, key) {
  if (!activeEffect) return; // 如果没有 activeEffect，则不收集依赖
  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);
}

// trigger 函数，用于触发依赖
function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) return;
  const dep = depsMap.get(key);
  if (!dep) return;
  dep.forEach(effect => {
      if(effect.scheduler){
          effect.scheduler(effect)
      } else {
          effect()
      }
  });
}

// activeEffect 用于存储当前的 effect
let activeEffect;

// effect 函数，用于创建 effect
function effect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    activeEffect = effectFn;
    fn(); // 执行 fn，触发依赖收集
    activeEffect = null; // 重置 activeEffect
  };

  effectFn.scheduler = options.scheduler; // 保存 scheduler

  effectFn(); // 立即执行一次 effect
  return effectFn;
}

// ref 函数，用于创建 ref
function ref(value) {
  return reactive({ value });
}

// reactive 函数，用于创建响应式对象
function reactive(target) {
  return new Proxy(target, {
    get(target, key, receiver) {
      const res = Reflect.get(target, key, receiver);
      track(target, key); // 收集依赖
      return res;
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      const oldValue = target[key];
      const res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if (oldValue !== value) {
        trigger(target, key); // 触发依赖
      }
      return res;
    }
  });
}

// queueJob 函数 (简单的实现)
const jobQueue = new Set();
const p = Promise.resolve();
let isFlushing = false;
function queueJob(job) {
  jobQueue.add(job);
  if (!isFlushing) {
    isFlushing = true;
    p.then(() => {
      try {
        jobQueue.forEach(job => job());
      } finally {
        isFlushing = false;
        jobQueue.clear();
      }
    });
  }
}

// 示例代码
const count = ref(0);

effect(() => {
  console.log("Count is:", count.value);
}, {
  scheduler: queueJob // 使用 queueJob 作为 scheduler
});

count.value++;
count.value++;
count.value++;

这个精简版的响应式系统包含了以下几个核心部分：

targetMap: 用于存储依赖关系的 WeakMap。
track: 用于收集依赖。
trigger: 用于触发依赖。
activeEffect: 用于存储当前的 effect。
effect: 用于创建 effect。
ref: 用于创建 ref。
reactive: 用于创建响应式对象。
queueJob: 用于将 effect 添加到 job 队列中。

通过这个精简版的实现，我们可以更加清晰地理解 Vue 3 响应式系统和 Scheduler 的工作原理。注意：这个实现只是为了演示目的，并不包含 Vue 3 响应式系统的所有特性。

非阻塞Effect执行的优势

非阻塞Effect执行带来了以下几个主要的优势：

提高UI的流畅性: 由于Effect的执行不会阻塞主线程，因此UI可以保持流畅的响应。
提高应用的响应速度: 由于Effect的执行会被延迟或者异步执行，因此应用可以更快地响应用户的操作。
减少UI的更新次数: 通过Scheduler，可以将多个Effect合并成一个Effect执行，从而减少UI的更新次数，提高性能。
更灵活的控制Effect的执行时机: 通过自定义Scheduler，可以更加灵活地控制Effect的执行时机，从而满足不同的需求。

总结

特性	Vue 2.x	Vue 3.x	优势
Effect 执行方式	同步阻塞	通过 Scheduler 实现非阻塞	提高 UI 响应速度，减少卡顿
Scheduler	无	内置，可自定义	允许延迟和合并 Effect 执行，减少不必要的 UI 更新，提供更灵活的控制
性能	相对较低	显著提高	更高的帧率，更流畅的用户体验
自定义	依赖于手动优化	内置 Scheduler 提供扩展性	可以针对特定场景进行优化，例如节流、防抖

非阻塞Effect执行是Vue 3.x中一项重要的性能优化措施。通过Scheduler，Vue 3.x可以更加灵活地控制Effect的执行时机，从而提高UI的流畅性和应用的响应速度。理解非阻塞Effect执行的原理对于优化Vue应用的性能至关重要。

结语

本文深入探讨了Vue中非阻塞Effect执行的机制，并从Vue 2.x到Vue 3.x的演变过程进行了分析。通过理解Scheduler的工作原理，我们可以更好地优化Vue应用的性能，构建更加流畅和响应迅速的UI。

掌握这些技术能够帮助我们写出更高效的Vue代码，构建更优秀的用户体验。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院