Vue Effect中的Futures/Promises模式：形式化异步依赖追踪与状态结算 - 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 Effect 中的 Futures/Promises 模式：形式化异步依赖追踪与状态结算

各位同学，大家好。今天我们来深入探讨 Vue 的响应式系统中一个非常有趣且重要的概念：Effect 中的 Futures/Promises 模式。我们将从异步依赖追踪的需求出发，逐步剖析 Futures/Promises 模式如何形式化地解决这个问题，并最终实现异步状态的结算。

1. 异步依赖追踪的挑战

Vue 的响应式系统核心在于追踪依赖关系。当响应式数据发生变化时，所有依赖于该数据的 Effect (例如组件的渲染函数、计算属性等) 会被重新执行。然而，当依赖关系涉及到异步操作时，情况会变得复杂起来。

考虑以下场景：

<template>
  <div>{{ dataFromApi }}</div>
</template>

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

const dataFromApi = ref(null);

onMounted(async () => {
  const response = await fetchData('/api/data');
  dataFromApi.value = response.data;
});

async function fetchData(url) {
  // 模拟 API 请求
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ data: `Data from ${url}` });
    }, 1000);
  });
}
</script>

在这个例子中，dataFromApi 的值依赖于 fetchData 函数的异步结果。当组件挂载后，fetchData 函数会被调用，但此时 dataFromApi 的初始值为 null。如果 Vue 仅仅在 fetchData 被调用时追踪依赖关系，那么当 fetchData 的 Promise resolve 时，dataFromApi 的更新将不会触发组件的重新渲染。因为此时 Vue 已经“忘记”了 dataFromApi 和组件渲染函数之间的依赖关系。

问题在于，传统的依赖追踪机制是同步的。它只能追踪在 Effect 执行期间立即访问的响应式数据。对于异步操作，Effect 执行期间只看到了 Promise 对象，而没有看到 Promise resolve 后的值。

2. Futures/Promises 模式的形式化

为了解决这个问题，我们需要一种机制来“延迟”依赖追踪，直到异步操作完成。这就是 Futures/Promises 模式发挥作用的地方。它提供了一种形式化的方式来表示一个未来可能可用的值。

在 Vue Effect 的上下文中，我们可以将 Futures/Promises 模式理解为以下几个关键步骤：

包装异步操作： 将异步操作的结果包装成一个 Promise 对象 (或者更广义的 Future 对象)。
延迟依赖追踪： 在 Effect 执行期间，如果遇到 Promise 对象，不要立即追踪依赖关系。而是将该 Promise 对象注册到一个待处理队列中。
监听 Promise 状态： 监听 Promise 对象的状态变化 (resolve 或 reject)。
状态结算与依赖追踪： 当 Promise 对象 resolve 时，获取其结果，并重新执行 Effect，此时可以正确追踪到依赖关系。如果 Promise 对象 reject，则可以进行错误处理。

3. 实现 Futures/Promises 模式

为了更具体地说明如何实现 Futures/Promises 模式，我们可以模拟一个简化的 Vue 响应式系统，并在这个系统中加入 Futures/Promises 的支持。

// 简化版的响应式系统
let activeEffect = null;
const targetMap = new WeakMap();

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

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

function reactive(raw) {
  return new Proxy(raw, {
    get(target, key) {
      track(target, key);
      return target[key];
    },
    set(target, key, value) {
      target[key] = value;
      trigger(target, key);
      return true;
    }
  });
}

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    activeEffect = effectFn;
    fn();
    activeEffect = null;
  };
  effectFn();
}

// Futures/Promises 支持
const pendingPromises = new Set();

function handlePromise(promise) {
  if (activeEffect && !pendingPromises.has(promise)) {
    pendingPromises.add(promise);
    promise.then(() => {
      pendingPromises.delete(promise);
      // 重新执行 Effect
      activeEffect();
    });
  }
}

function ref(raw) {
    const value = {
      _value: raw,
    };
    return new Proxy(value, {
      get(target, key) {
        if (key === '_value') {
           track(target, key);
           if(target._value instanceof Promise){
              handlePromise(target._value)
           }
           return target._value;
        }
        return Reflect.get(target, key);
      },
      set(target, key, value) {
        if (key === '_value') {
          target._value = value;
          trigger(target, key);
          return true;
        }
        return Reflect.set(target, key, value);
      }
    });
  }

// 示例代码
const state = reactive({ data: null });
const promiseRef = ref(Promise.resolve("initial value"))

effect(() => {
    console.log("effect running")
  console.log('Data:', state.data, promiseRef._value);
});

// 模拟异步操作
setTimeout(() => {
  state.data = 'Async data';
  promiseRef._value = Promise.resolve("promise resolved")
}, 1000);

在这个例子中，我们引入了 pendingPromises 集合来存储待处理的 Promise 对象。 handlePromise 函数负责监听 Promise 的状态变化，并在 Promise resolve 时重新执行 Effect。通过修改ref函数，我们会在get拦截器中判断，如果ref的值是promise，就调用handlePromise函数。这样就能够保证当 ref 的值是promise，并且promise resolve后，effect能够重新执行。

4. 状态结算的策略

当 Promise resolve 时，我们需要进行状态结算。状态结算的策略取决于具体的应用场景。常见的策略包括：

重新执行 Effect： 这是最直接的策略。当 Promise resolve 时，直接重新执行 Effect，让 Effect 重新读取响应式数据，并更新视图。
部分更新： 如果我们知道 Promise resolve 后的值仅仅影响 Effect 的一部分输出，可以只更新这部分输出，而不是重新执行整个 Effect。这种策略可以提高性能。
错误处理： 如果 Promise reject，我们需要进行错误处理。可以显示错误信息、重试请求或者采取其他容错措施。

5. Futures/Promises 模式的优势

Futures/Promises 模式在 Vue Effect 中具有以下优势：

解决了异步依赖追踪的难题： 能够正确追踪异步操作带来的依赖关系，确保视图能够及时更新。
提高了代码的可维护性： 将异步逻辑和同步逻辑分离，使代码更加清晰易懂。
支持复杂的异步场景： 可以处理嵌套的 Promise、Promise.all、Promise.race 等复杂的异步场景。

6. Futures/Promises 模式的局限性

Futures/Promises 模式也存在一些局限性：

增加了代码的复杂性： 需要引入额外的逻辑来处理 Promise 对象，增加了代码的复杂性。
可能导致性能问题： 如果大量的 Promise 对象同时 resolve，可能会导致频繁的 Effect 重新执行，从而影响性能。

7. Futures/Promises 模式在 Vue 源码中的体现

实际上，Vue 的源码中并没有直接使用 pendingPromises 这样的显式队列来管理 Promise。Vue 的响应式系统更加精巧，它利用了 JavaScript 的微任务队列和调度器来实现异步依赖的追踪和状态结算。

具体来说，Vue 在以下几个方面体现了 Futures/Promises 模式的思想：

异步更新队列： Vue 使用异步更新队列来批量处理响应式数据的更新。当响应式数据发生变化时，Vue 不会立即触发 Effect 的执行，而是将 Effect 添加到异步更新队列中。在下一个事件循环中，Vue 会批量执行更新队列中的 Effect。
调度器： Vue 的调度器负责管理 Effect 的执行顺序。它可以根据 Effect 的优先级、依赖关系等因素来优化 Effect 的执行顺序，从而提高性能。
watchEffect 的 flush 参数： watchEffect 函数提供了一个 flush 参数，可以控制 Effect 的执行时机。可以将 flush 参数设置为 'pre'、'post' 或 'sync'，分别表示在 DOM 更新之前、之后或同步执行 Effect。

8. 总结

通过今天的讲解，我们深入了解了 Vue Effect 中的 Futures/Promises 模式。这种模式通过形式化地处理异步依赖关系，解决了异步依赖追踪的难题，使得 Vue 的响应式系统能够更好地支持复杂的异步场景。虽然 Vue 的源码实现更加复杂和精巧，但其核心思想与 Futures/Promises 模式是一致的。理解这种模式，可以帮助我们更好地理解 Vue 的响应式系统，并编写出更加高效和可维护的 Vue 应用。

9. 深入理解异步依赖追踪与状态管理

Futures/Promises 模式是一种解决异步依赖追踪问题的有效方法。Vue 源码中体现了这种思想，但实现方式更加精巧。理解这种模式可以帮助我们更好地理解 Vue 的响应式系统。

10. 应对异步挑战的有效策略

Futures/Promises 模式能够处理嵌套的 Promise、Promise.all、Promise.race 等复杂的异步场景，提高了代码的可维护性，更好地支持复杂的异步场景。

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