Vue Effect副作用的微任务队列饥饿（Starvation）：高频更新场景下的调度器优化 - 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 副作用的微任务队列饥饿：高频更新场景下的调度器优化

大家好，今天我们来深入探讨一个在 Vue.js 应用中可能遇到的性能问题：Effect 副作用的微任务队列饥饿，以及如何在高频更新场景下优化 Vue 的调度器。

Effect 与响应式系统

首先，我们需要回顾一下 Vue 的响应式系统和 Effect 的概念。Vue 的核心是其响应式系统，当数据发生变化时，依赖于这些数据的视图会自动更新。这个过程的核心就是 Effect。

Effect 本质上是一个函数，它依赖于某些响应式数据。当这些数据发生变化时，Vue 会重新执行这个 Effect 函数，从而更新视图或其他副作用。例如，一个简单的计算属性就是一个 Effect：

const count = ref(0);
const doubled = computed(() => count.value * 2);

watchEffect(() => {
  console.log('Count changed:', count.value);
  console.log('Doubled changed:', doubled.value);
});

在这个例子中，doubled 是一个计算属性，它依赖于 count。watchEffect 创建了一个 Effect，它依赖于 count 和 doubled。当 count 的值发生变化时，doubled 会自动更新，然后 watchEffect 中的回调函数会被执行。

微任务队列与调度器

Vue 使用微任务队列来调度 Effect 的执行。当响应式数据发生变化时，依赖于这些数据的 Effect 不会立即执行，而是会被推入微任务队列。在当前宏任务执行完毕后，微任务队列中的 Effect 会被依次执行。

这样做的好处是可以避免频繁的 DOM 更新，提高性能。例如，如果在同一个宏任务中多次修改 count 的值，Vue 只会触发一次 Effect 的执行，从而减少了 DOM 操作的次数。

Vue 的调度器负责管理 Effect 的执行顺序和优先级。默认情况下，Vue 的调度器会按照 Effect 创建的顺序来执行它们。

import { ref, watchEffect } from 'vue';

const count = ref(0);

watchEffect(() => {
  console.log('Effect 1:', count.value);
});

watchEffect(() => {
  console.log('Effect 2:', count.value * 2);
});

count.value = 1;
count.value = 2;
count.value = 3;

在这个例子中，Effect 1 和 Effect 2 会按照它们创建的顺序依次执行。即使 count.value 被修改了多次，它们也只会在一个微任务中执行一次。

微任务队列饥饿问题

在高频更新的场景下，如果存在大量的 Effect 需要执行，微任务队列可能会变得非常繁忙，导致一些 Effect 无法及时执行，从而产生“饥饿”现象。

例如，假设有一个需要频繁更新的大型列表，并且每个列表项都有一个复杂的 Effect，那么在快速滚动列表时，可能会出现卡顿或者 UI 延迟更新的情况。

这种“饥饿”现象的原因在于：

微任务队列是单线程的： 所有的微任务都在同一个线程中执行，如果一个微任务执行时间过长，会导致其他微任务被阻塞。
Effect 的执行顺序是固定的： 默认情况下，Vue 会按照 Effect 创建的顺序来执行它们，如果一个 Effect 执行时间过长，会导致后面的 Effect 无法及时执行。
高频更新导致微任务队列堆积： 在高频更新的场景下，大量的 Effect 会被推入微任务队列，导致队列变得非常繁忙。

可以用一个简单的例子来模拟这个问题：

import { ref, watchEffect } from 'vue';

const count = ref(0);

// 模拟一个耗时的 Effect
const longRunningEffect = () => {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
    sum += i;
  }
  console.log('Long running effect completed:', sum);
};

watchEffect(() => {
  longRunningEffect();
});

watchEffect(() => {
  console.log('This effect might be delayed:', count.value);
});

// 频繁更新 count 的值
setInterval(() => {
  count.value++;
}, 10);

在这个例子中，longRunningEffect 会模拟一个耗时的操作。由于 longRunningEffect 执行时间过长，可能会导致后面的 Effect (输出 count.value) 无法及时执行。在高频更新 count.value 的情况下，这个问题会更加明显。

优化策略：优先级调度

解决微任务队列饥饿问题的一个有效方法是使用优先级调度。我们可以为不同的 Effect 分配不同的优先级，让重要的 Effect 优先执行，从而保证 UI 的流畅性和响应性。

Vue 3 提供了 flush 选项，可以让我们控制 Effect 的执行时机。flush 选项有三个可选值：

pre：在组件更新之前执行 Effect。
sync：同步执行 Effect。
post：在组件更新之后执行 Effect (默认值)。

通过调整 flush 选项，我们可以改变 Effect 的执行优先级。例如，可以将一些需要立即更新 UI 的 Effect 设置为 pre，让它们在组件更新之前执行，从而保证 UI 的及时更新。

但是，flush 选项只能控制 Effect 的执行时机，不能真正实现优先级调度。为了实现更灵活的优先级调度，我们需要自定义调度器。

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

const count = ref(0);

// 定义优先级
const Priority = {
  HIGH: 1,
  NORMAL: 2,
  LOW: 3,
};

// 自定义调度器
const customScheduler = (job, priority = Priority.NORMAL) => {
  job.priority = priority;
  queueJob(job);
};

// 模拟一个耗时的 Effect
const longRunningEffect = () => {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 100000000; i++) {
    sum += i;
  }
  console.log('Long running effect completed:', sum);
};

// 使用自定义调度器注册 Effect，设置优先级为低
watchEffect(
  () => {
    longRunningEffect();
  },
  {
    scheduler: (job) => customScheduler(job, Priority.LOW),
  }
);

// 使用自定义调度器注册 Effect，设置优先级为高
watchEffect(
  () => {
    console.log('This effect should be executed first:', count.value);
  },
  {
    scheduler: (job) => customScheduler(job, Priority.HIGH),
  }
);

// 频繁更新 count 的值
setInterval(() => {
  count.value++;
}, 10);

在这个例子中，我们定义了一个 customScheduler 函数，它可以为 Effect 分配优先级，并将 Effect 推入 Vue 的调度队列。我们将 longRunningEffect 的优先级设置为低，将输出 count.value 的 Effect 的优先级设置为高。这样，即使 longRunningEffect 执行时间过长，输出 count.value 的 Effect 也能及时执行，从而保证 UI 的流畅性。

需要注意的是，queueJob 是 Vue 内部使用的函数，用于将 Effect 推入调度队列。虽然我们可以直接使用 queueJob，但这并不是一个公开的 API，在未来的 Vue 版本中可能会发生变化。因此，在使用 queueJob 时需要谨慎。

优化策略：节流与防抖

除了优先级调度之外，我们还可以使用节流 (throttle) 和防抖 (debounce) 来减少 Effect 的执行次数，从而缓解微任务队列的压力。

节流是指在一定时间内只执行一次 Effect。例如，我们可以使用节流来限制 resize 事件的触发频率，从而避免频繁的重新计算布局。

防抖是指在一段时间内没有新的变化时才执行 Effect。例如，我们可以使用防抖来延迟搜索请求的发送，从而避免发送过多的无效请求。

import { ref, watchEffect } from 'vue';
import { throttle, debounce } from 'lodash-es'; // 需要安装 lodash-es

const inputValue = ref('');

// 使用节流
const throttledEffect = throttle(() => {
  console.log('Throttled effect:', inputValue.value);
}, 200);

watchEffect(() => {
  throttledEffect();
});

// 使用防抖
const debouncedEffect = debounce(() => {
  console.log('Debounced effect:', inputValue.value);
}, 300);

watchEffect(() => {
  debouncedEffect();
});

// 模拟输入
let i = 0;
setInterval(() => {
  inputValue.value = `input ${i++}`;
}, 50);

在这个例子中，我们使用了 lodash-es 库中的 throttle 和 debounce 函数来分别实现节流和防抖。当 inputValue 的值发生变化时，throttledEffect 会每 200 毫秒执行一次，debouncedEffect 会在 300 毫秒内没有新的变化时才执行。

通过使用节流和防抖，我们可以有效地减少 Effect 的执行次数，从而提高应用的性能。

优化策略：避免不必要的依赖

另一个重要的优化策略是避免不必要的依赖。如果一个 Effect 依赖于一些不必要的数据，那么当这些数据发生变化时，Effect 也会被重新执行，从而增加了微任务队列的压力。

因此，我们需要仔细分析 Effect 的依赖关系，尽量减少不必要的依赖。例如，如果一个 Effect 只需要使用响应式数据的一部分属性，那么我们可以只依赖于这些属性，而不是整个响应式数据。

import { ref } from 'vue';

const user = ref({
  name: 'John Doe',
  age: 30,
  address: {
    city: 'New York',
    country: 'USA',
  },
});

// 不好的做法：依赖于整个 user 对象
watchEffect(() => {
  console.log('User changed:', user.value.name);
});

// 好的做法：只依赖于 user.name 属性
watchEffect(() => {
  console.log('User name changed:', user.value.name);
});

在这个例子中，第一个 watchEffect 依赖于整个 user 对象，当 user 对象的任何属性发生变化时，它都会被重新执行。而第二个 watchEffect 只依赖于 user.name 属性，只有当 user.name 属性发生变化时，它才会被重新执行。

通过避免不必要的依赖，我们可以减少 Effect 的执行次数，从而提高应用的性能。

优化策略：使用 `shallowRef` 和 `shallowReactive`

Vue 3 提供了 shallowRef 和 shallowReactive 函数，可以创建浅层响应式数据。浅层响应式数据只会监听自身属性的变化，而不会监听嵌套对象或数组的变化。

在某些场景下，我们可以使用 shallowRef 和 shallowReactive 来提高性能。例如，如果一个组件只需要渲染一个大型对象的部分属性，并且这些属性不会发生嵌套变化，那么我们可以使用 shallowReactive 来创建这个对象，从而避免深度监听的开销。

import { shallowReactive, ref } from 'vue';

const largeObject = shallowReactive({
  id: 1,
  name: 'Large Object',
  data: new Array(1000).fill({ x: 0, y: 0 }), // 大型数组
});

// 只有当 largeObject 的 id 或 name 属性发生变化时，这个 Effect 才会执行
watchEffect(() => {
  console.log('Large object id or name changed:', largeObject.id, largeObject.name);
});

// 改变数组内部元素，不会触发 Effect
largeObject.data[0].x = 1;

const shallowRefValue = ref(1);

watchEffect(() => {
    console.log("shallowRefValue changed", shallowRefValue.value);
});

shallowRefValue.value = 2;

在这个例子中，largeObject 是一个浅层响应式对象，只有当它的 id 或 name 属性发生变化时，watchEffect 才会执行。即使 largeObject.data 数组内部的元素发生了变化，watchEffect 也不会执行。

需要注意的是，shallowRef 和 shallowReactive 只适用于特定的场景。如果需要监听嵌套对象或数组的变化，仍然需要使用 ref 和 reactive。

如何选择合适的优化策略

选择合适的优化策略需要根据具体的应用场景进行分析。没有一种通用的解决方案可以适用于所有情况。

以下是一些选择优化策略的建议：

分析性能瓶颈： 首先需要找出应用的性能瓶颈。可以使用 Vue Devtools 或其他性能分析工具来定位性能问题。
评估优化效果： 在应用优化策略之前，需要评估其可能带来的效果。可以使用性能测试来验证优化效果。
权衡复杂度和收益： 不同的优化策略有不同的复杂度和收益。需要权衡复杂度和收益，选择最合适的策略。
逐步优化： 不要试图一次性解决所有问题。可以逐步应用优化策略，并不断进行测试和调整。

以下表格总结了上述优化策略：

优化策略	描述	适用场景	优点	缺点
优先级调度	为不同的 Effect 分配不同的优先级，让重要的 Effect 优先执行。	需要保证 UI 的流畅性和响应性的场景。	可以保证重要的 Effect 及时执行，提高 UI 的流畅性和响应性。	实现较为复杂，需要自定义调度器。 `queueJob` 不是公开 API，可能存在兼容性问题。
节流与防抖	减少 Effect 的执行次数。	高频事件触发的场景，例如 `resize` 事件、搜索输入等。	可以有效减少 Effect 的执行次数，缓解微任务队列的压力。	可能会延迟 Effect 的执行。
避免不必要的依赖	减少 Effect 依赖的数据量。	所有场景。	可以减少 Effect 的执行次数，提高应用的性能。	需要仔细分析 Effect 的依赖关系。
`shallowRef` 和 `shallowReactive`	创建浅层响应式数据。	只需要监听自身属性的变化，而不需要监听嵌套对象或数组的变化的场景。	可以避免深度监听的开销，提高性能。	只适用于特定的场景，如果需要监听嵌套对象或数组的变化，仍然需要使用 `ref` 和 `reactive`。

总结：优化 Vue 应用中的 Effect 副作用

今天我们讨论了 Vue Effect 副作用的微任务队列饥饿问题，并介绍了多种优化策略，包括优先级调度、节流与防抖、避免不必要的依赖以及使用 shallowRef 和 shallowReactive。选择合适的优化策略需要根据具体场景进行分析和权衡。通过合理的优化，我们可以提高 Vue 应用的性能，改善用户体验。

根据场景调整策略

针对不同的应用场景，需要选择合适的优化策略组合。例如，在高频更新的大型列表中，可以结合优先级调度、节流和避免不必要的依赖来提高性能。

持续监控与优化

性能优化是一个持续的过程，需要不断地监控应用的性能，并根据实际情况进行调整。可以使用 Vue Devtools 或其他性能分析工具来监控应用的性能，并根据监控结果进行优化。

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