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

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

大家好，今天我们来深入探讨Vue Effect中的Futures/Promises模式，重点关注如何形式化异步依赖追踪与状态结算。在复杂Vue应用中，数据获取往往是异步的，这给依赖追踪带来了挑战。传统的依赖追踪机制在同步场景下运作良好，但遇到异步操作就可能失效。Futures/Promises模式为我们提供了一种优雅的方式来管理异步依赖，并确保在异步操作完成后正确地更新状态。

1. 问题背景：异步依赖的困境

在Vue的响应式系统中，effect函数是核心。它负责收集依赖，并在依赖项发生变化时重新执行。例如：

import { reactive, effect } from 'vue';

const state = reactive({
  a: 1,
  b: 2
});

effect(() => {
  console.log(`a + b = ${state.a + state.b}`);
});

state.a = 3; // 触发 effect 重新执行

这段代码演示了同步依赖追踪：effect函数执行时，访问了state.a和state.b，Vue会自动追踪这些依赖。当state.a改变时，effect函数会被重新执行。

但是，如果数据获取是异步的呢？

import { reactive, effect } from 'vue';

const state = reactive({
  data: null
});

async function fetchData() {
  // 模拟异步数据获取
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ value: 42 });
    }, 1000);
  });
}

effect(async () => {
  const data = await fetchData();
  state.data = data;
  console.log('Data fetched:', state.data);
});

// 问题：即使 fetchData 返回的数据发生变化，effect 也不会自动重新执行！

在这个例子中，effect函数内部使用了await fetchData()。 effect函数只会在第一次执行时追踪到state.data，但当fetchData返回新的数据时，由于此时effect函数已经执行完毕，Vue无法知道state.data的更新是由于fetchData异步操作的结果引起的，因此不会触发effect函数重新执行。 这导致了异步依赖追踪的失效。

2. Futures/Promises模式：桥接异步与响应式

Futures/Promises模式提供了一种解决这个问题的方法。核心思想是将异步操作封装成一个“Future”或“Promise”对象，该对象代表了异步操作的最终结果。Vue可以追踪这个Future对象，并在其状态变为“已完成”时触发effect函数重新执行。

我们可以创建一个自定义的useAsync函数来实现这个模式：

import { ref, isRef, unref, watchEffect, triggerRef } from 'vue';

function useAsync(fn, dependencies = []) {
  const data = ref(null);
  const loading = ref(false);
  const error = ref(null);
  const trigger = ref(0); // 手动触发更新

  const execute = async (...args) => {
    loading.value = true;
    error.value = null;
    try {
      data.value = await fn(...args);
    } catch (err) {
      error.value = err;
    } finally {
      loading.value = false;
    }
  };

  watchEffect(async () => {
    // 手动触发时，也重新执行
    trigger.value;

    // 自动触发依赖更新
    if (dependencies.length > 0) {
      // 确保依赖是响应式的
      const resolvedDependencies = dependencies.map(dep => isRef(dep) ? unref(dep) : dep);
      // 检查依赖是否都已定义 (避免 initial undefined 问题)
      if (resolvedDependencies.every(dep => dep !== undefined && dep !== null)) {
        await execute();
      }
    } else {
        await execute(); // 如果没有依赖，直接执行一次
    }

  });

  const reload = () => {
    trigger.value++;
  };

  return {
    data,
    loading,
    error,
    execute,
    reload
  };
}

这个useAsync函数接收一个异步函数fn和一个依赖数组dependencies。它返回一个包含data、loading、error、execute和reload的对象。

• data：存储异步操作的结果。
• loading：指示异步操作是否正在进行。
• error：存储异步操作发生的错误。
• execute：手动执行异步操作的函数。
• reload: 手动触发 watchEffect 重新执行，用于刷新数据。

watchEffect 负责追踪依赖，并在依赖项发生变化时重新执行execute函数。 trigger ref的存在，允许手动触发更新，这在一些特殊场景下非常有用，例如用户点击刷新按钮。

现在，我们可以使用useAsync来解决之前的异步依赖问题：

import { reactive, effect, ref } from 'vue';
import { useAsync } from './useAsync';

const state = reactive({
  id: 1
});

async function fetchData(id) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ value: `Data for id: ${id}` });
    }, 500);
  });
}

const { data, loading, error } = useAsync(() => fetchData(state.id), [state.id]);

effect(() => {
  console.log('Data:', data.value);
  console.log('Loading:', loading.value);
  console.log('Error:', error.value);
});

state.id = 2; // 触发 effect 重新执行

在这个例子中，useAsync接收fetchData(state.id)作为异步函数，并将state.id作为依赖项。当state.id改变时，watchEffect会被触发，execute函数会被重新执行，从而获取新的数据并更新data.value。 这样，effect函数就能正确地追踪异步依赖了。

3. 形式化异步依赖追踪

为了更深入地理解Futures/Promises模式如何形式化异步依赖追踪，我们可以从以下几个方面进行分析：

• 依赖关系的显式表达： useAsync函数通过dependencies数组显式地声明了异步操作依赖的状态。这使得Vue能够明确地知道哪些状态的变化可能影响异步操作的结果。
• 状态管理： useAsync函数管理了异步操作的三个关键状态：loading、data和error。这使得我们可以方便地在UI中展示异步操作的状态，并处理错误情况。
• 触发机制： watchEffect和trigger ref 提供了两种触发异步操作重新执行的机制：自动依赖追踪和手动触发。这使得我们可以灵活地控制异步操作的执行时机。

可以用表格来展示useAsync的输入输出和状态变化：

输入/状态	描述
fn	异步函数，返回一个Promise。
dependencies	依赖数组，当数组中的任何一个值发生变化时，异步函数会被重新执行。
state.id	响应式状态，作为 fetchData 的参数，它的变化会触发 useAsync 重新执行。
data.value	异步函数返回的数据。在异步操作完成之前为 null，完成后更新为异步函数返回的值。
loading.value	指示异步操作是否正在进行。开始执行异步函数时设置为 true，完成（成功或失败）后设置为 false。
error.value	存储异步操作发生的错误。如果异步函数执行过程中发生错误，则设置为错误对象，否则为 null。
trigger.value	手动触发更新的 ref，每次调用 reload 函数时，该值会递增，从而触发 watchEffect 重新执行。

输出	描述
data	ref，存储异步操作的结果。
loading	ref，指示异步操作是否正在进行。
error	ref，存储异步操作发生的错误。
execute	函数，手动执行异步操作。
reload	函数，手动触发 watchEffect 重新执行，用于刷新数据。

4. 状态结算：确保数据一致性

在异步操作中，状态结算是一个重要的环节。它指的是在异步操作完成后，如何正确地更新状态，以确保数据的一致性。

在useAsync函数中，状态结算是通过以下方式实现的：

• try...catch...finally： try块用于执行异步函数，catch块用于捕获错误，finally块用于确保loading状态在异步操作完成后被设置为false。
• 更新data和error： 在try块中，如果异步操作成功，data.value会被更新为异步操作的结果。在catch块中，error.value会被更新为错误对象。
• 响应式更新： 由于data和error都是ref，因此当它们的值发生变化时，依赖它们的effect函数会自动重新执行。

这种状态结算机制确保了在异步操作完成后，状态能够被正确地更新，从而保证了数据的一致性。

5. 更复杂的异步依赖场景

useAsync已经可以处理很多异步依赖的场景了，但有时候，我们需要处理更复杂的场景，例如：

• 多个异步依赖： 一个异步操作依赖于多个状态。
• 链式异步操作： 一个异步操作的结果作为另一个异步操作的输入。
• 取消异步操作： 在异步操作正在进行时，取消它。

对于这些更复杂的场景，我们可以对useAsync进行扩展。

a. 多个异步依赖

如果一个异步操作依赖于多个状态，我们可以将这些状态都添加到dependencies数组中：

import { reactive, effect, ref } from 'vue';
import { useAsync } from './useAsync';

const state = reactive({
  id: 1,
  name: 'John'
});

async function fetchData(id, name) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ value: `Data for id: ${id}, name: ${name}` });
    }, 500);
  });
}

const { data, loading, error } = useAsync(() => fetchData(state.id, state.name), [state.id, state.name]);

effect(() => {
  console.log('Data:', data.value);
});

state.id = 2; // 触发 effect 重新执行
state.name = 'Jane'; // 触发 effect 重新执行

b. 链式异步操作

如果一个异步操作的结果作为另一个异步操作的输入，我们可以使用then方法将它们链接起来：

import { reactive, effect, ref } from 'vue';
import { useAsync } from './useAsync';

const state = reactive({
  id: 1
});

async function fetchUserId(id) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve(id * 2);
    }, 500);
  });
}

async function fetchUserData(userId) {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      resolve({ value: `Data for user id: ${userId}` });
    }, 500);
  });
}

const { data, loading, error } = useAsync(async () => {
  const userId = await fetchUserId(state.id);
  return await fetchUserData(userId);
}, [state.id]);

effect(() => {
  console.log('Data:', data.value);
});

state.id = 2; // 触发 effect 重新执行

c. 取消异步操作

取消异步操作需要使用AbortController。我们可以将AbortController添加到useAsync函数中：

import { ref, isRef, unref, watchEffect, triggerRef } from 'vue';

function useAsync(fn, dependencies = []) {
  const data = ref(null);
  const loading = ref(false);
  const error = ref(null);
  const trigger = ref(0); // 手动触发更新
  const controller = ref(new AbortController()); // 添加 AbortController

  const execute = async (...args) => {
    loading.value = true;
    error.value = null;
    controller.value = new AbortController(); // 创建新的 AbortController
    try {
      data.value = await fn(...args, controller.value.signal); // 传递 signal
    } catch (err) {
      if (err.name === 'AbortError') {
        //console.log('Fetch aborted');
        return; // 忽略 AbortError
      }
      error.value = err;
    } finally {
      loading.value = false;
    }
  };

  watchEffect(async () => {
    // 手动触发时，也重新执行
    trigger.value;

    // 自动触发依赖更新
    if (dependencies.length > 0) {
      // 确保依赖是响应式的
      const resolvedDependencies = dependencies.map(dep => isRef(dep) ? unref(dep) : dep);
      // 检查依赖是否都已定义 (避免 initial undefined 问题)
      if (resolvedDependencies.every(dep => dep !== undefined && dep !== null)) {
        await execute();
      }
    } else {
        await execute(); // 如果没有依赖，直接执行一次
    }

  });

  const reload = () => {
    controller.value.abort(); // 取消之前的请求
    trigger.value++;
  };

  const cancel = () => {
    controller.value.abort();
  };

  return {
    data,
    loading,
    error,
    execute,
    reload,
    cancel
  };
}

在使用fetch API 时，可以将 controller.signal 传递给 fetch 函数，以便在需要时取消请求。 在reload和cancel函数中，调用controller.abort()来取消异步操作。

import { reactive, effect, ref } from 'vue';
import { useAsync } from './useAsync';

const state = reactive({
  id: 1
});

async function fetchData(id, signal) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      if (signal.aborted) {
        reject(new Error('Request aborted'));
        return;
      }
      resolve({ value: `Data for id: ${id}` });
    }, 500);
  });
}

const { data, loading, error, cancel } = useAsync((signal) => fetchData(state.id, signal), [state.id]);

effect(() => {
  console.log('Data:', data.value);
});

state.id = 2; // 触发 effect 重新执行

// 在某个时刻取消请求
// cancel();

6. 总结：处理异步依赖，保障数据一致

通过useAsync函数，我们实现了Futures/Promises模式，可以有效地追踪异步依赖，并在异步操作完成后正确地更新状态。 这种模式的关键在于显式地声明依赖关系，管理异步操作的状态，以及提供灵活的触发机制。 通过这种方式，我们可以构建更健壮、更可维护的Vue应用。

7. 展望：更进一步的思考

Futures/Promises模式只是解决异步依赖追踪问题的一种方法。 还有其他的模式和技术可以用来处理异步数据流，例如：

• RxJS： 一个强大的响应式编程库，可以用来处理复杂的异步数据流。
• Suspense： Vue 3提供的一个内置特性，可以用来处理异步组件加载和数据获取。
• Vue Query/React Query： 专门用于数据请求、缓存、更新的库，提供了更高级的特性，例如自动重试、数据预取等。

选择哪种方法取决于具体的应用场景和需求。 理解Futures/Promises模式的原理，可以帮助我们更好地理解和使用这些更高级的工具。

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