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Vue Effect的动态依赖调整：运行时优化依赖集合，避免不必要的副作用触发

Vue Effect 的动态依赖调整：运行时优化依赖集合

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 中 Effect 的动态依赖调整，以及如何利用它在运行时优化依赖集合，避免不必要的副作用触发。理解并掌握这一机制，对于编写高性能、响应迅速的 Vue 应用至关重要。

什么是 Vue Effect？

首先，我们需要明确什么是 Vue 中的 Effect。简单来说，Effect 是一个函数，它会追踪自身执行过程中所访问的响应式数据。当这些响应式数据发生改变时，Effect 会自动重新执行，这就是响应式系统最核心的机制。

在 Vue 3 中，effect 函数负责创建和管理 Effect 实例。一个 Effect 实例包含了以下关键信息：

  • effectFn: Effect 实际执行的函数。
  • deps: Effect 依赖的响应式数据的集合。
  • options: Effect 的配置选项，例如 scheduler、lazy 等。
// 简化版的 effect 函数
function effect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn); // 清理之前的依赖

    activeEffect = effectFn; // 将当前 effectFn 设置为 activeEffect

    const result = fn(); // 执行 effect 函数，收集依赖

    activeEffect = null; // 重置 activeEffect

    return result;
  };

  effectFn.deps = []; // 存储依赖的集合

  if (!options.lazy) {
    effectFn(); // 立即执行 effect
  }

  return effectFn;
}

// activeEffect 用于存储当前正在执行的 effectFn
let activeEffect = null;

依赖收集：连接 Effect 和响应式数据

Effect 的核心在于依赖收集。当 Effect 函数执行时，它会访问一些响应式数据。Vue 需要知道 Effect 依赖于哪些数据，以便在数据改变时能够正确地触发 Effect 重新执行。

依赖收集的过程发生在 track 函数中。当 get 操作访问响应式数据时，track 函数会被调用，它会将当前的 activeEffect 添加到该响应式数据对应的依赖集合中。

// 简化版的 track 函数
function track(target, key) {
  if (!activeEffect) return; // 如果当前没有 activeEffect，则不进行依赖收集

  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);
  }

  if (!dep.has(activeEffect)) {
    dep.add(activeEffect);
    activeEffect.deps.push(dep); // 同时将 dep 添加到 effectFn 的 deps 中
  }
}

// targetMap 用于存储响应式数据和依赖集合的映射关系
const targetMap = new WeakMap();

触发更新：响应式数据改变时通知 Effect

当响应式数据发生改变时，trigger 函数会被调用，它会遍历该响应式数据对应的依赖集合，并触发所有依赖该数据的 Effect 重新执行。

// 简化版的 trigger 函数
function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) return;

  const dep = depsMap.get(key);
  if (!dep) return;

  dep.forEach(effectFn => {
    if (effectFn.scheduler) {
      effectFn.scheduler(effectFn); // 如果有 scheduler，则使用 scheduler 调度执行
    } else {
      effectFn(); // 否则直接执行 effect
    }
  });
}

动态依赖调整的必要性

上述机制在大多数情况下都能正常工作，但存在一个潜在的问题：Effect 的依赖集合是静态的。这意味着，Effect 在第一次执行时收集到的依赖，无论后续执行是否需要这些依赖，都会一直存在于依赖集合中。

考虑以下场景：

<template>
  <div>
    <p v-if="show">{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const show = ref(true);
    const message = ref('Hello, World!');

    effect(() => {
      if (show.value) {
        console.log(message.value);
      }
    });

    setTimeout(() => {
      show.value = false;
    }, 2000);

    setTimeout(() => {
      message.value = 'Goodbye, World!';
    }, 4000);

    return {
      show,
      message,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，effect 函数只有在 show.value 为 true 时才会访问 message.value。当 show.value 变为 false 后，effect 函数不再需要依赖 message.value，但 message.value 仍然存在于 effect 函数的依赖集合中。这意味着，即使 show.value 为 false，当 message.value 改变时，effect 函数仍然会不必要地重新执行。

这会导致性能问题，尤其是在复杂的应用中，大量的 Effect 不必要地重新执行会占用大量的 CPU 资源。

动态依赖调整的原理：cleanup 函数

为了解决这个问题，Vue 引入了动态依赖调整机制。核心在于 cleanup 函数。在 Effect 重新执行之前，cleanup 函数会清除之前收集的所有依赖。这样，Effect 在每次执行时都会重新收集依赖，从而保证依赖集合始终是最新的、最精确的。

// 简化版的 cleanup 函数
function cleanup(effectFn) {
  for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
    const dep = effectFn.deps[i];
    dep.delete(effectFn); // 从 dep 中移除 effectFn
  }
  effectFn.deps.length = 0; // 清空 effectFn 的 deps 数组
}

在 effect 函数中，cleanup 函数会在 effectFn 执行之前被调用：

function effect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn); // 清理之前的依赖

    activeEffect = effectFn; // 将当前 effectFn 设置为 activeEffect

    const result = fn(); // 执行 effect 函数，收集依赖

    activeEffect = null; // 重置 activeEffect

    return result;
  };

  effectFn.deps = []; // 存储依赖的集合

  if (!options.lazy) {
    effectFn(); // 立即执行 effect
  }

  return effectFn;
}

通过 cleanup 函数，Vue 能够动态地调整 Effect 的依赖集合，只保留真正需要的依赖，避免不必要的副作用触发。

优化后的场景示例

回到之前的例子，有了动态依赖调整机制，当 show.value 变为 false 后，effect 函数在下次执行时不会再访问 message.value，因此 message.value 不会再被添加到 effect 函数的依赖集合中。这样，即使 message.value 改变，effect 函数也不会重新执行，从而避免了不必要的性能消耗。

更复杂的场景：条件渲染和计算属性

动态依赖调整在更复杂的场景中也能发挥重要作用，例如条件渲染和计算属性。

条件渲染：

考虑以下场景：

<template>
  <div>
    <p v-if="type === 'A'">{{ dataA }}</p>
    <p v-else-if="type === 'B'">{{ dataB }}</p>
    <p v-else>{{ dataC }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const type = ref('A');
    const dataA = ref('Data A');
    const dataB = ref('Data B');
    const dataC = ref('Data C');

    effect(() => {
      if (type.value === 'A') {
        console.log(dataA.value);
      } else if (type.value === 'B') {
        console.log(dataB.value);
      } else {
        console.log(dataC.value);
      }
    });

    setTimeout(() => {
      type.value = 'B';
    }, 2000);

    setTimeout(() => {
      type.value = 'C';
    }, 4000);

    setTimeout(() => {
      dataA.value = 'New Data A';
    }, 6000);

    return {
      type,
      dataA,
      dataB,
      dataC,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，effect 函数根据 type.value 的不同，访问不同的响应式数据。动态依赖调整确保了当 type.value 改变时，effect 函数只依赖当前需要的数据，避免了不必要的副作用触发。例如，当 type.value 为 ‘B’ 时，effect 函数只依赖 dataB.value，即使 dataA.value 改变，effect 函数也不会重新执行。

计算属性：

计算属性本质上也是一个 Effect，它会根据依赖的响应式数据自动更新自身的值。动态依赖调整确保了计算属性只依赖真正需要的数据，避免了不必要的计算。

<template>
  <div>
    <p>{{ fullName }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const firstName = ref('John');
    const lastName = ref('Doe');
    const showMiddleName = ref(false);
    const middleName = ref('Middle');

    const fullName = computed(() => {
      if (showMiddleName.value) {
        return `${firstName.value} ${middleName.value} ${lastName.value}`;
      } else {
        return `${firstName.value} ${lastName.value}`;
      }
    });

    setTimeout(() => {
      showMiddleName.value = true;
    }, 2000);

    setTimeout(() => {
      firstName.value = 'Jane';
    }, 4000);

    return {
      firstName,
      lastName,
      middleName,
      showMiddleName,
      fullName,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，fullName 计算属性依赖于 firstName、lastName 和 showMiddleName。当 showMiddleName.value 为 true 时，fullName 还会依赖 middleName.value。动态依赖调整确保了当 showMiddleName.value 为 false 时，即使 middleName.value 改变，fullName 也不会重新计算。

动态依赖调整的优势

总结一下，动态依赖调整带来了以下优势：

  • 性能优化： 避免不必要的副作用触发，减少 CPU 资源消耗。
  • 精确依赖： 保证 Effect 只依赖真正需要的数据，提高响应式系统的效率。
  • 代码可维护性： 简化代码逻辑，降低维护成本。
优势 描述
性能优化 通过运行时优化依赖集合，避免 Effect 在不必要时重新执行，从而减少 CPU 消耗，提高应用程序的整体性能。尤其是在大型、复杂的 Vue 应用中，这种优化效果更为显著。
精确依赖 确保 Effect 只依赖当前执行路径中实际访问的响应式数据，而不是所有可能访问的数据。这使得依赖关系更加清晰和可预测，降低了潜在的错误风险。
代码可维护性 动态依赖调整简化了 Effect 函数内部的逻辑，减少了手动管理依赖关系的复杂性。开发者可以更专注于业务逻辑的实现，而无需过多关注依赖关系的维护，从而提高开发效率和代码质量。

总结与思考

动态依赖调整是 Vue 响应式系统中的一项重要优化技术。它通过在运行时动态地调整 Effect 的依赖集合，避免了不必要的副作用触发，从而提高了应用程序的性能和响应速度。理解和掌握这一机制，对于编写高性能、可维护的 Vue 应用至关重要。在实际开发中，我们应该充分利用动态依赖调整的优势，编写更高效、更灵活的代码。

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