Vue 3的`reactive`与`ref`：深入理解其在不同场景下的性能差异

大家好，今天我们来深入探讨Vue 3中reactive和ref这两个核心响应式API的性能差异，以及如何在不同的场景下做出最佳选择。理解这些差异对于构建高性能的Vue应用至关重要。

响应式系统概览

在深入reactive和ref的细节之前，我们先简要回顾一下Vue 3的响应式系统。Vue 3的响应式系统基于Proxy实现，当数据被读取或修改时，会自动触发相关的依赖收集和更新。

依赖收集 (Dependency Collection): 当组件渲染函数访问响应式数据时，Vue会记录下这个组件依赖于这些数据。
触发更新 (Triggering Updates): 当响应式数据发生变化时，Vue会通知所有依赖于这些数据的组件重新渲染。

这种机制使得数据变化能够自动反映到视图上，极大地简化了开发过程。

`reactive`: 深度响应式对象

reactive函数用于创建一个深度响应式对象。这意味着对象的所有属性（包括嵌套对象的属性）都会被转化为响应式。

示例:

import { reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0,
  nested: {
    message: 'Hello'
  }
});

// 修改 state.count 会触发组件更新
state.count++;

// 修改 state.nested.message 也会触发组件更新
state.nested.message = 'World';

工作原理:

reactive函数会递归地遍历对象的所有属性，并使用Proxy来拦截对这些属性的读取和修改操作。当属性被读取时，Proxy会将当前组件的渲染函数添加到该属性的依赖列表中。当属性被修改时，Proxy会通知该属性的依赖列表中的所有组件重新渲染。

优势:

易于使用，可以直接操作对象的属性。
深度响应式，可以响应嵌套对象的属性变化。

劣势:

只能用于对象类型（包括数组和对象字面量）。
由于需要递归遍历和代理对象的所有属性，因此在创建大型对象时可能会有性能开销。
无法直接替换整个对象。例如：state = reactive({ newProp: 'value' }) 会打破响应式连接。
对原始值无效，尝试用reactive包裹原始值，Vue 会在开发模式下发出警告，并且返回原始值。

`ref`: 对原始值的响应式引用

ref函数用于创建一个包含响应式且可变的引用对象。它接受一个内部值，并返回一个带有 .value 属性的ref对象。这个 .value 属性才是响应式的。

示例:

import { ref } from 'vue';

const count = ref(0);

// 修改 count.value 会触发组件更新
count.value++;

const message = ref('Hello');
message.value = 'World';

工作原理:

ref函数会创建一个包含 .value 属性的对象，并使用Proxy来拦截对 .value 属性的读取和修改操作。当 .value 属性被读取时，Proxy会将当前组件的渲染函数添加到该属性的依赖列表中。当 .value 属性被修改时，Proxy会通知该属性的依赖列表中的所有组件重新渲染。

优势:

可以用于原始值类型 (number, string, boolean)。
可以用于替换整个值，而不会丢失响应式连接。例如：count.value = 10，或者 count.value = ref(20) 都是有效的。
创建开销通常比 reactive 更小，因为它只需要代理一个 .value 属性。

劣势:

需要通过 .value 属性来访问和修改值，语法略显冗余。
对于对象类型，ref 本身不是深度响应式的。它只是将对象的引用变为响应式，但对象内部的属性仍然是普通属性。除非对象本身也使用 reactive 包裹。

性能对比：`reactive` vs. `ref`

现在我们来对比一下reactive和ref在不同场景下的性能差异。

特性	`reactive`	`ref`
适用类型	对象 (object, array)	原始值 (number, string, boolean) 和对象引用
深度响应式	是	否（除非 `value` 是 `reactive` 对象）
访问方式	直接访问属性	`.value` 属性访问
创建开销	较大（递归遍历和代理对象的所有属性）	较小（只代理 `.value` 属性）
替换整个对象	会打破响应式连接	可以替换整个值

1. 创建和初始化:

小型对象: 对于小型对象，reactive和ref的创建开销差异可能不大，可以忽略不计。
大型对象: 对于大型对象，reactive的创建开销会显著高于ref，因为它需要递归遍历和代理对象的所有属性。

2. 读取和修改:

原始值: 对于原始值，ref是唯一的选择。
对象属性: 对于对象属性的读取和修改，reactive可以直接访问属性，而ref需要通过.value属性访问，略显冗余。
深度嵌套对象: 对于深度嵌套对象，reactive可以自动追踪所有属性的变化，而ref需要手动将嵌套对象转化为响应式对象。

3. 内存占用:

reactive由于需要代理对象的所有属性，因此可能会占用更多的内存。
ref只需要代理.value属性，因此内存占用通常更小。

代码示例：性能测试

为了更直观地了解reactive和ref的性能差异，我们来编写一个简单的性能测试代码。

import { reactive, ref } from 'vue';

const iterations = 100000;

// 测试 reactive
console.time('reactive creation');
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
  const obj = reactive({ a: 1, b: 2, c: 3 });
}
console.timeEnd('reactive creation');

console.time('reactive access');
const reactiveObj = reactive({ a: 1, b: 2, c: 3 });
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
  reactiveObj.a;
  reactiveObj.b;
  reactiveObj.c;
}
console.timeEnd('reactive access');

// 测试 ref
console.time('ref creation');
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
  const refObj = ref({ a: 1, b: 2, c: 3 });
}
console.timeEnd('ref creation');

console.time('ref access');
const refObj = ref({ a: 1, b: 2, c: 3 });
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
  refObj.value.a;
  refObj.value.b;
  refObj.value.c;
}
console.timeEnd('ref access');

console.time('ref primitive creation');
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
    const numRef = ref(0);
}
console.timeEnd('ref primitive creation');

console.time('ref primitive access');
const numRef = ref(0);
for (let i = 0; i < iterations; i++) {
    numRef.value++;
}
console.timeEnd('ref primitive access');

注意： 运行这段代码需要在Vue 3的环境中，并且需要使用开发者工具来查看console.time和console.timeEnd的输出结果。

结果分析:

通常情况下，你会发现：

ref的创建开销比reactive更小，尤其是在大量创建对象时。
reactive直接访问属性的速度通常略快于ref通过.value属性访问的速度。
ref创建原始值的开销最小。
ref访问原始值的开销也较小。

结论:

对于大型对象，如果只需要追踪部分属性的变化，可以考虑使用ref来包裹对象，并手动将需要追踪的属性转化为响应式对象。
对于原始值，必须使用ref。
在性能敏感的场景下，可以根据实际情况选择reactive或ref，并进行性能测试。

最佳实践和选择策略

在实际开发中，如何选择reactive和ref呢？以下是一些最佳实践和选择策略：

原始值: 必须使用ref。
简单对象: 如果对象结构简单，且需要追踪所有属性的变化，可以使用reactive。
大型对象: 如果对象结构复杂，且只需要追踪部分属性的变化，可以使用ref来包裹对象，并手动将需要追踪的属性转化为响应式对象。或者使用shallowReactive 来创建浅层响应式对象。
组件间通信: 在组件间传递响应式数据时，可以使用ref来保持响应式连接，即使数据被传递到不同的组件。
性能优化: 在性能敏感的场景下，可以根据实际情况选择reactive或ref，并进行性能测试。

代码示例：组件间通信

// ParentComponent.vue
<template>
  <div>
    <p>Parent Count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
    <ChildComponent :count="count" />
  </div>
</template>

<script setup>
import { ref } from 'vue';
import ChildComponent from './ChildComponent.vue';

const count = ref(0);

const increment = () => {
  count.value++;
};
</script>

// ChildComponent.vue
<template>
  <div>
    <p>Child Count: {{ count }}</p>
  </div>
</template>

<script setup>
import { defineProps } from 'vue';

defineProps({
  count: {
    type: Number,
    required: true
  }
});
</script>

在这个示例中，ParentComponent使用ref创建了一个响应式的count变量，并将它传递给ChildComponent。当ParentComponent中的count变量发生变化时，ChildComponent也会自动更新，因为它们共享同一个响应式引用。

代码示例：shallowReactive 的使用

import { shallowReactive } from 'vue';

const state = shallowReactive({
  name: 'John',
  address: {
    city: 'New York'
  }
});

// 修改 state.name 会触发组件更新
state.name = 'Jane';

// 修改 state.address.city 不会触发组件更新
state.address.city = 'Los Angeles';

// state.address 需要手动转为响应式才能追踪其内部变化
import { reactive } from 'vue';
state.address = reactive(state.address);
state.address.city = 'Los Angeles'; // 这次会触发更新

总结

reactive和ref是Vue 3中两个重要的响应式API，它们各有优缺点，适用于不同的场景。理解它们的性能差异，可以帮助我们做出最佳选择，构建高性能的Vue应用。总的来说，reactive适用于深度响应式的对象，而ref适用于原始值和需要手动控制响应式范围的对象。在性能敏感的场景下，建议进行性能测试，以选择最合适的API。

灵活选择，性能优先

在选择 reactive 或 ref 时，要充分考虑数据的类型、结构和更新频率。灵活运用它们可以优化应用的性能，提升用户体验。

深入理解，代码高效

深入理解 reactive 和 ref 的工作原理，能够帮助开发者写出更高效、更易维护的 Vue 代码。记住，没有银弹，只有最适合特定场景的工具。