Vue中的依赖收集与组件实例的关联：确保精确更新与避免全局污染 - 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 中的依赖收集与组件实例的关联：确保精确更新与避免全局污染

各位朋友，大家好！今天我们来聊聊 Vue 响应式系统中的一个核心概念：依赖收集以及它与组件实例的关联。理解这个机制对于我们深入理解 Vue 的数据驱动视图更新机制至关重要，也能帮助我们编写更高效、更健壮的 Vue 应用。

响应式系统的基石：依赖收集

Vue 的响应式系统是其数据驱动视图更新的核心。当我们修改 Vue 实例中的数据时，视图能够自动更新。这个过程依赖于两个关键要素：依赖收集和派发更新。今天我们重点关注依赖收集。

简单来说，依赖收集就是找出哪些地方（组件、计算属性、侦听器等）用到了特定的数据，并将它们记录下来。当这个数据发生变化时，Vue 就能准确地通知这些地方进行更新。

在 Vue 2 中，依赖收集的核心是 Dep 和 Watcher 这两个类。

Dep (Dependency): Dep 对象负责管理所有依赖于特定数据的 Watcher。它维护着一个 subs 数组，用来存储这些 Watcher 实例。每个响应式数据（例如 data 中的属性）都会有一个对应的 Dep 对象。
Watcher: Watcher 对象代表一个需要响应数据变化的订阅者。它可以是组件的渲染函数、计算属性或者侦听器。当依赖的数据发生变化时，Watcher 的 update 方法会被调用，从而触发相应的更新操作。

让我们通过一个简单的例子来理解这个过程：

// 简化版的 Dep 类
class Dep {
  constructor() {
    this.subs = [];
  }
  addSub(sub) {
    this.subs.push(sub);
  }
  removeSub(sub) {
    remove(this.subs, sub); // 一个简单的辅助函数，用于从数组中移除元素
  }
  depend() {
    if (Dep.target) { // Dep.target 指向当前正在计算的 Watcher
      Dep.target.addDep(this); // Watcher 将自己添加到 Dep 中
    }
  }
  notify() {
    this.subs.forEach(sub => sub.update());
  }
}

// 全局静态属性，用于指向当前正在计算的 Watcher
Dep.target = null;

// 简化版的 Watcher 类
class Watcher {
  constructor(vm, expOrFn, cb) {
    this.vm = vm;
    this.getter = typeof expOrFn === 'function' ? expOrFn : parsePath(expOrFn); // 解析表达式，例如 'message'
    this.cb = cb;
    this.value = this.get(); // 初始化时立即求值
    this.deps = []; // 存储当前 Watcher 依赖的 Dep 对象
    this.depIds = new Set(); // 用于去重 Dep 对象
  }

  get() {
    pushTarget(this); // 将当前 Watcher 设置为 Dep.target
    let value = this.getter.call(this.vm, this.vm); // 执行 getter 函数，触发依赖收集
    popTarget(); // 恢复 Dep.target 为之前的状态
    return value;
  }

  addDep(dep) {
    const id = dep.id;
    if (!this.depIds.has(id)) {
      this.depIds.add(id);
      this.deps.push(dep);
      dep.addSub(this); // Dep 对象将 Watcher 添加到自己的 subs 数组中
    }
  }

  update() {
    queueWatcher(this); // 将 Watcher 添加到更新队列中，避免重复更新
  }

  run() {
    const oldValue = this.value;
    this.value = this.get(); // 重新求值
    this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue); // 执行回调函数
  }
}

// 一些辅助函数
const targetStack = [];

function pushTarget(target) {
  targetStack.push(target);
  Dep.target = target;
}

function popTarget() {
  targetStack.pop();
  Dep.target = targetStack[targetStack.length - 1];
}

function queueWatcher(watcher) {
  // 在实际 Vue 实现中，这里会使用异步更新队列
  watcher.run();
}

function parsePath(path) {
  const segments = path.split('.');
  return function(obj) {
    for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
      if (!obj) return;
      obj = obj[segments[i]];
    }
    return obj;
  }
}

function remove(arr, item) {
  if (arr.length) {
    const index = arr.indexOf(item);
    if (index > -1) {
      return arr.splice(index, 1);
    }
  }
}

// 使用示例
const vm = {
  data: {
    message: 'Hello, Vue!'
  }
};

// 定义响应式数据
defineReactive(vm, 'data', vm.data);

function defineReactive(obj, key, val) {
  const dep = new Dep(); // 为每个响应式属性创建一个 Dep 实例

  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
      dep.depend(); // 在 getter 中进行依赖收集
      return val;
    },
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      if (newVal === val) {
        return;
      }
      val = newVal;
      dep.notify(); // 在 setter 中触发更新
    }
  });
}

// 创建一个 Watcher，监听 vm.data.message 的变化
const watcher = new Watcher(vm, 'data.message', (newValue, oldValue) => {
  console.log(`message changed from ${oldValue} to ${newValue}`);
});

// 修改数据，触发更新
vm.data.message = 'Hello, World!'; // 控制台输出：message changed from Hello, Vue! to Hello, World!

在这个例子中，defineReactive 函数将 vm.data.message 转换为响应式数据，并为它创建了一个 Dep 对象。当我们创建 Watcher 实例时，会执行 watcher.get() 方法。这个方法会：

将当前的 Watcher 实例设置为 Dep.target。
执行 this.getter.call(this.vm, this.vm)，也就是访问 vm.data.message。
在 vm.data.message 的 getter 中，dep.depend() 会被调用。
dep.depend() 会将当前的 Watcher（也就是 Dep.target）添加到 Dep 对象的 subs 数组中。
popTarget() 会恢复 Dep.target 为 null。

这样，我们就完成了依赖收集的过程。当 vm.data.message 的值发生变化时，它的 setter 会调用 dep.notify()，从而通知所有订阅者（也就是 subs 数组中的 Watcher）进行更新。

组件实例与依赖收集的关联

现在我们来讨论组件实例与依赖收集的关系。在 Vue 中，每个组件都有一个对应的 Watcher 实例，称为 渲染 Watcher (Render Watcher)。这个 Watcher 负责监听组件所依赖的数据变化，并在数据变化时重新渲染组件。

当 Vue 组件被渲染时，会执行其渲染函数。渲染函数会访问组件的响应式数据，从而触发依赖收集。这些依赖关系会被记录在组件的渲染 Watcher 中。

让我们看一个简单的组件例子：

<template>
  <div>
    <p>{{ message }}</p>
    <p>{{ computedMessage }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello, Vue Component!'
    };
  },
  computed: {
    computedMessage() {
      return this.message.toUpperCase();
    }
  }
};
</script>

当这个组件被渲染时，渲染函数会访问 message 和 computedMessage。

访问 message 会触发 message 对应的 Dep 对象的 depend() 方法，从而将组件的渲染 Watcher 添加到 message 的 Dep 对象的 subs 数组中。
访问 computedMessage 会触发计算属性的 getter 函数。在 getter 函数中，又会访问 this.message，从而将计算属性的 Watcher 添加到 message 的 Dep 对象的 subs 数组中。同时，组件的渲染 Watcher 也会添加到计算属性的 Dep 对象中。

这样，我们就建立了组件实例、计算属性和响应式数据之间的依赖关系。当 message 的值发生变化时，message 的 Dep 对象会通知所有订阅者进行更新，包括组件的渲染 Watcher 和计算属性的 Watcher。计算属性的 Watcher 会重新计算 computedMessage 的值，然后组件的渲染 Watcher 会重新渲染组件，从而更新视图。

表格总结：依赖关系

依赖项	订阅者（添加到 Dep 的 subs 数组）
`message`	组件的渲染 Watcher, 计算属性的 Watcher
`computedMessage`	组件的渲染 Watcher

避免全局污染：组件实例的独立性

Vue 的组件化架构的一个重要优点是组件的独立性。每个组件都有自己的状态（data）和行为（methods、computed、watch）。为了确保组件的独立性，Vue 需要避免组件之间的依赖关系相互污染。

依赖收集机制在避免全局污染方面发挥着关键作用。

每个组件实例都有自己的渲染 Watcher 和计算属性 Watcher。 这些 Watcher 只会收集当前组件实例所依赖的数据。这意味着，即使两个组件都使用了相同的数据属性名，它们之间的依赖关系也是相互独立的。
Dep.target 的作用域是临时的。 在执行渲染函数或计算属性的 getter 函数之前，Dep.target 会被设置为当前组件的 Watcher 实例。在执行完毕之后，Dep.target 会被恢复为之前的状态。这确保了依赖收集只发生在当前组件的上下文中。

让我们通过一个例子来说明：

// ComponentA.vue
<template>
  <div>
    <p>Component A: {{ message }}</p>
    <button @click="updateMessage">Update Message</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello from Component A'
    };
  },
  methods: {
    updateMessage() {
      this.message = 'Message updated in Component A';
    }
  }
};
</script>

// ComponentB.vue
<template>
  <div>
    <p>Component B: {{ message }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello from Component B'
    };
  }
};
</script>

// App.vue (父组件)
<template>
  <div>
    <ComponentA />
    <ComponentB />
  </div>
</template>

<script>
import ComponentA from './ComponentA.vue';
import ComponentB from './ComponentB.vue';

export default {
  components: {
    ComponentA,
    ComponentB
  }
};
</script>

在这个例子中，ComponentA 和 ComponentB 都有一个名为 message 的数据属性。但是，它们是相互独立的。当我们点击 ComponentA 中的按钮来更新 message 的值时，只有 ComponentA 的视图会更新，ComponentB 的视图不会受到影响。

这是因为 ComponentA 和 ComponentB 的渲染 Watcher 会分别收集它们自己所依赖的 message 属性的依赖关系。当 ComponentA 的 message 属性发生变化时，只有 ComponentA 的渲染 Watcher 会收到通知并更新视图。

Vue 3 中的依赖收集：更精细的控制

Vue 3 对响应式系统进行了重构，使用了 Proxy 来替代 Vue 2 中的 Object.defineProperty。这使得依赖收集更加精细，也更易于理解。

在 Vue 3 中，track 函数负责进行依赖收集，trigger 函数负责触发更新。

// 简化版的 track 函数
function track(target, type, key) {
  if (!activeEffect) { // activeEffect 类似于 Vue 2 中的 Dep.target
    return;
  }
  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()));
  }
  if (!dep.has(activeEffect)) {
    dep.add(activeEffect);
    activeEffect.deps.push(dep);
  }
}

// 简化版的 trigger 函数
function trigger(target, type, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) {
    return;
  }
  const dep = depsMap.get(key);
  if (!dep) {
    return;
  }
  const effectsToRun = new Set();
  dep.forEach(effect => {
    if (effect !== activeEffect) { // 避免无限循环
      effectsToRun.add(effect);
    }
  });
  effectsToRun.forEach(effect => {
    if (effect.options && effect.options.scheduler) {
      effect.options.scheduler(effect); // 允许自定义更新调度器
    } else {
      effect();
    }
  });
}

// activeEffect 类似于 Vue 2 中的 Dep.target
let activeEffect = null;

function effect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    cleanup(effectFn);
    activeEffect = effectFn;
    const res = fn();
    activeEffect = null;
    return res;
  };
  effectFn.options = options;
  effectFn.deps = [];
  effectFn();
  return effectFn;
}

function cleanup(effectFn) {
  for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
    const dep = effectFn.deps[i];
    dep.delete(effectFn);
  }
  effectFn.deps.length = 0;
}

const targetMap = new WeakMap();

// 使用示例
const data = {
  message: 'Hello, Vue 3!'
};

const reactiveData = new Proxy(data, {
  get(target, key, receiver) {
    const res = Reflect.get(target, key, receiver);
    track(target, 'get', key); // 在 getter 中进行依赖收集
    return res;
  },
  set(target, key, value, receiver) {
    const oldValue = target[key];
    const res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
    if (oldValue !== value) {
      trigger(target, 'set', key); // 在 setter 中触发更新
    }
    return res;
  }
});

// 创建一个 effect，监听 reactiveData.message 的变化
effect(() => {
  console.log(`message: ${reactiveData.message}`);
});

// 修改数据，触发更新
reactiveData.message = 'Hello, World!'; // 控制台输出：message: Hello, World!

在这个例子中，track 函数负责记录依赖关系，trigger 函数负责触发更新。effect 函数类似于 Vue 2 中的 Watcher，它接收一个函数作为参数，并在函数执行时进行依赖收集。

Vue 3 的响应式系统更加灵活，也更容易进行扩展。它允许我们自定义更新调度器，从而实现更精细的更新控制。

表格总结：Vue 2 与 Vue 3 依赖收集机制对比

特性	Vue 2	Vue 3
响应式实现	`Object.defineProperty`	`Proxy`
依赖收集函数	`Dep.depend()`	`track()`
触发更新函数	`Dep.notify()`	`trigger()`
Watcher	`Watcher` 类	`effect` 函数
精细程度	相对粗糙	更精细
可扩展性	相对有限	更灵活，支持自定义更新调度器

总结：确保精准更新，构建健壮应用

今天我们深入探讨了 Vue 中的依赖收集机制以及它与组件实例的关联。依赖收集是 Vue 响应式系统的核心，它确保了在数据变化时，只有依赖该数据的组件才会进行更新。通过理解依赖收集的原理，我们可以编写更高效、更健壮的 Vue 应用，并避免组件之间的依赖关系相互污染。 Vue3 中的 Proxy 响应式方案则提供了更加精细的依赖追踪能力，以及更强的可扩展性。

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