Vue组件生命周期形式化：利用状态机理论（State Machine）描述组件状态转换

Vue 组件生命周期：状态机视角的深度解析

大家好！今天我们来聊聊 Vue 组件的生命周期，并且尝试用状态机理论来更清晰地描述组件的状态转换。 传统的生命周期钩子函数，如 created、mounted、updated 和 destroyed，是我们理解组件行为的重要入口。但它们更多的是一种“事件”的视角，即在特定时刻触发的函数。如果我们从“状态”的角度出发，将组件视为一个状态机，就能更好地理解组件在不同阶段的行为和状态之间的转换。

什么是状态机？

状态机是一种抽象的计算模型，它由以下几个关键部分组成：

• 状态 (State): 系统可能处于的离散情况。例如，组件可能处于“创建中”、“已挂载”、“更新中”、“已销毁”等状态。
• 事件 (Event): 触发状态转换的外部或内部信号。例如，数据更新、props 变更、组件被销毁等。
• 转换 (Transition): 定义了当系统处于某个状态，接收到某个事件时，应该转换到哪个新的状态。
• 动作 (Action): 与状态转换关联的操作。例如，在进入“已挂载”状态时，可能需要执行一些初始化操作。

用状态机来描述组件生命周期，可以帮助我们更清晰地理解各个生命周期钩子函数的作用，以及它们之间的关系。

Vue 组件生命周期：传统视角回顾

首先，我们快速回顾一下 Vue 2 和 Vue 3 中组件的生命周期钩子函数：

Vue 2:

• beforeCreate: 组件实例初始化之后，数据观测 (data observer) 和 event/watcher 事件配置之前被调用。
• created: 组件实例创建完成，属性已绑定，但 DOM 还未生成，$el 属性不可用。
• beforeMount: 挂载开始之前被调用：相关的 render 函数首次被调用。
• mounted: el 被新创建的 vm.$el 替换，并挂载到实例上去之后调用该钩子。
• beforeUpdate: 数据更新时调用，发生在 DOM 补丁之前。这里适合在 DOM 更新之前访问现有的 DOM，比如手动移除已添加的事件监听器。
• updated: 由于数据更改导致的虚拟 DOM 重新渲染和打补丁，在这之后会调用该钩子。
• beforeDestroy: 组件实例销毁之前调用。在这一步，实例仍然完全可用。
• destroyed: 组件实例销毁之后调用。调用后，Vue 实例指示的所有东西都会解绑定，所有的事件监听器会被移除，所有的子实例也会被销毁。
• activated: keep-alive 组件激活时调用。
• deactivated: keep-alive 组件停用时调用。

Vue 3 (Composition API 简化了一些概念，但核心流程相似):

• beforeCreate: 在组件实例创建之前调用。
• created: 在组件实例创建之后调用。
• beforeMount: 在组件挂载到 DOM 之前调用。
• mounted: 在组件挂载到 DOM 之后调用。
• beforeUpdate: 在组件更新之前调用。
• updated: 在组件更新之后调用。
• beforeUnmount: 在组件卸载之前调用。
• unmounted: 在组件卸载之后调用。
• onActivated: keep-alive 组件激活时调用。
• onDeactivated: keep-alive 组件停用时调用。
• onError: 在捕获到后代组件传递的错误时调用。
• onRenderTracked: 在组件的渲染副作用被追踪时调用。
• onRenderTriggered: 在组件的重新渲染被触发时调用。

Vue 组件生命周期：状态机模型

现在，我们尝试用状态机来描述 Vue 组件的生命周期。我们可以定义以下状态：

状态名称	描述
Creating	组件正在创建中，还没有挂载到 DOM 上。
Mounted	组件已经挂载到 DOM 上，可以进行交互。
Updating	组件的数据正在更新，需要重新渲染。
Unmounted	组件已经从 DOM 中移除，即将被销毁。
Inactive	(对于 keep-alive 组件) 组件处于非激活状态，DOM 仍然存在，但组件不再响应用户交互。
Active	(对于 keep-alive 组件) 组件处于激活状态，可以响应用户交互。
Error	组件内部发生错误。

以及以下事件：

事件名称	描述
Create	组件实例创建。
Mount	组件挂载到 DOM。
Update	组件数据更新。
Unmount	组件从 DOM 卸载。
Activate	(对于 keep-alive 组件) 组件被激活。
Deactivate	(对于 keep-alive 组件) 组件被停用。
ErrorOccurred	组件内部发生错误。

然后，我们可以定义状态转换：

• Creating -> Mounted: 触发事件：Mount
  • 动作：调用 beforeMount 和 mounted 钩子函数。
• Mounted -> Updating: 触发事件：Update
  • 动作：调用 beforeUpdate 和 updated 钩子函数。
• Mounted -> Unmounted: 触发事件：Unmount
  • 动作：调用 beforeUnmount 和 unmounted 钩子函数。
• Updating -> Mounted: 触发事件：Mount (数据更新完成，重新挂载)
• Mounted -> Inactive: 触发事件：Deactivate (组件被 keep-alive 缓存)
  • 动作：调用 deactivated 钩子函数。
• Inactive -> Active: 触发事件：Activate (组件从 keep-alive 缓存中恢复)
  • 动作：调用 activated 钩子函数。
• Any State -> Error: 触发事件：ErrorOccurred
  • 动作：调用 errorCaptured / onError 钩子函数。

我们可以用一个状态转换图来更直观地表示这个模型：

                                        +-----------------+
                                        |     Creating    |
                                        +--------+--------+
                                               |  Create   |
                                               V
                                        +-----------------+
                                        |     Mounted     |
                                        +--------+--------+
                                   Mount |        | Unmount|
                                        V        V
                                +-----------------+    +-----------------+
                                |    Updating     |----|   Unmounted    |
                                +--------+--------+    +-----------------+
                                   Update |
                                        V
                                        +-----------------+
                                        |     Mounted     |
                                        +--------+--------+
                                        | Deactivate| Activate (keep-alive)
                                        V        V
                                +-----------------+
                                |    Inactive     |
                                +-----------------+
                                        |
                                        V ErrorOccurred
                                +-----------------+
                                |      Error      |
                                +-----------------+

代码示例：状态机模拟

为了更好地理解，我们可以用代码来模拟这个状态机的行为。 这里我们使用 JavaScript Class 来实现简单的状态机。

class ComponentStateMachine {
  constructor() {
    this.state = 'Creating'; // 初始状态
  }

  transition(event) {
    console.log(`Event received: ${event}, Current state: ${this.state}`);
    switch (this.state) {
      case 'Creating':
        if (event === 'Mount') {
          this.state = 'Mounted';
          this.onBeforeMount();
          this.onMounted();
        }
        break;
      case 'Mounted':
        if (event === 'Update') {
          this.state = 'Updating';
          this.onBeforeUpdate();
          this.onUpdated(); // 模拟更新后立即回到 Mounted 状态，简化模型
          this.state = 'Mounted';
        } else if (event === 'Unmount') {
          this.state = 'Unmounted';
          this.onBeforeUnmount();
          this.onUnmounted();
        } else if (event === 'Deactivate') {
          this.state = 'Inactive';
          this.onDeactivated();
        }
        break;
      case 'Updating':
        // 这里可以添加更复杂的更新逻辑，例如异步更新
        break;
      case 'Unmounted':
        // 组件已经销毁，不再响应任何事件
        break;
      case 'Inactive':
        if (event === 'Activate') {
          this.state = 'Active';
          this.onActivated();
          this.state = 'Mounted'; // 激活后视为已挂载
        }
        break;
      case 'Active':
          // 组件被激活后的逻辑
          break;
      default:
        console.warn(`Invalid state: ${this.state}`);
    }

    console.log(`New state: ${this.state}`);
  }

  // 模拟生命周期钩子函数
  onBeforeCreate() {
    console.log('beforeCreate hook called');
  }

  onCreated() {
    console.log('created hook called');
  }

  onBeforeMount() {
    console.log('beforeMount hook called');
  }

  onMounted() {
    console.log('mounted hook called');
  }

  onBeforeUpdate() {
    console.log('beforeUpdate hook called');
  }

  onUpdated() {
    console.log('updated hook called');
  }

  onBeforeUnmount() {
    console.log('beforeUnmount hook called');
  }

  onUnmounted() {
    console.log('unmounted hook called');
  }

  onActivated() {
    console.log('activated hook called');
  }

  onDeactivated() {
    console.log('deactivated hook called');
  }

  onErrorCaptured() {
    console.log('errorCaptured hook called');
  }
}

// 使用示例
const component = new ComponentStateMachine();
component.onBeforeCreate();
component.onCreated();
component.transition('Mount'); // 组件挂载
component.transition('Update'); // 组件更新
component.transition('Deactivate'); // 组件停用 (keep-alive)
component.transition('Activate'); // 组件激活 (keep-alive)
component.transition('Unmount'); // 组件卸载

这个代码只是一个简化模型，实际的 Vue 组件生命周期要复杂得多。例如，Updating 状态可能包含更细粒度的状态，如“正在计算依赖”、“正在生成 VDOM”、“正在打补丁”等。

状态机模型的优势

使用状态机模型来描述 Vue 组件生命周期，具有以下优势：

• 清晰性: 更清晰地表达了组件在不同阶段的状态，以及状态之间的转换关系。
• 可预测性: 通过定义状态和事件，可以更容易地预测组件的行为。
• 可测试性: 可以针对不同的状态和事件编写测试用例，确保组件的行为符合预期。
• 模块化: 可以将组件的生命周期逻辑封装到状态机中，提高代码的可维护性和可重用性。
• 便于调试: 可以清晰地追踪组件的状态变化，有助于调试问题。

扩展：组合式 API (Composition API) 的状态机视角

Vue 3 的组合式 API 更加灵活，允许我们将组件的逻辑拆分成更小的、可复用的函数。从状态机的角度来看，我们可以将每个组合函数视为一个小的状态机，它们共同控制组件的整体状态。

例如，我们可以创建一个 useCounter 组合函数，它包含一个 count 状态和一个 increment 事件：

import { ref } from 'vue';

function useCounter() {
  const count = ref(0);

  function increment() {
    count.value++;
  }

  return {
    count,
    increment,
  };
}

export default useCounter;

在这个例子中，count 可以被看作是状态，increment 函数可以被看作是触发状态转换的事件。 我们可以将多个这样的组合函数组合在一起，构建更复杂的组件。

状态管理库：Vuex 和 Pinia

Vuex 和 Pinia 都是 Vue 的状态管理库，它们本质上也是状态机的实现。 Vuex 使用单一状态树来管理应用的所有状态，并使用 mutations 来修改状态。 Pinia 则更加轻量级，并且提供了更好的 TypeScript 支持。

从状态机的角度来看，Vuex 和 Pinia 提供了一种中心化的方式来管理应用的状态，并定义了状态之间的转换规则。

总结

通过状态机模型来理解 Vue 组件的生命周期，能够帮助我们更深入地理解组件的行为和状态转换。它提供了一种更结构化、更可预测的方式来管理组件的生命周期逻辑，并可以应用于组合式 API 和状态管理库等更高级的场景中。希望今天的分享能够帮助大家更好地掌握 Vue 组件的生命周期。理解状态机模型能够帮助我们更好地构建可维护、可测试的 Vue 应用。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院