Vue Effect的依赖追踪粒度优化：实现精确到属性级别的更新避免过度渲染

Vue Effect的依赖追踪粒度优化：实现精确到属性级别的更新避免过度渲染

大家好，今天我们来深入探讨Vue Effect的依赖追踪，以及如何通过优化其粒度，实现精确到属性级别的更新，从而避免不必要的过度渲染，提升Vue应用的性能。

依赖追踪的基础：响应式系统

在深入优化之前，我们先回顾一下Vue响应式系统的核心概念。Vue利用Object.defineProperty (Vue 2) 或 Proxy (Vue 3) 拦截数据的读取和修改操作，从而实现数据的依赖追踪。当组件渲染过程中访问了响应式数据，Vue会记录下这个组件与该数据的依赖关系。当响应式数据发生变化时，Vue会通知所有依赖于该数据的组件进行更新。

Vue 2 实现 (基于 Object.defineProperty)

function defineReactive(obj, key, val) {
  // 递归处理 val，如果 val 也是一个对象，使其也变成响应式对象
  if (typeof val === 'object' && val !== null) {
    observe(val);
  }

  const dep = new Dep(); // 每个 key 都有一个 Dep 实例

  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
      // 收集依赖
      if (Dep.target) {
        dep.depend();
      }
      return val;
    },
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      if (newVal === val) {
        return;
      }
      val = newVal;
      dep.notify(); // 触发更新
    }
  });
}

function observe(obj) {
  if (typeof obj !== 'object' || obj === null) {
    return;
  }
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key]);
  });
}

class Dep {
  constructor() {
    this.subs = []; // 存储订阅者 (Watcher)
  }

  depend() {
    if (Dep.target && !this.subs.includes(Dep.target)) {
      this.subs.push(Dep.target);
    }
  }

  notify() {
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update();
    });
  }
}

Dep.target = null; // 当前正在执行的 Watcher

Vue 3 实现 (基于 Proxy)

function reactive(target) {
  if (typeof target !== 'object' || target === null) {
    return target;
  }

  const proxy = new Proxy(target, {
    get(target, key, receiver) {
      const res = Reflect.get(target, key, receiver);
      track(target, key); // 收集依赖
      return typeof res === 'object' ? reactive(res) : res; // 递归处理
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      const oldValue = target[key];
      const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if (oldValue !== value) {
        trigger(target, key); // 触发更新
      }
      return result;
    }
  });

  return proxy;
}

const targetMap = new WeakMap();

function track(target, key) {
  if (activeEffect) {
    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);
    }
    trackEffects(dep);
  }
}

function trackEffects(dep) {
  dep.add(activeEffect);
  activeEffect.deps.push(dep);
}

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) {
    return;
  }
  const dep = depsMap.get(key);
  if (dep) {
    triggerEffects(dep);
  }
}

function triggerEffects(dep) {
  dep.forEach(effect => {
    if (effect.scheduler) {
      effect.scheduler();
    } else {
      effect.run();
    }
  });
}

let activeEffect = null;

function effect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    try {
      activeEffect = effectFn;
      return fn();
    } finally {
      activeEffect = null;
    }
  }

  effectFn.deps = [];
  effectFn.scheduler = options.scheduler;
  effectFn.run = effectFn;

  if (!options.lazy) {
    effectFn();
  }

  return effectFn;
}

核心概念：

• 响应式对象 (Reactive Object): 通过Object.defineProperty 或 Proxy 处理过的对象，可以追踪数据的变化。
• Dep (Dependency): 依赖，用于存储依赖于特定属性的所有 Watcher。 在 Vue 3 中使用 Set 替代了 Array，提升了性能。
• Watcher (Effect): 观察者，当依赖的数据发生变化时，Watcher 会执行更新操作。 在 Vue 3 中使用 effect 函数创建响应式副作用。
• 依赖收集 (Dependency Collection): 在组件渲染过程中访问响应式数据时，将当前组件的 Watcher 添加到对应数据的 Dep 中。
• 触发更新 (Trigger Update): 当响应式数据发生变化时，通知所有依赖于该数据的 Watcher 执行更新操作。

依赖追踪的粒度问题

Vue的默认依赖追踪粒度是组件级别。这意味着，如果一个组件依赖了某个响应式对象的多个属性，那么只要该对象中的任意一个属性发生变化，整个组件都会重新渲染。

示例：

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ user.name }}</p>
    <p>Age: {{ user.age }}</p>
    <p>Address: {{ user.address }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { reactive } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const user = reactive({
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    });

    setTimeout(() => {
      user.age = 31; // 仅修改了 age 属性
    }, 2000);

    return { user };
  }
};
</script>

在这个例子中，即使我们只修改了user.age属性，由于组件依赖了user对象的所有属性，整个组件都会重新渲染。如果组件非常复杂，或者user对象包含大量数据，这种过度渲染会带来明显的性能问题。

优化方案：精确到属性级别的更新

为了解决这个问题，我们可以通过优化依赖追踪的粒度，实现精确到属性级别的更新。这意味着，只有当组件实际依赖的属性发生变化时，组件才会重新渲染。

1. 使用 computed 属性

computed属性可以缓存计算结果，并且只有当依赖的响应式数据发生变化时才会重新计算。我们可以将组件中依赖的不同属性分别使用computed属性包装起来，从而实现更细粒度的更新。

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ userName }}</p>
    <p>Age: {{ userAge }}</p>
    <p>Address: {{ userAddress }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const user = reactive({
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    });

    const userName = computed(() => user.name);
    const userAge = computed(() => user.age);
    const userAddress = computed(() => user.address);

    setTimeout(() => {
      user.age = 31; // 仅修改了 age 属性
    }, 2000);

    return { userName, userAge, userAddress };
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用computed属性分别包装了user.name、user.age和user.address属性。当user.age属性发生变化时，只有依赖userAge的p标签会重新渲染，而其他p标签则不会受到影响。

优点：

• 实现简单，易于理解。
• 适用于简单的场景，可以有效地减少过度渲染。

缺点：

• 需要手动为每个属性创建computed属性，代码量较大。
• 对于复杂的计算逻辑，可能需要编写大量的computed属性。

2. 使用 shallowRef 和 triggerRef (Vue 3)

shallowRef 创建一个浅层的响应式引用，这意味着只有当引用的值本身发生变化时才会触发更新，而不会追踪引用对象内部属性的变化。 triggerRef 可以手动触发 shallowRef 的更新。

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ user.value.name }}</p>
    <p>Age: {{ user.value.age }}</p>
    <p>Address: {{ user.value.address }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { shallowRef, triggerRef, onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const user = shallowRef({
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    });

    onMounted(() => {
      setTimeout(() => {
        user.value = { ...user.value, age: 31 }; // 创建新对象
        triggerRef(user); // 手动触发更新
      }, 2000);
    });

    return { user };
  }
};
</script>

在这个例子中，user 使用 shallowRef 创建，因此修改 user.value.age 不会自动触发更新。 我们通过创建新的对象并赋值给 user.value，然后使用 triggerRef(user) 手动触发更新。 这样做可以确保只有在 user 对象整体替换时才触发更新。

优点：

• 可以控制更新时机，避免不必要的更新。
• 适用于需要手动控制更新的场景。

缺点：

• 需要手动创建新对象并触发更新，代码量较大。
• 如果忘记触发更新，可能会导致视图与数据不一致。

3. 使用 markRaw 和 toRef (Vue 3)

markRaw 可以将一个对象标记为非响应式，这意味着 Vue 不会追踪该对象及其内部属性的变化。 toRef 可以将一个响应式对象的属性转换为一个 ref 对象，该 ref 对象与原始属性保持同步。

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ userName }}</p>
    <p>Age: {{ userAge }}</p>
    <p>Address: {{ userAddress }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { reactive, toRef, markRaw, onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const rawUser = {
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    };

    const user = reactive(markRaw(rawUser));

    const userName = toRef(user, 'name');
    const userAge = toRef(user, 'age');
    const userAddress = toRef(user, 'address');

    onMounted(() => {
      setTimeout(() => {
        user.age = 31; // 修改 age 属性
      }, 2000);
    });

    return { userName, userAge, userAddress };
  }
};
</script>

在这个例子中，我们首先使用 markRaw 将原始的 rawUser 对象标记为非响应式，然后使用 reactive 创建一个响应式对象 user，该对象引用了 rawUser 对象。 toRef 函数用于将 user 对象的每个属性转换为一个 ref 对象，这些 ref 对象与原始属性保持同步。 由于 rawUser 对象被标记为非响应式，因此修改 user.age 不会触发组件的重新渲染，只有依赖 userAge 的部分会更新。

优点：

• 可以精确控制哪些属性是响应式的，哪些属性是非响应式的。
• 适用于需要处理大量数据，但只有部分数据需要响应式更新的场景。

缺点：

• 需要手动管理响应式属性和非响应式属性，代码量较大。
• 需要小心处理非响应式属性的更新，避免视图与数据不一致。

4. 使用 shallowReactive (Vue 3)

shallowReactive 创建一个浅层的响应式对象。只有对象本身的属性被修改时才会触发更新，而不会追踪嵌套对象内部属性的变化。

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ user.name }}</p>
    <p>Age: {{ user.age }}</p>
    <p>Address: {{ user.address }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { shallowReactive, onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const user = shallowReactive({
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    });

    onMounted(() => {
      setTimeout(() => {
        user.age = 31; // 修改 age 属性
        // 必须强制更新，例如 使用展开运算符创建新的对象
        // user = shallowReactive({...user, age: 31});
      }, 2000);
    });

    return { user };
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用 shallowReactive 创建 user 对象。直接修改 user.age 并不会触发更新，因为 shallowReactive 只会追踪顶层属性的修改。 只有当 user 对象本身被替换时才会触发更新（例如，user = shallowReactive({...user, age: 31});）。

优点：

• 可以避免对嵌套对象的过度追踪，提升性能。

缺点：

• 需要小心处理嵌套对象的更新，确保视图与数据一致。
• 只适用于顶层属性的修改需要触发更新的场景。

5. 使用 watch 监听特定属性

watch 可以监听特定的响应式数据，并在数据发生变化时执行回调函数。我们可以使用 watch 来监听组件中依赖的特定属性，并在回调函数中手动更新视图。

<template>
  <div>
    <p>Name: {{ name }}</p>
    <p>Age: {{ age }}</p>
    <p>Address: {{ address }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { reactive, watch, ref, onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const user = reactive({
      name: 'John Doe',
      age: 30,
      address: '123 Main St'
    });

    const name = ref(user.name);
    const age = ref(user.age);
    const address = ref(user.address);

    watch(
      () => user.name,
      (newValue) => {
        name.value = newValue;
      }
    );

    watch(
      () => user.age,
      (newValue) => {
        age.value = newValue;
      }
    );

    watch(
      () => user.address,
      (newValue) => {
        address.value = newValue;
      }
    );

    onMounted(() => {
      setTimeout(() => {
        user.age = 31; // 仅修改 age 属性
      }, 2000);
    });

    return { name, age, address };
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用 watch 分别监听了 user.name、user.age 和 user.address 属性。当这些属性发生变化时，对应的 ref 对象会被更新，从而触发视图的更新。 只有依赖于被修改属性的部分视图才会重新渲染。

优点：

• 可以精确控制哪些属性的变化会触发视图的更新。
• 适用于需要自定义更新逻辑的场景。

缺点：

• 需要编写大量的 watch 监听器，代码量较大。
• 需要手动管理视图的更新，容易出错。

选择合适的优化方案

选择哪种优化方案取决于具体的应用场景。

优化方案	优点	缺点	适用场景
computed 属性	实现简单，易于理解。适用于简单的场景，可以有效地减少过度渲染。	需要手动为每个属性创建computed属性，代码量较大。对于复杂的计算逻辑，可能需要编写大量的computed属性。	简单的场景，组件依赖的属性较少，且计算逻辑简单。
shallowRef 和 triggerRef	可以控制更新时机，避免不必要的更新。适用于需要手动控制更新的场景。	需要手动创建新对象并触发更新，代码量较大。如果忘记触发更新，可能会导致视图与数据不一致。	需要手动控制更新的场景，例如，只在特定条件下才需要更新视图。
markRaw 和 toRef	可以精确控制哪些属性是响应式的，哪些属性是非响应式的。适用于需要处理大量数据，但只有部分数据需要响应式更新的场景。	需要手动管理响应式属性和非响应式属性，代码量较大。需要小心处理非响应式属性的更新，避免视图与数据不一致。	需要处理大量数据，但只有部分数据需要响应式更新的场景，例如，列表渲染，只有部分列表项需要响应式更新。
shallowReactive	可以避免对嵌套对象的过度追踪，提升性能。	需要小心处理嵌套对象的更新，确保视图与数据一致。只适用于顶层属性的修改需要触发更新的场景。	嵌套对象内部属性的变化不需要触发组件更新的场景，例如，配置对象，只有顶层属性的变化才需要更新视图。
watch	可以精确控制哪些属性的变化会触发视图的更新。适用于需要自定义更新逻辑的场景。	需要编写大量的 watch 监听器，代码量较大。需要手动管理视图的更新，容易出错。	需要自定义更新逻辑的场景，例如，需要在数据变化后执行复杂的计算或动画。

一些建议：

• 性能分析： 在进行优化之前，使用 Vue Devtools 或其他性能分析工具，找出性能瓶颈。 确定哪些组件或数据变化导致了过度渲染。
• 按需优化： 不要过度优化。 只对性能瓶颈进行优化，避免增加不必要的代码复杂性。
• 代码可读性： 在优化性能的同时，也要注意代码的可读性和可维护性。 选择最适合你的团队和项目的优化方案。

更进一步的思考

除了上述方法，还有一些其他的优化思路，例如：

• 使用不可变数据结构： 使用不可变数据结构（例如，Immer.js）可以避免直接修改原始数据，从而更容易追踪数据的变化，并减少不必要的更新。
• 使用虚拟化技术： 对于大型列表或表格，可以使用虚拟化技术（例如，vue-virtual-scroller）来只渲染可见区域的数据，从而提高性能。
• 代码分割： 将应用拆分成多个小的代码块，按需加载，可以减少初始加载时间，并提高应用的响应速度。

总结

通过优化 Vue Effect 的依赖追踪粒度，我们可以实现精确到属性级别的更新，避免不必要的过度渲染，提升 Vue 应用的性能。 选择合适的优化方案取决于具体的应用场景。 在进行优化之前，进行性能分析，找出性能瓶颈，并选择最适合你的团队和项目的优化方案。 记住，优化性能的同时，也要注意代码的可读性和可维护性。

优化后的代码更清晰易维护

通过上述多种优化方案，我们可以根据实际需求选择最适合的方式来优化Vue Effect的依赖追踪粒度，从而实现更高效的更新机制，提升应用的整体性能和用户体验。记住，优化不仅仅是提升性能，更重要的是让代码更清晰、更易于维护。

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