Vue 3实现Custom Ref与外部数据源的同步与调度：解决异步数据流的响应性桥接 - 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

好的，我们开始。

Vue 3 Custom Ref：构建响应式数据桥梁，驾驭异步数据流

今天我们深入探讨 Vue 3 的 Custom Ref 特性，并着重讲解如何利用它来实现与外部数据源的同步与调度，从而解决异步数据流的响应性桥接问题。我们将会探讨常见的应用场景，例如与 LocalStorage、WebSocket 以及外部 API 交互时如何有效利用 Custom Ref。

1. 理解 Ref 的本质与局限性

在 Vue 中，ref 是一个核心概念，它使我们可以创建响应式的 JavaScript 变量。当我们修改一个 ref 的值时，Vue 会自动更新所有依赖于该 ref 的视图。

import { ref } from 'vue';

const count = ref(0);

console.log(count.value); // 0

count.value++;

console.log(count.value); // 1

Vue 的默认 ref 实现对于简单的数据类型（如数字、字符串、布尔值）以及普通的对象和数组都运作良好。然而，当我们需要与外部数据源交互，或者需要更精细地控制数据的更新时，默认的 ref 就显得力不从心。

例如，假设我们需要将一个值同步到 localStorage。简单地修改 ref.value 并不能自动更新 localStorage，我们需要手动编写代码来完成这个同步。

import { ref } from 'vue';

const storedValue = localStorage.getItem('myValue') || 'default';
const myValue = ref(storedValue);

myValue.value = 'newValue'; // 视图更新，但 localStorage 未更新

localStorage.setItem('myValue', myValue.value); // 需要手动更新 localStorage

这种手动同步的方式繁琐且容易出错。当数据源更加复杂，例如涉及异步操作时，问题会更加突出。

2. Custom Ref 的强大之处

Vue 3 引入了 Custom Ref，允许我们自定义 ref 的行为。我们可以控制 ref 的读取 (get) 和设置 (set) 过程，从而实现与外部数据源的同步和调度。

Custom Ref 通过 customRef 函数创建。该函数接受一个工厂函数作为参数。该工厂函数接收 track 和 trigger 两个函数作为参数，并返回一个包含 get 和 set 方法的对象。

track(): 用于追踪依赖关系。当 ref 的值被读取时，我们需要调用 track() 函数，告诉 Vue 这个 ref 被使用了，以便在值发生变化时能够触发更新。
trigger(): 用于触发更新。当 ref 的值发生变化时，我们需要调用 trigger() 函数，告诉 Vue 需要更新所有依赖于该 ref 的视图。

3. 实现与 LocalStorage 的同步

让我们通过一个例子来演示如何使用 Custom Ref 实现与 localStorage 的同步。

import { customRef } from 'vue';

function useLocalStorageRef(key, defaultValue) {
  return customRef((track, trigger) => {
    let storedValue = localStorage.getItem(key) || defaultValue;

    return {
      get() {
        track(); // 追踪依赖关系
        return storedValue;
      },
      set(newValue) {
        storedValue = newValue;
        localStorage.setItem(key, newValue);
        trigger(); // 触发更新
      }
    };
  });
}

export default useLocalStorageRef;

在这个例子中，useLocalStorageRef 函数接受一个 key 和一个 defaultValue 作为参数。它返回一个 Custom Ref，该 ref 的值与 localStorage 中指定 key 的值同步。

在 get 方法中，我们首先调用 track() 函数，然后返回 storedValue。
在 set 方法中，我们首先更新 storedValue，然后将新的值保存到 localStorage 中，最后调用 trigger() 函数。

现在，我们可以在 Vue 组件中使用这个 Custom Ref：

<template>
  <div>
    <input v-model="myValue" />
    <p>Value in localStorage: {{ myValue }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { defineComponent } from 'vue';
import useLocalStorageRef from './useLocalStorageRef';

export default defineComponent({
  setup() {
    const myValue = useLocalStorageRef('myValue', 'initial value');

    return {
      myValue
    };
  }
});
</script>

在这个组件中，我们使用 useLocalStorageRef 创建了一个名为 myValue 的 Custom Ref。当我们在输入框中输入新的值时，myValue.value 会被更新，同时 localStorage 中对应的值也会被更新，并且视图会自动更新。

4. 处理异步数据源：节流与防抖

Custom Ref 在处理异步数据源时尤其有用。我们可以使用节流（throttle）和防抖（debounce）技术来优化数据的更新频率，避免不必要的请求和性能问题。

让我们以一个搜索框为例。当用户在搜索框中输入内容时，我们需要向服务器发送请求来获取搜索结果。如果用户输入速度很快，我们可能会在短时间内发送大量的请求，这会给服务器带来很大的压力。

我们可以使用防抖技术来减少请求的频率。防抖是指在一定时间内，如果用户没有再次输入，则发送请求；如果用户再次输入，则重新计时。

import { customRef } from 'vue';

function useDebouncedRef(value, delay) {
  let timeout;
  return customRef((track, trigger) => {
    return {
      get() {
        track();
        return value;
      },
      set(newValue) {
        clearTimeout(timeout);
        timeout = setTimeout(() => {
          value = newValue;
          trigger();
        }, delay);
      }
    };
  });
}

export default useDebouncedRef;

在这个例子中，useDebouncedRef 函数接受一个初始值 value 和一个延迟时间 delay 作为参数。它返回一个 Custom Ref，该 ref 的值会在延迟时间后更新。

在 set 方法中，我们首先清除之前的定时器，然后创建一个新的定时器。当定时器到期时，我们会更新 value 并调用 trigger() 函数。

现在，我们可以在 Vue 组件中使用这个 Custom Ref：

<template>
  <div>
    <input v-model="debouncedSearchTerm" />
    <p>Searching for: {{ debouncedSearchTerm }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { defineComponent, ref, watch } from 'vue';
import useDebouncedRef from './useDebouncedRef';

export default defineComponent({
  setup() {
    const searchTerm = ref('');
    const debouncedSearchTerm = useDebouncedRef(searchTerm.value, 500);

    watch(searchTerm, (newSearchTerm) => {
      debouncedSearchTerm.value = newSearchTerm;
    });

    // 在这里可以监听 debouncedSearchTerm 的变化，并发送 API 请求
    watch(debouncedSearchTerm, (newDebouncedSearchTerm) => {
      console.log('Sending API request for:', newDebouncedSearchTerm);
      // 实际的 API 请求逻辑
    });

    return {
      searchTerm,
      debouncedSearchTerm
    };
  }
});
</script>

在这个组件中，我们使用 useDebouncedRef 创建了一个名为 debouncedSearchTerm 的 Custom Ref。我们使用 watch 监听 searchTerm 的变化，并将新的值赋给 debouncedSearchTerm.value。这样，只有在用户停止输入 500 毫秒后，debouncedSearchTerm 才会更新，并且会发送 API 请求。

5. 与 WebSocket 的集成

Custom Ref 也可以用于与 WebSocket 集成，实现实时数据的响应式更新。

import { customRef } from 'vue';

function useWebSocketRef(url) {
  return customRef((track, trigger) => {
    let socket;
    let data = null;

    const connect = () => {
      socket = new WebSocket(url);

      socket.onopen = () => {
        console.log('WebSocket connected');
      };

      socket.onmessage = (event) => {
        data = event.data;
        trigger();
      };

      socket.onclose = () => {
        console.log('WebSocket disconnected');
        // 尝试重新连接
        setTimeout(connect, 3000);
      };

      socket.onerror = (error) => {
        console.error('WebSocket error:', error);
      };
    };

    connect(); // 初始连接

    return {
      get() {
        track();
        return data;
      },
      set(newValue) {
        //  不允许直接设置值，应该通过 WebSocket 发送消息
        console.warn('Cannot directly set value of WebSocketRef. Use socket.send() instead.');
      }
    };
  });
}

export default useWebSocketRef;

在这个例子中，useWebSocketRef 函数接受一个 WebSocket URL 作为参数。它返回一个 Custom Ref，该 ref 的值与 WebSocket 服务器发送的数据同步。

在 get 方法中，我们调用 track() 函数，然后返回 data。
在 set 方法中，我们不允许直接设置 ref 的值，因为数据应该由 WebSocket 服务器推送。我们会发出警告，提示用户应该使用 socket.send() 方法来发送消息。
函数内部维护了一个 connect 函数，负责 WebSocket 的连接和重连逻辑。
onmessage 事件处理函数接收到服务器发送的数据后，更新 data 并调用 trigger() 函数。
onclose 事件处理函数在连接关闭后尝试重新连接。

在组件中使用：

<template>
  <div>
    <p>WebSocket Data: {{ webSocketData }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { defineComponent } from 'vue';
import useWebSocketRef from './useWebSocketRef';

export default defineComponent({
  setup() {
    const webSocketData = useWebSocketRef('ws://localhost:8080'); // 替换为你的 WebSocket 服务器地址

    return {
      webSocketData
    };
  }
});
</script>

6. 与外部 API 交互：处理 Promise

当我们需要从外部 API 获取数据时，Custom Ref 也可以帮助我们更好地管理异步操作。我们可以使用 Custom Ref 来存储 API 请求的状态（例如：loading、data、error），并根据状态来更新视图。

import { customRef } from 'vue';

function useApiRef(url) {
  return customRef((track, trigger) => {
    let data = null;
    let loading = false;
    let error = null;

    const fetchData = async () => {
      loading = true;
      trigger(); // 触发 loading 状态的更新

      try {
        const response = await fetch(url);
        if (!response.ok) {
          throw new Error(`HTTP error! status: ${response.status}`);
        }
        data = await response.json();
        error = null;
      } catch (e) {
        error = e;
        data = null;
      } finally {
        loading = false;
        trigger(); // 触发 data 或 error 状态的更新
      }
    };

    fetchData(); // 初始加载

    return {
      get() {
        track();
        return { data, loading, error };
      },
      set(newValue) {
        //  不允许直接设置值，应该重新发起 API 请求
        console.warn('Cannot directly set value of ApiRef. The API will be re-fetched.');
        fetchData();
      }
    };
  });
}

export default useApiRef;

在这个例子中，useApiRef 函数接受一个 API URL 作为参数。它返回一个 Custom Ref，该 ref 的值是一个包含 data、loading 和 error 属性的对象。

fetchData 函数负责发起 API 请求，并更新 data、loading 和 error 的值。
在 get 方法中，我们调用 track() 函数，然后返回一个包含 data、loading 和 error 属性的对象。
在 set 方法中，我们不允许直接设置 ref 的值，而是重新发起 API 请求。

在组件中使用：

<template>
  <div>
    <div v-if="apiData.loading">Loading...</div>
    <div v-if="apiData.error">Error: {{ apiData.error.message }}</div>
    <div v-if="apiData.data">
      <p>Data: {{ apiData.data }}</p>
    </div>
    <button @click="refreshData">Refresh</button>
  </div>
</template>

<script>
import { defineComponent } from 'vue';
import useApiRef from './useApiRef';

export default defineComponent({
  setup() {
    const apiData = useApiRef('https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1'); // 替换为你的 API 地址

    const refreshData = () => {
      apiData.value = {}; // 触发 refetch
    };

    return {
      apiData,
      refreshData
    };
  }
});
</script>

7. Custom Ref 的高级用法：结合 Computed Properties

Custom Ref 还可以与 Computed Properties 结合使用，实现更复杂的数据转换和计算。例如，我们可以创建一个 Custom Ref，该 ref 的值是一个经过格式化的日期字符串，而原始日期数据存储在 localStorage 中。

import { customRef, computed } from 'vue';

function useFormattedDateRef(key, defaultValue, formatFn) {
  const rawDate = customRef((track, trigger) => {
    let storedValue = localStorage.getItem(key) || defaultValue;

    return {
      get() {
        track(); // 追踪依赖关系
        return storedValue;
      },
      set(newValue) {
        storedValue = newValue;
        localStorage.setItem(key, newValue);
        trigger(); // 触发更新
      }
    };
  });

  const formattedDate = computed(() => {
    return formatFn(rawDate.value);
  });

  return {
    rawDate,
    formattedDate
  };
}

export default useFormattedDateRef;

// 示例格式化函数
function formatDate(dateString) {
  const date = new Date(dateString);
  const options = { year: 'numeric', month: 'long', day: 'numeric' };
  return date.toLocaleDateString(undefined, options);
}

// 示例用法
import { defineComponent } from 'vue';
import useFormattedDateRef from './useFormattedDateRef';

export default defineComponent({
  setup() {
    const { rawDate, formattedDate } = useFormattedDateRef('myDate', '2023-10-27', formatDate);

    return {
      rawDate,
      formattedDate
    };
  }
});

8. 注意事项与最佳实践

谨慎使用 trigger()： 频繁调用 trigger() 可能会导致性能问题。尽量减少不必要的更新。
处理错误： 在与外部数据源交互时，务必处理可能出现的错误，例如网络错误、API 错误等。
避免无限循环： 在 set 方法中更新外部数据源时，要小心避免无限循环。
考虑可测试性： 编写 Custom Ref 时，要考虑如何进行单元测试。可以使用 Mock 数据源来模拟外部依赖。
避免直接修改: 虽然customRef 允许你在set中进行复杂操作，但最好避免直接修改传入的值，而是返回一个新的值。这有助于避免副作用和状态管理混乱。

9.表格总结Custom Ref 用法

用例场景	解决方案	关键代码	优点
LocalStorage 同步	`useLocalStorageRef` Custom Ref	`customRef((track, trigger) => { get() { track(); return storedValue; }, set(newValue) { storedValue = newValue; localStorage.setItem(key, newValue); trigger(); } })`	自动同步 localStorage，简化代码，提高可维护性
异步数据源节流/防抖	`useDebouncedRef` Custom Ref	`customRef((track, trigger) => { set(newValue) { clearTimeout(timeout); timeout = setTimeout(() => { value = newValue; trigger(); }, delay); } })`	减少 API 请求次数，优化性能
WebSocket 实时数据更新	`useWebSocketRef` Custom Ref	`customRef((track, trigger) => { socket.onmessage = (event) => { data = event.data; trigger(); }; })`	实时更新数据，实现响应式界面
外部 API 数据获取与状态管理	`useApiRef` Custom Ref	`customRef((track, trigger) => { fetchData = async () => { loading = true; trigger(); try { ... data = await response.json(); } finally { loading = false; trigger(); } }; })`	集中管理 API 请求状态，简化组件逻辑
结合 Computed Properties	`useFormattedDateRef` Custom Ref	`const formattedDate = computed(() => { return formatFn(rawDate.value); });`	实现复杂的数据转换，同时保持响应式

驾驭异步数据，提升应用响应性

Custom Ref 是 Vue 3 中一个强大的特性，它允许我们更灵活地管理响应式数据，并与外部数据源进行同步和调度。通过合理地使用 Custom Ref，我们可以构建更加健壮、可维护和高性能的 Vue 应用。它让异步数据与Vue的响应式系统无缝衔接，提升了应用的整体用户体验。

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