Vue 3响应性系统与Web API（如`ResizeObserver`）的集成：将其观测结果纳入依赖追踪

Vue 3 响应性系统与 Web API 的深度集成：以 ResizeObserver 为例

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 3 响应式系统与 Web API 的集成，重点是如何将诸如 ResizeObserver 这样的 API 的观测结果纳入 Vue 3 的依赖追踪。这对于构建真正动态和自适应的用户界面至关重要。

1. Vue 3 响应式系统的核心概念回顾

在深入集成之前，我们先快速回顾一下 Vue 3 响应式系统的关键概念：

• 响应式对象（Reactive Objects）： 使用 reactive() 创建的对象，任何对其属性的访问或修改都会被追踪。
• 依赖追踪（Dependency Tracking）： Vue 3 使用 track() 函数记录组件渲染函数或计算属性对响应式对象的依赖。当响应式对象的属性发生变化时，所有依赖该属性的组件或计算属性都会被重新计算或渲染。
• 触发更新（Triggering Updates）： 使用 trigger() 函数通知 Vue 3 某个响应式对象的属性发生了变化，进而触发所有依赖该属性的组件或计算属性的更新。
• effect()： 用于创建副作用函数，这些函数会自动追踪它们所读取的响应式数据。当这些数据发生变化时，副作用函数会被重新执行。计算属性 computed() 和侦听器 watch() 都是基于 effect() 实现的。

理解这些概念是掌握后续集成技术的关键。

2. ResizeObserver 的基本用法

ResizeObserver 是一种现代 Web API，允许我们监听 HTML 元素的尺寸变化。它提供了一种高效且性能良好的方式来响应元素的尺寸变化，避免了传统事件监听器的频繁触发和性能开销。

基本用法如下：

const observer = new ResizeObserver(entries => {
  for (let entry of entries) {
    const { width, height } = entry.contentRect;
    console.log(`Element size changed: width=${width}, height=${height}`);
  }
});

const element = document.getElementById('my-element');
observer.observe(element);

// 停止监听
// observer.unobserve(element);
// observer.disconnect();

• ResizeObserver 构造函数接收一个回调函数，该回调函数会在被观测元素尺寸变化时触发。
• 回调函数接收一个 entries 数组，每个 entry 包含有关尺寸变化的详细信息，例如 contentRect（元素的实际内容大小）和 borderBoxSize（元素的边框大小）。
• observe() 方法用于开始监听指定元素的尺寸变化。
• unobserve() 方法用于停止监听单个元素。
• disconnect() 方法用于停止监听所有元素。

3. 问题：直接使用 ResizeObserver 与 Vue 3 的响应性脱节

如果我们直接在 Vue 3 组件中使用 ResizeObserver，而不将其观测结果纳入 Vue 3 的响应式系统，就会出现以下问题：

• UI 不会自动更新： 虽然我们可以通过 ResizeObserver 获得元素的最新尺寸，但 Vue 3 组件并不知道这些尺寸发生了变化，因此不会自动重新渲染。
• 手动更新的复杂性： 为了让 UI 能够正确反映元素的尺寸变化，我们需要手动调用 forceUpdate() 或更新 Vue 组件的状态。这种方式不仅繁琐，而且容易出错。
• 破坏了 Vue 3 的响应式数据流： 直接操作 DOM 会绕过 Vue 3 的虚拟 DOM 和差异更新机制，可能导致性能问题和意外行为。

4. 集成方案：将 ResizeObserver 的观测结果纳入 Vue 3 的响应式系统

为了解决上述问题，我们需要将 ResizeObserver 的观测结果纳入 Vue 3 的响应式系统。以下是一种实现方案：

<template>
  <div ref="elementRef">
    Width: {{ width }}, Height: {{ height }}
  </div>
</template>

<script setup>
import { ref, onMounted, onUnmounted } from 'vue';

const elementRef = ref(null);
const width = ref(0);
const height = ref(0);

let resizeObserver = null;

onMounted(() => {
  resizeObserver = new ResizeObserver(entries => {
    const { width: newWidth, height: newHeight } = entries[0].contentRect;
    width.value = newWidth;
    height.value = newHeight;
  });

  resizeObserver.observe(elementRef.value);
});

onUnmounted(() => {
  resizeObserver.disconnect();
});
</script>

这个方案的核心思想是：

1. 使用 ref 创建响应式变量： 使用 ref(null) 创建一个 elementRef，用于获取 DOM 元素。同时，使用 ref(0) 创建 width 和 height 两个响应式变量，用于存储元素的尺寸。
2. 在 onMounted 钩子中初始化 ResizeObserver： 在组件挂载后，创建一个 ResizeObserver 实例，并将回调函数设置为更新 width 和 height 响应式变量。
3. 使用 observe() 方法监听元素： 使用 resizeObserver.observe(elementRef.value) 开始监听元素的尺寸变化。
4. 在 onUnmounted 钩子中停止监听： 在组件卸载前，使用 resizeObserver.disconnect() 停止监听，避免内存泄漏。
5. 在模板中使用响应式变量： 在模板中使用 width 和 height 响应式变量，确保 UI 能够自动更新。

解释： 当 ResizeObserver 触发回调函数时，它会更新 width.value 和 height.value。 由于 width 和 height 是响应式变量，Vue 3 会自动追踪它们的变化，并重新渲染依赖这些变量的组件。 这就实现了 ResizeObserver 的观测结果与 Vue 3 响应式系统的无缝集成。

5. 封装成可复用的 Composition API

为了提高代码的可维护性和可复用性，我们可以将上述逻辑封装成一个 Composition API：

import { ref, onMounted, onUnmounted } from 'vue';

export function useResizeObserver(elementRef) {
  const width = ref(0);
  const height = ref(0);

  let resizeObserver = null;

  onMounted(() => {
    resizeObserver = new ResizeObserver(entries => {
      if (entries && entries[0] && entries[0].contentRect) { // 增加判空处理
        const { width: newWidth, height: newHeight } = entries[0].contentRect;
        width.value = newWidth;
        height.value = newHeight;
      }
    });

    if (elementRef.value) { // 增加判空处理
      resizeObserver.observe(elementRef.value);
    } else {
      console.warn('Element ref is null. Ensure the element is mounted.');
    }
  });

  onUnmounted(() => {
    if (resizeObserver) { // 增加判空处理
      resizeObserver.disconnect();
    }
  });

  return { width, height };
}

使用方法：

<template>
  <div ref="elementRef">
    Width: {{ width }}, Height: {{ height }}
  </div>
</template>

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

const elementRef = ref(null);
const { width, height } = useResizeObserver(elementRef);
</script>

优点：

• 代码简洁： 将 ResizeObserver 的逻辑封装在 useResizeObserver 中，使组件代码更加简洁。
• 可复用性： 可以在多个组件中使用 useResizeObserver，避免代码重复。
• 易于维护： 修改 ResizeObserver 的逻辑只需要修改 useResizeObserver，而不需要修改所有使用它的组件。

6. 进阶：处理多个元素，或者其他类型的Web API

如果需要同时监听多个元素的尺寸变化，或者需要集成其他类型的 Web API (例如 IntersectionObserver)，可以对 useResizeObserver 进行扩展。

6.1 监听多个元素

import { ref, onMounted, onUnmounted } from 'vue';

export function useResizeObserverMultiple(elementRefs) {
  const widths = ref([]);
  const heights = ref([]);
  const observers = ref([]);

  onMounted(() => {
    elementRefs.value.forEach((elementRef, index) => {
      if (!elementRef) {
        console.warn(`Element ref at index ${index} is null. Ensure the element is mounted.`);
        return;
      }

      if (!observers.value[index]) {
        widths.value[index] = ref(0);
        heights.value[index] = ref(0);
        observers.value[index] = new ResizeObserver(entries => {
          if (entries && entries[0] && entries[0].contentRect) {
            const { width: newWidth, height: newHeight } = entries[0].contentRect;
            widths.value[index].value = newWidth; //访问正确的index对应的ref
            heights.value[index].value = newHeight; //访问正确的index对应的ref
          }
        });
      }

      observers.value[index].observe(elementRef);
    });
  });

  onUnmounted(() => {
    observers.value.forEach(observer => {
      if (observer) {
        observer.disconnect();
      }
    });
  });

  return { widths, heights };
}

使用方法：

<template>
  <div v-for="(item, index) in items" :key="index" :ref="el => elementRefs[index] = el">
    Width: {{ widths[index] }}, Height: {{ heights[index] }}
  </div>
</template>

<script setup>
import { ref, onBeforeMount } from 'vue';
import { useResizeObserverMultiple } from './useResizeObserverMultiple';

const items = ref([1, 2, 3]); // 示例数据
const elementRefs = ref([]);

const { widths, heights } = useResizeObserverMultiple(elementRefs);

onBeforeMount(() => {
  elementRefs.value = Array(items.value.length).fill(null); // 初始化 refs 数组
});

</script>

注意：这里需要预先初始化 elementRefs 数组，并使用 v-for 中的 el => elementRefs[index] = el 绑定每个元素的 ref。同时，访问 widths 和 heights 时，需要使用正确的索引。

6.2 集成其他类型的 Web API (IntersectionObserver为例)

可以将 useResizeObserver 进行泛化，使其能够集成其他类型的 Web API。

import { ref, onMounted, onUnmounted } from 'vue';

export function useObserver(elementRef, observerConstructor, observerOptions, callback) {
  const observedValue = ref(null);
  let observer = null;

  onMounted(() => {
    if (!elementRef.value) {
      console.warn('Element ref is null. Ensure the element is mounted.');
      return;
    }

    observer = new observerConstructor(entries => {
      if (entries && entries[0]) {
        const value = callback(entries[0]);
        observedValue.value = value;
      }
    }, observerOptions);

    observer.observe(elementRef.value);
  });

  onUnmounted(() => {
    if (observer) {
      observer.disconnect();
    }
  });

  return observedValue;
}

使用方法 (IntersectionObserver 示例):

<template>
  <div ref="elementRef">
    Is Intersecting: {{ isIntersecting }}
  </div>
</template>

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

const elementRef = ref(null);
const isIntersecting = useObserver(
  elementRef,
  IntersectionObserver,
  { threshold: 0.5 },
  (entry) => entry.isIntersecting
);
</script>

在这个泛化的 useObserver 中：

• observerConstructor 是 Web API 的构造函数 (例如 ResizeObserver 或 IntersectionObserver)。
• observerOptions 是 Web API 的配置选项。
• callback 是一个回调函数，用于处理 Web API 的观测结果，并返回一个值，该值会被赋给 observedValue。

7. 考虑SSR和兼容性问题

• SSR (服务端渲染)： ResizeObserver 是一个浏览器 API，在服务端环境中不可用。因此，在使用 useResizeObserver 时，需要进行条件判断，只在客户端环境中执行相关代码。可以使用 process.client 或 typeof window !== 'undefined' 来判断是否是客户端环境。
• 兼容性： 较旧的浏览器可能不支持 ResizeObserver。可以使用 polyfill 来提供兼容性支持。例如，可以使用 resize-observer-polyfill。

8. 性能优化：节流和防抖

ResizeObserver 的回调函数可能会频繁触发，特别是在元素尺寸变化剧烈的情况下。为了避免性能问题，可以使用节流 (throttle) 或防抖 (debounce) 技术来限制回调函数的执行频率。

import { ref, onMounted, onUnmounted } from 'vue';
import { throttle } from 'lodash-es'; // lodash-es 提供了节流和防抖函数

export function useResizeObserverWithThrottle(elementRef, delay = 100) {
  const width = ref(0);
  const height = ref(0);

  let resizeObserver = null;

  onMounted(() => {
    const throttledCallback = throttle(entries => {
      if (entries && entries[0] && entries[0].contentRect) {
        const { width: newWidth, height: newHeight } = entries[0].contentRect;
        width.value = newWidth;
        height.value = newHeight;
      }
    }, delay);

    resizeObserver = new ResizeObserver(throttledCallback);

    if (elementRef.value) {
      resizeObserver.observe(elementRef.value);
    } else {
      console.warn('Element ref is null. Ensure the element is mounted.');
    }
  });

  onUnmounted(() => {
    if (resizeObserver) {
      resizeObserver.disconnect();
    }
  });

  return { width, height };
}

这里使用了 lodash-es 库提供的 throttle 函数，对回调函数进行了节流处理。

9. 更完善的 Composition API 设计

为了更好的组件可维护性和扩展性，我们还可以设计更完善的 Composition API。考虑以下几点：

• 配置项： 提供更多的配置项，例如是否立即执行回调、是否监听边框大小等。
• 事件： 暴露一些事件，例如 resize、intersect 等，方便组件监听。
• 生命周期： 更好地管理 Web API 的生命周期，例如在组件激活时重新开始监听，在组件隐藏时暂停监听。
• 类型安全： 使用 TypeScript 编写 Composition API，提供更好的类型安全保障。

表格：不同集成方案对比

集成方案	优点	缺点	适用场景
直接使用 ResizeObserver	简单易懂	UI 不会自动更新，需要手动更新，破坏了 Vue 3 的响应式数据流	不推荐使用
将 ResizeObserver 观测结果纳入响应式系统	UI 自动更新，与 Vue 3 响应式系统无缝集成	需要手动管理 ResizeObserver 的生命周期	需要响应元素尺寸变化的简单场景
封装成可复用的 Composition API	代码简洁，可复用性高，易于维护	需要编写额外的 Composition API	需要在多个组件中使用 ResizeObserver 的场景
泛化的 useObserver API	可以集成其他类型的 Web API，灵活性高	需要编写更多的配置代码	需要集成多种类型的 Web API 的复杂场景

使用Web API增强组件的动态性和响应性

通过上述方法，我们可以将 ResizeObserver 等 Web API 的观测结果与 Vue 3 的响应式系统紧密结合，构建出更加动态和响应式的用户界面。理解 Vue 3 响应式系统的原理，并将其与 Web API 巧妙地结合，是构建现代 Web 应用的关键。

优化Composition API，提升开发效率

通过封装可复用的 Composition API，我们可以提高代码的可维护性和可复用性，简化组件的开发过程。同时，需要考虑SSR和兼容性问题，并进行性能优化，确保应用的稳定性和性能。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院