Vue Effect副作用的非确定性（Non-Determinism）分析：解决时间与网络依赖带来的状态混乱 - 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 Effect 副作用的非确定性（Non-Determinism）分析：解决时间与网络依赖带来的状态混乱

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 中 Effect 副作用的非确定性问题，以及如何解决由时间和网络依赖带来的状态混乱。 Vue 的响应式系统非常强大，能够自动追踪依赖关系，并在数据变化时触发相应的副作用。然而，当这些副作用涉及到异步操作，特别是网络请求时，就容易引入非确定性行为，导致程序状态难以预测和维护。

什么是副作用和非确定性？

在函数式编程中，一个函数的行为完全由其输入决定，相同的输入始终产生相同的输出，没有任何可观察的副作用。所谓副作用，是指函数或表达式除了返回值之外，还修改了函数外部的状态，例如：

修改全局变量
修改 DOM
发送网络请求
写入文件
与外部设备交互

非确定性，则是指一个函数或表达式，即使在相同的输入下，也可能产生不同的输出或副作用。导致非确定性的原因有很多，最常见的就是依赖于外部环境的状态，例如：

当前时间
随机数生成器
网络状态
用户输入

在 Vue 中，Effect 通常用于响应式地执行副作用，例如更新 DOM、发送网络请求等。 Vue 会追踪 Effect 中使用的响应式数据，并在数据变化时重新执行 Effect。然而，如果 Effect 中包含异步操作，就可能引入非确定性。

时间依赖造成的非确定性

JavaScript 是单线程的，异步操作（例如 setTimeout、setInterval）会推迟到事件循环的后续阶段执行。这意味着 Effect 中的异步操作的执行顺序和时机是不确定的，取决于浏览器的调度和事件循环的状态。

考虑以下示例：

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        setTimeout(() => {
          count.value++;
          console.log('Incremented count after timeout:', count.value);
        }, 1000);
      });
    });

    return {
      count,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，watchEffect 监听了 count 的变化。每次 count 变化时，都会启动一个 setTimeout，在一秒后递增 count 的值。问题在于，如果 count 在 setTimeout 执行之前多次变化，就会触发多个 setTimeout，并且这些 setTimeout 的执行顺序和时机是不确定的。

假设初始 count 为 0，然后我们手动快速地将 count 修改为 1 和 2。可能会发生以下几种情况：

第一个 setTimeout 执行，count 变为 1。然后第二个 setTimeout 执行，count 变为 2。第三个 setTimeout 执行，count 变为 3。
三个 setTimeout 同时执行，count 变为 3。
setTimeout 的执行顺序被打乱，count 的值最终可能不是 3，而是一个其他值。

这种不确定性会导致状态混乱，难以预测程序的行为。

如何解决时间依赖造成的非确定性？

防抖（Debouncing）： 防抖技术可以确保在一定时间内，只有最后一次触发的函数才会执行。这意味着，如果在 setTimeout 执行之前，count 再次变化，那么之前的 setTimeout 就会被取消，只有最后一次的 setTimeout 会执行。

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, watchEffect } from 'vue';
import { debounce } from 'lodash'; // 引入 lodash 的 debounce 函数

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const incrementCount = () => {
      count.value++;
      console.log('Incremented count after timeout:', count.value);
    };

    const debouncedIncrementCount = debounce(incrementCount, 1000);

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        debouncedIncrementCount();
      });
    });

    return {
      count,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，我们使用了 lodash 的 debounce 函数来包装 incrementCount 函数。 debounce 函数会确保在 1000 毫秒内，只有最后一次调用的 incrementCount 会执行。

节流（Throttling）： 节流技术可以确保在一定时间内，函数最多只执行一次。这意味着，即使 count 在 setTimeout 执行之前多次变化，incrementCount 函数也只会执行一次。

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, watchEffect } from 'vue';
import { throttle } from 'lodash'; // 引入 lodash 的 throttle 函数

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const incrementCount = () => {
      count.value++;
      console.log('Incremented count after timeout:', count.value);
    };

    const throttledIncrementCount = throttle(incrementCount, 1000);

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        throttledIncrementCount();
      });
    });

    return {
      count,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，我们使用了 lodash 的 throttle 函数来包装 incrementCount 函数。 throttle 函数会确保在 1000 毫秒内，incrementCount 函数最多只执行一次。

使用 nextTick： nextTick 可以将回调函数推迟到 DOM 更新周期之后执行。这可以确保在修改 count 之后，DOM 已经更新完毕，避免出现状态不一致的问题。虽然 nextTick 主要用于 DOM 操作，但它也可以用来解决一些时间依赖的问题。

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, watchEffect, nextTick } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        setTimeout(() => {
          count.value++;
          nextTick(() => {
            console.log('Incremented count after timeout:', count.value);
          });
        }, 1000);
      });
    });

    return {
      count,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，我们将 console.log 放在 nextTick 的回调函数中，确保在 count 更新后，DOM 已经完成更新。

网络依赖造成的非确定性

当 Effect 中包含网络请求时，非确定性会更加复杂。网络请求的响应时间是不确定的，受到网络状况、服务器负载等多种因素的影响。这意味着，即使发送相同的请求，也可能在不同的时间收到响应。

考虑以下示例：

<template>
  <div>
    <p>Data: {{ data }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const data = ref(null);

    const fetchData = async () => {
      try {
        const response = await fetch('https://api.example.com/data');
        const result = await response.json();
        data.value = result;
        console.log('Data fetched:', result);
      } catch (error) {
        console.error('Failed to fetch data:', error);
      }
    };

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        fetchData();
      });
    });

    return {
      data,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，watchEffect 监听了所有响应式数据的变化（实际上没有）。每次执行 watchEffect 都会发送一个网络请求来获取数据。如果服务器的响应时间不稳定，或者在网络请求过程中发生了错误，就可能导致 data 的值不确定。更糟糕的是，如果数据源频繁变化，可能会触发大量的并发请求，导致资源浪费甚至服务器崩溃。

如何解决网络依赖造成的非确定性？

取消未完成的请求： 当数据源变化时，应该取消之前未完成的请求，避免旧的请求覆盖新的数据。可以使用 AbortController 来实现请求的取消。

<template>
  <div>
    <p>Data: {{ data }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, watchEffect, onBeforeUnmount } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const data = ref(null);
    let abortController = null;

    const fetchData = async () => {
      if (abortController) {
        abortController.abort(); // 取消之前的请求
      }

      abortController = new AbortController();
      const signal = abortController.signal;

      try {
        const response = await fetch('https://api.example.com/data', { signal });
        const result = await response.json();
        data.value = result;
        console.log('Data fetched:', result);
      } catch (error) {
        if (error.name === 'AbortError') {
          console.log('Fetch aborted');
        } else {
          console.error('Failed to fetch data:', error);
        }
      } finally {
        abortController = null;
      }
    };

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        fetchData();
      });
    });

    onBeforeUnmount(() => {
      if (abortController) {
        abortController.abort(); // 组件卸载时取消请求
      }
    });

    return {
      data,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，我们使用 AbortController 来取消之前的请求。每次执行 fetchData 之前，都会检查是否存在未完成的请求，如果存在，就取消它。组件卸载时，也会取消所有未完成的请求。

使用缓存： 对于一些不经常变化的数据，可以使用缓存来减少网络请求的次数。可以将数据缓存在内存中、LocalStorage 中，或者使用专业的缓存库。
错误处理： 网络请求可能会失败，因此需要进行适当的错误处理。可以使用 try...catch 语句来捕获错误，并显示友好的错误信息。
数据版本管理： 当请求响应返回时，需要校验返回的数据是否是最新的。如果不是，则忽略。这需要服务端配合，返回一个版本号或时间戳。

<template>
  <div>
    <p>Data: {{ data }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, watchEffect, onBeforeUnmount } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const data = ref(null);
    let abortController = null;
    let currentVersion = 0; // 用于记录当前数据版本

    const fetchData = async () => {
      if (abortController) {
        abortController.abort(); // 取消之前的请求
      }

      abortController = new AbortController();
      const signal = abortController.signal;

      const version = ++currentVersion; // 请求发起前递增版本号

      try {
        const response = await fetch('https://api.example.com/data', { signal });
        const result = await response.json();

        // 检查返回的数据版本是否是最新的
        if (version === currentVersion) {
          data.value = result;
          console.log('Data fetched:', result);
        } else {
          console.log('Ignored outdated data version:', version);
        }
      } catch (error) {
        if (error.name === 'AbortError') {
          console.log('Fetch aborted');
        } else {
          console.error('Failed to fetch data:', error);
        }
      } finally {
        abortController = null;
      }
    };

    onMounted(() => {
      watchEffect(() => {
        fetchData();
      });
    });

    onBeforeUnmount(() => {
      if (abortController) {
        abortController.abort(); // 组件卸载时取消请求
      }
    });

    return {
      data,
    };
  },
};
</script>

服务器端需要提供一个 version 字段。

{
    "data":{
        "name":"test",
        "age":1
    },
    "version":2
}

表格总结

问题	原因	解决方案
时间依赖造成的非确定性	异步操作的执行顺序和时机不确定	防抖、节流、使用 `nextTick`
网络依赖造成的非确定性	网络请求的响应时间不确定，可能失败	取消未完成的请求、使用缓存、错误处理、数据版本管理

如何更好地管理副作用

除了解决非确定性问题之外，还需要更好地管理副作用，提高代码的可维护性和可测试性。

将副作用与纯函数分离： 纯函数是指没有副作用的函数，它们的行为完全由输入决定。应该尽量将副作用与纯函数分离，将纯函数用于计算，将副作用用于执行。
使用状态管理工具： Vuex、Pinia 等状态管理工具可以帮助我们更好地管理应用的状态和副作用。它们提供了一种集中式的状态管理机制，可以更容易地追踪和调试副作用。
使用响应式工具函数： Vue 提供了 watch、watchEffect、computed 等响应式工具函数，可以帮助我们更方便地管理副作用。应该选择合适的工具函数来处理不同的副作用。
测试： 对包含副作用的代码进行测试是非常重要的。可以使用模拟（Mocking）技术来模拟外部环境，并验证副作用是否正确执行。

总结：拥抱确定性，构建更健壮的应用

Vue 的响应式系统为我们带来了极大的便利，但也需要我们认真对待副作用带来的非确定性问题。通过合理地使用防抖、节流、取消请求、缓存等技术，我们可以有效地减少非确定性行为，构建更加健壮和可预测的 Vue 应用。同时，规范的副作用管理也能提高代码质量和可维护性，使我们的项目在长期发展中更具生命力。

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