【Vue 3】响应式系统ref 与 reactive 的内部机制深度解析

XinZong
97 阅读8分钟

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1. Vue 3 响应式系统概述

Vue 3 采用了基于 Proxy 的响应式系统，替代了 Vue 2 中的基于 Object.defineProperty 的实现。这一改变不仅提升了性能，还带来了更加强大的功能。响应式系统的核心在于自动追踪依赖，并在数据变化时通知相关的视图进行更新，从而实现数据驱动的视图更新。

2. reactive 的内部机制解析

reactive 是 Vue 3 中用于创建响应式对象的基本 API。通过 reactive，我们可以将一个普通的 JavaScript 对象转化为响应式对象，使得对象的属性在被访问和修改时能够自动追踪和响应。

如何工作？

当我们调用 reactive 时，Vue 内部会利用 Proxy 对传入的对象进行代理。Proxy 拦截了对象的读取和写入操作，从而能够在这些操作发生时执行特定的逻辑，如依赖收集和触发更新。

import { reactive } from 'vue';

const state = reactive({
  count: 0
});

在上面的例子中，state 变成了一个响应式对象。当 state.count 被读取时，Vue 会追踪这个依赖；当 state.count 被修改时，Vue 会自动触发相关的更新。

响应式系统的核心流程

  1. 依赖收集：当响应式数据被访问时，系统会记录当前的依赖，通常是一个 Effect 函数。
  2. 触发更新：当响应式数据被修改时，系统会通知所有依赖于该数据的 Effect 函数重新执行。
  3. 更新视图：Effect 函数的重新执行会导致视图的更新，使得界面始终与数据保持同步。

3. ref 的工作原理揭秘

ref 是另一个用于创建响应式数据的 API，主要用于基本类型的数据或需要在模板中直接使用的响应式引用。与 reactive 不同，ref 返回的是一个包含 value 属性的对象，通过 value 来访问和修改实际的数据。

基本用法

import { ref } from 'vue';

const count = ref(0);

在这个例子中，count 是一个响应式引用，可以通过 count.value 访问和修改其值。

为何需要 ref？

虽然 reactive 在处理对象时非常方便，但对于基本类型的数据（如数字、字符串、布尔值等），直接使用 reactive 并不理想。这时，ref 就显得尤为重要，因为它能够将基本类型的数据包装成一个具有响应性的对象。

内部机制

ref 的实现同样依赖于 Proxy，通过为基本类型数据创建一个包装对象，实现对其 value 属性的响应式追踪。同时，ref 还支持解构绑定，使得在模板中使用更加方便。

import { ref, watchEffect } from 'vue';

const message = ref('Hello, Vue!');

watchEffect(() => {
  console.log(message.value);
});

message.value = 'Hello, World!';

在这个例子中，watchEffect 会自动追踪 message.value 的变化，并在 message.value 被修改时重新执行回调函数。

4. reactive 与 ref 的区别与应用场景

理解 reactive 和 ref 的区别对于有效地使用 Vue 3 的响应式系统至关重要。

区别

特性reactiveref
适用数据类型对象、数组等引用类型基本类型（数字、字符串、布尔值等）以及需要在模板中直接使用的引用类型
返回值响应式代理对象包含 value 属性的对象
解构不支持解构时保持响应性，需谨慎处理支持自动解构，方便在模板中使用
内部实现基于 Proxy 实现全对象的响应式基于 Proxy 实现，对 value 属性进行响应式追踪

应用场景

  • 使用 reactive： 当你需要管理一个复杂的数据结构，如对象或数组，并且希望整个数据结构具有响应性时，reactive 是首选。

    const user = reactive({
  name: 'Alice',
  age: 25
});

  • 使用 ref： 当你需要管理一个基本类型的数据，或者希望在模板中直接使用响应式引用时，ref 更为合适。

    const count = ref(0);

实践建议

在实际开发中，通常会结合使用 reactive 和 ref 来管理不同类型的数据。例如，使用 reactive 管理一个包含多种属性的对象，同时使用 ref 来管理单一的基本类型数据。

const state = reactive({
  user: {
    name: 'Bob',
    age: 30
  },
  isLoggedIn: ref(false)
});

5. 深入探讨 Proxy 在 Vue 3 响应式系统中的作用

Proxy 是 ES6 引入的一项强大的语言特性，它允许我们拦截并自定义基本操作（如属性读取、赋值、枚举等）。在 Vue 3 中，Proxy 被广泛应用于响应式系统的实现，极大地提升了系统的灵活性和性能。

为什么选择 Proxy？

相比于 Vue 2 使用的 Object.defineProperty，Proxy 拦截对象的所有操作，无需逐一定义属性的 getter 和 setter。这使得 Vue 3 的响应式系统更加简洁高效，并且支持更多的操作，如新属性的动态添加和删除。

Proxy 的核心功能

  1. 拦截对象操作： Proxy 可以拦截对象的读取、写入、删除等操作，并在这些操作发生时执行相应的钩子函数。
  2. 数据追踪与依赖收集： 通过拦截读取操作，Proxy 可以追踪哪些依赖依赖于哪些数据。
  3. 触发更新： 通过拦截写入操作，Proxy 可以在数据发生变化时通知相关的依赖进行更新。

代码示例

const handler = {
  get(target, key, receiver) {
    // 依赖收集逻辑
    track(target, key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set(target, key, value, receiver) {
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
    // 触发更新逻辑
    trigger(target, key);
    return result;
  }
};

const proxy = new Proxy(target, handler);

在这个例子中，handler 定义了 get 和 set 这两个拦截器，用于实现依赖收集和触发更新的逻辑。

6. 响应式系统的性能优化策略

虽然 Vue 3 的响应式系统在设计上已经进行了大量的性能优化，但在实际开发中，仍然需要注意一些细节，以确保应用的高效运行。

避免不必要的响应式

尽量只将需要响应的数据转化为响应式对象，避免将大量静态数据变为响应式数据，因为这会增加系统的开销。

// 优化前
const state = reactive({
  users: [...],
  settings: { ... },
  constants: { ... } // 不需要响应
});

// 优化后
const state = reactive({
  users: [...],
  settings: { ... },
});
const constants = { ... };

使用 computed 进行缓存

对于需要依赖多个响应式数据的计算属性，使用 computed 可以避免重复计算，提高性能。

import { computed } from 'vue';

const fullName = computed(() => `${user.firstName} ${user.lastName}`);

避免频繁的深层嵌套

响应式系统在处理深层嵌套的对象时，性能可能会受到影响。尽量将数据结构扁平化，减少嵌套层级。

// 深层嵌套，性能较差
const state = reactive({
  user: {
    profile: {
      address: {
        city: 'Shanghai'
      }
    }
  }
});

// 扁平化，性能较好
const state = reactive({
  userProfileAddressCity: 'Shanghai'
});

利用 markRaw 排除不需要响应的数据

对于不需要响应的数据，可以使用 markRaw 来标记，使其不会被代理，从而减少系统的开销。

import { reactive, markRaw } from 'vue';

const state = reactive({
  nonReactiveData: markRaw(new SomeClass())
});

7. 实战演练：构建一个简单的响应式数据模型

让我们通过一个实际的例子，来深入理解 ref 和 reactive 的使用。

需求描述

构建一个简单的计数器应用，包含以下功能：

  • 显示当前计数
  • 增加计数
  • 重置计数
  • 显示计数的奇偶性

步骤一：初始化项目

首先，使用 Vue CLI 创建一个新的 Vue 3 项目。

vue create vue-reactive-demo
cd vue-reactive-demo
npm run serve

步骤二：创建计数器组件

在 src/components 目录下创建一个 Counter.vue 文件，并添加以下代码：

<template>
  <div class="counter">
    <h2>计数器</h2>
    <p>当前计数: {{ count }}</p>
    <p>计数是 <strong>{{ isEven ? '偶数' : '奇数' }}</strong></p>
    <button @click="increment">增加</button>
    <button @click="reset">重置</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  name: 'Counter',
  setup() {
    const count = ref(0);

    const increment = () => {
      count.value++;
    };

    const reset = () => {
      count.value = 0;
    };

    const isEven = computed(() => count.value % 2 === 0);

    return {
      count,
      increment,
      reset,
      isEven
    };
  }
};
</script>

<style scoped>
.counter {
  text-align: center;
  margin-top: 50px;
}
button {
  margin: 5px;
  padding: 10px 20px;
}
</style>

步骤三：集成计数器组件

在 src/App.vue 中引入并使用 Counter 组件。

<template>
  <div id="app">
    <Counter />
  </div>
</template>

<script>
import Counter from './components/Counter.vue';

export default {
  name: 'App',
  components: {
    Counter
  }
};
</script>

<style>
#app {
  font-family: Avenir, Helvetica, Arial, sans-serif;
  text-align: center;
  color: #2c3e50;
}
</style>

运行与测试

启动项目后，你将看到一个简单的计数器应用。点击“增加”按钮，计数会递增；点击“重置”按钮，计数会重置为零。同时，应用会实时显示当前计数是奇数还是偶数。

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