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Vue 的计算属性真的会缓存吗?(保姆级教学,原理深入揭秘)

前言

很多人提起 Vue 中的 computed,第一反应就是计算属性会缓存,那么它到底是怎么缓存的呢?缓存的到底是什么,什么时候缓存会失效,相信还是有很多人对此很模糊。

本文以 Vue 2.6.11 版本为基础,就深入原理,带你来看看所谓的缓存到底是什么样的。

注意

本文假定你对 Vue 响应式原理已经有了基础的了解,如果对于 WatcherDep和什么是 渲染watcher 等概念还不是很熟悉的话,可以先找一些基础的响应式原理的文章或者教程看一下。视频教程的话推荐黄轶老师的,如果想要看简化实现,也可以先看我写的文章:

手把手带你实现一个最精简的响应式系统来学习Vue的data、computed、watch源码

注意,这篇文章里我也写了 computed 的原理,但是这篇文章里的 computed 是基于 Vue 2.5 版本的,和当前 2.6 版本的变化还是非常大的,可以仅做参考。

示例

按照我的文章惯例,还是以一个最简的示例来演示。

<div id="app">
  <span @click="change">{{sum}}</span>
</div>
<script src="./vue2.6.js"></script>
<script>
  new Vue({
    el: "#app",
    data() {
      return {
        count: 1,
      }
    },
    methods: {
      change() {
        this.count = 2
      },
    },
    computed: {
      sum() {
        return this.count + 1
      },
    },
  })
</script>
复制代码

这个例子很简单,刚开始页面上显示数字 2,点击数字后变成 3

解析

回顾 watcher 的流程

进入正题,Vue 初次运行时会对 computed 属性做一些初始化处理,首先我们回顾一下 watcher 的概念,它的核心概念是 get 求值,和 update 更新。

  1. 在求值的时候,它会先把自身也就是 watcher 本身赋值给 Dep.target 这个全局变量。

  2. 然后求值的过程中,会读取到响应式属性,那么响应式属性的 dep 就会收集到这个 watcher 作为依赖。

  3. 下次响应式属性更新了,就会从 dep 中找出它收集到的 watcher,触发 watcher.update() 去更新。

所以最关键的就在于,这个 get 到底用来做什么,这个 update 会触发什么样的更新。

在基本的响应式更新视图的流程中,以上概念的 get 求值就是指 Vue 的组件重新渲染的函数,而 update 的时候,其实就是重新调用组件的渲染函数去更新视图。

而 Vue 中很巧妙的一点,就是这套流程也同样适用于 computed 的更新。

初始化 computed

这里先提前剧透一下,Vue 会对 options 中的每个 computed 属性也用 watcher 去包装起来,它的 get 函数显然就是要执行用户定义的求值函数,而 update 则是一个比较复杂的流程,接下来我会详细讲解。

首先在组件初始化的时候,会进入到初始化 computed 的函数

if (opts.computed) { initComputed(vm, opts.computed); }
复制代码

进入 initComputed 看看

var watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null);

// 依次为每个 computed 属性定义
for (const key in computed) {
  const userDef = computed[key]
  watchers[key] = new Watcher(
      vm, // 实例
      getter, // 用户传入的求值函数 sum
      noop, // 回调函数 可以先忽视
      { lazy: true } // 声明 lazy 属性 标记 computed watcher
  )

  // 用户在调用 this.sum 的时候,会发生的事情
  defineComputed(vm, key, userDef)
}
复制代码

首先定义了一个空的对象,用来存放所有计算属性相关的 watcher,后文我们会把它叫做 计算watcher

然后循环为每个 computed 属性生成了一个 计算watcher

它的形态保留关键属性简化后是这样的:

{
    deps: [],
    dirty: true,
    getter: ƒ sum(),
    lazy: true,
    value: undefined
}
复制代码

可以看到它的 value 刚开始是 undefined,lazy 是 true,说明它的值是惰性计算的,只有到真正在模板里去读取它的值后才会计算。

这个 dirty 属性其实是缓存的关键,先记住它。

接下来看看比较关键的 defineComputed,它决定了用户在读取 this.sum 这个计算属性的值后会发生什么,继续简化,排除掉一些不影响流程的逻辑。

Object.defineProperty(vm, 'sum', { 
    get() {
        // 从刚刚说过的组件实例上拿到 computed watcher
        const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key]
        if (watcher) {
          // ✨ 注意!这里只有dirty了才会重新求值
          if (watcher.dirty) {
            // 这里会求值 调用 get
            watcher.evaluate()
          }
          // ✨ 这里也是个关键 等会细讲
          if (Dep.target) {
            watcher.depend()
          }
          // 最后返回计算出来的值
          return watcher.value
        }
    }
})
复制代码

这个函数需要仔细看看,它做了好几件事,我们以初始化的流程来讲解它:

首先 dirty 这个概念代表脏数据,说明这个数据需要重新调用用户传入的 sum 函数来求值了。我们暂且不管更新时候的逻辑,第一次在模板中读取到 {{sum}} 的时候它一定是 true,所以初始化就会经历一次求值。

evaluate () {
  // 调用 get 函数求值
  this.value = this.get()
  // 把 dirty 标记为 false
  this.dirty = false
}
复制代码

这个函数其实很清晰,它先求值,然后把 dirty 置为 false。

再回头看看我们刚刚那段 Object.defineProperty 的逻辑,

下次没有特殊情况再读取到 sum 的时候,发现 dirty是false了,是不是直接就返回 watcher.value 这个值就可以了,这其实就是计算属性缓存的概念。

更新

初始化的流程讲完了,相信大家也对 dirty缓存 有了个大概的概念(如果没有,再仔细回头看一看)。

接下来就讲更新的流程,细化到本文的例子中,也就是 count 的更新到底是怎么触发 sum 在页面上的变更。

首先回到刚刚提到的 evalute 函数里,也就是读取 sum 时发现是脏数据的时候做的求值操作。

evaluate () {
  // 调用 get 函数求值
  this.value = this.get()
  // 把 dirty 标记为 false
  this.dirty = false
}
复制代码

Dep.target 变更为 渲染watcher

这里进入 this.get(),首先要明确一点,在模板中读取 {{ sum }} 变量的时候,全局的 Dep.target 应该是 渲染watcher,这里不理解的话可以到我最开始提到的文章里去理解下。

全局的 Dep.target 状态是用一个栈 targetStack 来保存,便于前进和回退 Dep.target,至于什么时候会回退,接下来的函数里就可以看到。

此时的 Dep.target 是 渲染watcher,targetStack 是 [ 渲染watcher ] 。

get () {
  pushTarget(this)
  let value
  const vm = this.vm
  try {
    value = this.getter.call(vm, vm)
  } finally {
    popTarget()
  }
  return value
}
复制代码

首先刚进去就 pushTarget,也就是把 计算watcher 自身置为 Dep.target,等待收集依赖。

执行完 pushTarget(this) 后,

Dep.target 变更为 计算watcher

此时的 Dep.target 是 计算watcher,targetStack 是 [ 渲染watcher,计算watcher ] 。

然后会执行到 value = this.getter.call(vm, vm)

其实 getter 函数,上一章的 watcher 形态里已经说明了,就是用户传入的 sum 函数。

sum() {
    return this.count + 1
}
复制代码

这里在执行的时候,读取到了 this.count,注意它是一个响应式的属性,所以冥冥之中它们开始建立了千丝万缕的联系……

这里会触发 countget 劫持,简化一下

// 在闭包中,会保留对于 count 这个 key 所定义的 dep
const dep = new Dep()

// 闭包中也会保留上一次 set 函数所设置的 val
let val

Object.defineProperty(vm, 'count', {
  get: function reactiveGetter () {
    const value = val
    // Dep.target 此时就是计算watcher
    if (Dep.target) {
      // 收集依赖
      dep.depend()
    }
    return value
  },
})
复制代码

那么可以看出,count 会收集 计算watcher 作为依赖,具体怎么收集呢

// dep.depend()
depend () {
  if (Dep.target) {
    Dep.target.addDep(this)
  }
}
复制代码

其实这里是调用 Dep.target.addDep(this) 去收集,又绕回到 计算watcheraddDep 函数上去了,这其实主要是 Vue 内部做了一些去重的优化。

// watcher 的 addDep函数
addDep (dep: Dep) {
  // 这里做了一系列的去重操作 简化掉 
  
  // 这里会把 count 的 dep 也存在自身的 deps 上
  this.deps.push(dep)
  // 又带着 watcher 自身作为参数
  // 回到 dep 的 addSub 函数了
  dep.addSub(this)
}
复制代码

又回到 dep 上去了。

class Dep {
  subs = []

  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }
}
复制代码

这样就保存了 计算watcher 作为 count 的 dep 里的依赖了。

经历了这样的一个收集的流程后,此时的一些状态:

sum 的计算watcher

{
    deps: [ count的dep ],
    dirty: false, // 求值完了 所以是false
    value: 2, // 1 + 1 = 2
    getter: ƒ sum(),
    lazy: true
}
复制代码

count的dep:

{
    subs: [ sum的计算watcher ]
}
复制代码

可以看出,计算属性的 watcher 和它所依赖的响应式值的 dep,它们之间互相保留了彼此,相依为命。

此时求值结束,回到 计算watchergetter 函数:

get () {
  pushTarget(this)
  let value
  const vm = this.vm
  try {
    value = this.getter.call(vm, vm)
  } finally {
    // 此时执行到这里了
    popTarget()
  }
  return value
}
复制代码

执行到了 popTarget计算watcher 出栈。

Dep.target 变更为 渲染watcher

此时的 Dep.target 是 渲染watcher,targetStack 是 [ 渲染watcher ] 。

然后函数执行完毕,返回了 2 这个 value,此时对于 sum 属性的 get 访问还没结束。

Object.defineProperty(vm, 'sum', { 
    get() {
          // 此时函数执行到了这里
          if (Dep.target) {
            watcher.depend()
          }
          return watcher.value
        }
    }
})
复制代码

此时的 Dep.target 当然是有值的,就是 渲染watcher,所以进入了 watcher.depend() 的逻辑,这一步相当关键

// watcher.depend
depend () {
  let i = this.deps.length
  while (i--) {
    this.deps[i].depend()
  }
}
复制代码

还记得刚刚的 计算watcher 的形态吗?它的 deps 里保存了 count 的 dep。

也就是说,又会调用 count 上的 dep.depend()

class Dep {
  subs = []
  
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
}
复制代码

这次的 Dep.target 已经是 渲染watcher 了,所以这个 count 的 dep 又会把 渲染watcher 存放进自身的 subs 中。

count的dep:

{
    subs: [ sum的计算watcher,渲染watcher ]
}
复制代码

那么来到了此题的重点,这时候 count 更新了,是如何去触发视图更新的呢?

再回到 count 的响应式劫持逻辑里去:

// 在闭包中,会保留对于 count 这个 key 所定义的 dep
const dep = new Dep()

// 闭包中也会保留上一次 set 函数所设置的 val
let val

Object.defineProperty(vm, 'count', {
  set: function reactiveSetter (newVal) {
      val = newVal
      // 触发 count 的 dep 的 notify
      dep.notify()
    }
  })
})
复制代码

好,这里触发了我们刚刚精心准备的 count 的 dep 的 notify 函数,感觉离成功越来越近了。

class Dep {
  subs = []
  
  notify () {
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

复制代码

这里的逻辑就很简单了,把 subs 里保存的 watcher 依次去调用它们的 update 方法,也就是

  1. 调用 计算watcher 的 update
  2. 调用 渲染watcher 的 update

拆解来看。

计算watcher 的 update

update () {
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true
  }
}
复制代码

wtf,就这么一句话…… 没错,就仅仅是把 计算watcherdirty 属性置为 true,静静的等待下次读取即可。

渲染watcher 的 update

这里其实就是调用 vm._update(vm._render()) 这个函数,重新根据 render 函数生成的 vnode 去渲染视图了。

而在 render 的过程中,一定会访问到 sum 这个值,那么又回回到 sum 定义的 get 上:

Object.defineProperty(vm, 'sum', { 
    get() {
        const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key]
        if (watcher) {
          // ✨上一步中 dirty 已经置为 true, 所以会重新求值
          if (watcher.dirty) {
            watcher.evaluate()
          }
          if (Dep.target) {
            watcher.depend()
          }
          // 最后返回计算出来的值
          return watcher.value
        }
    }
})
复制代码

由于上一步中的响应式属性更新,触发了 计算 watcherdirty 更新为 true。 所以又会重新调用用户传入的 sum 函数计算出最新的值,页面上自然也就显示出了最新的值。

至此为止,整个计算属性更新的流程就结束了。

缓存生效的情况

根据上面的总结,只有计算属性依赖的响应式值发生更新的时候,才会把 dirty 重置为 true,这样下次读取的时候才会发生真正的计算。

这样的话,假设 sum 函数是一个用户定义的一个比较耗费时间的操作,优化就比较明显了。

<div id="app">
  <span @click="change">{{sum}}</span>
  <span @click="changeOther">{{other}}</span>
</div>
<script src="./vue2.6.js"></script>
<script>
  new Vue({
    el: "#app",
    data() {
      return {
        count: 1,
        other: 'Hello'
      }
    },
    methods: {
      change() {
        this.count = 2
      },
      changeOther() {
        this.other = 'ssh'
      }
    },
    computed: {
      // 非常耗时的计算属性
      sum() {
        let i = 9999999999999999
        while(i > 0) {
            i--
        }
        return this.count + 1
      },
    },
  })
</script>
复制代码

在这个例子中,other 的值和计算属性没有任何关系,如果 other 的值触发更新的话,就会重新渲染视图,那么会读取到 sum,如果计算属性不做缓存的话,每次都要发生一次很耗费性能的没有必要的计算。

所以,只有在 count 发生变化的时候,sum 才会重新计算,这是一个很巧妙的优化。

总结

2.6 版本计算属性更新的路径是这样的:

  1. 响应式的值 count 更新
  2. 同时通知 computed watcher渲染 watcher 更新
  3. computed watcher 把 dirty 设置为 true
  4. 视图渲染读取到 computed 的值,由于 dirty 所以 computed watcher 重新求值。

通过本篇文章,相信你可以完全理解计算属性的缓存到底是什么概念,在什么样的情况下才会生效了吧?

对于缓存和不缓存的情况,分别是这样的流程:

不缓存:

  1. count 改变,先通知到 计算watcher 更新,设置 dirty = true
  2. 再通知到 渲染watcher 更新,视图重新渲染的时候去 计算watcher 中读取值,发现 dirty 是 true,重新执行用户传入的函数求值。

缓存:

  1. other 改变,直接通知 渲染watcher 更新。
  2. 视图重新渲染的时候去 计算watcher 中读取值,发现 dirty 为 false,直接用缓存值 watcher.value,不执行用户传入的函数求值。

展望

事实上这种通过 dirty 标志位来实现计算属性缓存的方式,和 Vue3 中的实现原理是一致的。这可能也说明在各种需求和社区反馈的千锤百炼下,尤大目前认为这种方式是实现 computed 缓存的相对最优解了。

如果对 Vue3 的 computed 实现感兴趣的同学,还可以看我的这篇文章,原理大同小异。只是收集的方式稍有变化。

深度解析:Vue3如何巧妙的实现强大的computed

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