让性能提升56%的Vue3.5响应式重构之“版本计数”

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所属分类:Web前端
摘要

Vue3.5响应式重构主要分为两部分:双向链表和版本计数。在上一篇文章中我们讲了 双向链表 ,这篇文章我们接着来讲版本计数。


前言

Vue3.5响应式重构主要分为两部分:双向链表版本计数。在上一篇文章中我们讲了 双向链表 ,这篇文章我们接着来讲版本计数

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版本计数

看这篇文章之前最好先看一下欧阳之前写的 双向链表 文章,不然有些部分可能看着比较迷茫。

在上篇 双向链表 文章中我们知道了新的响应式模型中主要分为三个部分:Sub订阅者Dep依赖Link节点

  • Sub订阅者:主要有watchEffect、watch、render函数、computed等。

  • Dep依赖:主要有ref、reactive、computed等响应式变量。

  • Link节点:连接Sub订阅者Dep依赖之间的桥梁,Sub订阅者想访问Dep依赖只能通过Link节点,同样Dep依赖想访问Sub订阅者也只能通过Link节点

细心的小伙伴可能发现了computed计算属性不仅是Sub订阅者还是Dep依赖
原因是computed可以像watchEffect那样监听里面的响应式变量,当响应式变量改变后会触发computed的回调。

还可以将computed的返回值当做ref那样的普通响应式变量去使用,所以我们才说computed不仅是Sub订阅者还是Dep依赖。

版本计数中由4个version实现,分别是:全局变量globalVersiondep.versionlink.versioncomputed.globalVersion

  • globalVersion是一个全局变量,初始值为0,仅有响应式变量改变后才会触发globalVersion++

  • dep.version是在dep依赖上面的一个属性,初始值是0。当dep依赖是ref这种普通响应式变量,仅有响应式变量改变后才会触发dep.version++。当computed计算属性作为dep依赖时,只有等computed最终计算出来的值改变后才会触发dep.version++

  • link.version是Link节点上面的一个属性,初始值是0。每次响应式更新完了后都会保持和dep.version的值相同。在响应式更新前就是通过link.versiondep.version的值是否相同判断是否需要更新。

  • computed.globalVersion:计算属性上面的版本,如果computed.globalVersion === globalVersion说明没有响应式变量改变,计算属性的回调就不需要重新执行。

而版本计数最大的受益者就是computed计算属性,这篇文章接下来我们将以computed举例讲解。

看个例子

我们来看个简单的demo,代码如下:

<template>   <p>{{ doubleCount }}</p>   <button @click="flag = !flag">切换flag</button>   <button @click="count1++">count1++</button>   <button @click="count2++">count2++</button> </template>  <script setup> import { computed, ref } from "vue"; const count1 = ref(1); const count2 = ref(10); const flag = ref(true);  const doubleCount = computed(() => {   console.log("computed");   if (flag.value) {     return count1.value * 2;   } else {     return count2.value * 2;   } }); </script> 

在computed中根据flag.value的值去决定到底返回count1.value * 2还是count2.value * 2

那么问题来了,当flag的值为true时,点击count2++按钮,console.log("computed")会执行打印吗?也就是doubleCount的值会重新计算吗?

答案是:不会。虽然count2也是computed中使用到的响应式变量,但是他不参与返回值的计算,所以改变他不会导致computed重新计算。

有的同学想问为什么能够做到这么精细的控制呢?这就要归功于版本计数了,我们接下来会细讲。

依赖触发

还是前面那个demo,初始化时flag的值是true,所以在computed中会对count1变量进行读操作,然后触发get拦截。count1这个ref响应式变量就是由RefImpl类new出来的一个对象,代码如下:

class RefImpl {   dep: Dep = new Dep();   get value() {     this.dep.track()   }   set value() {     this.dep.trigger();   } } 

在get拦截中会执行this.dep.track(),其中dep是由Dep类new出来的对象,代码如下

class Dep {   version = 0;   track() {     let link = new Link(activeSub, this);     // ...省略   }   trigger() {     this.version++;     globalVersion++;     this.notify();   } } 

track方法中使用Link类new出来一个link对象,Link类代码如下:

class Link {   version: number    /**    * Pointers for doubly-linked lists    */   nextDep?: Link   prevDep?: Link   nextSub?: Link   prevSub?: Link   prevActiveLink?: Link    constructor(     public sub: Subscriber,     public dep: Dep,   ) {     this.version = dep.version     this.nextDep =       this.prevDep =       this.nextSub =       this.prevSub =       this.prevActiveLink =         undefined   } } 

这里我们只关注Link中的version属性,其他的属性在上一篇双向链表文章中已经讲过了。

constructor中使用dep.versionlink.version赋值,保证dep.versionlink.version的值是相等的,也就是等于0。因为dep.version的初始值是0,接着就会讲。

当我们点击count1++按钮时会让响应式变量count1的值自增。因为count1是一个ref响应式变量,所以会触发其set拦截。代码如下:

class RefImpl {   dep: Dep = new Dep();   get value() {     this.dep.track()   }   set value() {     this.dep.trigger();   } } 

在set拦截中执行的是this.dep.trigger()trigger函数代码如下:

class Dep {   version = 0;   track() {     let link = new Link(activeSub, this);     // ...省略   }   trigger() {     this.version++;     globalVersion++;     this.notify();   } } 

前面讲过了globalVersion是一个全局变量,初始值为0。

dep上面的version属性初始值也是0。

trigger中分别执行了this.version++globalVersion++,这里的this就是指向的dep。执行完后dep.versionglobalVersion的值就是1了。而此时link.version的值依然还是0,这个时候dep.versionlink.version的值就已经不相等了。

接着就是执行notify方法按照新的响应式模型进行通知订阅者进行更新,我们这个例子此时新的响应式模型如下图:
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如果修改的响应式变量会触发多个订阅者,比如count1变量被多个watchEffect使用,修改count1变量的值就需要触发多个订阅者的更新。notify方法中正是将多个更新操作放到一个批次中处理,从而提高性能。由于篇幅有限我们就不去细讲notify方法的内容,你只需要知道执行notify方法就会触发订阅者的更新。

(这两段是notify方法内的逻辑)按照正常的逻辑如果count1变量的值改变,就可以通过Link2节点找到Sub1订阅者,然后执行订阅者的notify方法从而进行更新。

如果我们的Sub1订阅者是render函数,是这个正常的逻辑。但是此时我们的Sub1订阅者是计算属性doubleCount,这里会有一个优化,如果订阅者是一个计算属性,触发其更新时不会直接执行计算属性的回调函数,而是直接去通知计算属性的订阅者去更新,在更新前才会去执行计算属性的回调函数(这个接下来的文章会讲)。代码如下:

if (link.sub.notify()) {   // if notify() returns `true`, this is a computed. Also call notify   // on its dep - it's called here instead of inside computed's notify   // in order to reduce call stack depth.   link.sub.dep.notify() } 

link.sub.notify()的执行结果是true就代表当前的订阅者是计算属性,然后就会触发计算属性“作为依赖”时对应的订阅者。我们这里的计算属性doubleCount是在template中使用,所以计算属性doubleCount的订阅者就是render函数。

所以这里就是调用link.sub.notify()不会触发计算属性doubleCount中的回调函数重新执行,而是去触发计算属性doubleCount的订阅者,也就是render函数。在执行render函数之前会再去通过脏检查(依靠版本计数实现)去判断是否需要重新执行计算属性的回调,如果需要执行计算属性的回调那么就去执行render函数重新渲染。

脏检查

所有的Sub订阅者内部都是基于ReactiveEffect类去实现的,调用订阅者的notify方法通知更新实际底层就是在调用ReactiveEffect类中的runIfDirty方法。代码如下:

class ReactiveEffect<T = any> implements Subscriber, ReactiveEffectOptions {   /**    * @internal    */   runIfDirty(): void {     if (isDirty(this)) {       this.run();     }   } } 

runIfDirty方法中首先会调用isDirty方法判断当前是否需要更新,如果返回true,那么就执行run方法去执行Sub订阅者的回调函数进行更新。如果是computedwatchwatchEffect等订阅者调用run方法就会执行其回调函数,如果是render函数这种订阅者调用run方法就会再次执行render函数。

调用isDirty方法时传入的是this,值得注意的是this是指向ReactiveEffect实例。而ReactiveEffect又是继承自Subscriber订阅者,所以这里的this是指向的是订阅者。

前面我们讲过了,修改响应式变量count1的值时会通知作为订阅者doubleCount计算属性。当通知作为订阅者的计算属性更新时不会去像watchEffect这样的订阅者一样去执行其回调,而是去通知计算属性作为Dep依赖时订阅他的订阅者进行更新。在这里计算属性doubleCount是在template中使用,所以他的订阅者是render函数。

所以修改count1变量执行runIfDirty时此时触发的订阅者是作为Sub订阅者的render函数,也就是说此时的this是render函数!!

我们来看看isDirty是如何进行脏检查,代码如下:

function isDirty(sub: Subscriber): boolean {   for (let link = sub.deps; link; link = link.nextDep) {     if (       link.dep.version !== link.version ||       (link.dep.computed &&         (refreshComputed(link.dep.computed) ||           link.dep.version !== link.version))     ) {       return true;     }   }   return false; } 

这里就涉及到我们上一节讲过的双向链表了,回顾一下前面讲过的响应式模型图,如下图:
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此时的sub订阅者是render函数,也就是图中的Sub2sub.deps是指向指向Sub2订阅者X轴(横向)上面的Link节点组成的队列的头部,link.nextDep就是指向X轴上面下一个Link节点,通过Link节点就可以访问到对应的Dep依赖。

在这里render函数对应的订阅者Sub2在X轴上面只有一个节点Link3

这里的for循环就是去便利Sub订阅者在X轴上面的所有Link节点,然后在for循环内部去通过Link节点访问到对应的Dep依赖去做版本计数的判断。

这里的for循环内部的if语句判断主要分为两部分:

 if (   link.dep.version !== link.version ||   (link.dep.computed &&     (refreshComputed(link.dep.computed) ||       link.dep.version !== link.version)) ) {   return true; } 

这两部分中只要有一个是true,那么就说明当前Sub订阅者需要更新,也就是执行其回调。

我们来看看第一个判断:

link.dep.version !== link.version 

还记得我们前面讲过吗,初始化时会保持dep.versionlink.version的值相同。每次响应式变量改变时走到set拦截中,在拦截中会去执行dep.version++,执行完了后此时dep.versionlink.version的值就已经不相同了,在这里就能知道此时响应式变量改变过了,需要通知Sub订阅者更新执行其回调。

常规情况下Dep依赖是一个ref变量、Sub订阅者是wachEffect这种确实第一个判断就可以满足了。

但是我们这里的link.dep是计算属性doubleCount,计算属性是由ComputedRefImpl类new出来的对象,简化后代码如下:

class ComputedRefImpl<T = any> implements Subscriber {   _value: any = undefined;   readonly dep: Dep = new Dep(this);   globalVersion: number = globalVersion - 1;   get value(): T {     // ...省略   }   set value(newValue) {     // ...省略   } } 

ComputedRefImpl继承了Subscriber类,所以说他是一个订阅者。同时还有get和set拦截,以及初始化一个计算属性时也会去new一个对应的Dep依赖。

还有一点值得注意的是计算属性上面的computed.globalVersion属性初始值为globalVersion - 1,默认是不等于globalVersion的,这是为了第一次执行计算属性时能够去触发执行计算属性的回调,这个在后面的refreshComputed函数中会讲。

我们是直接修改的count1变量,在count1变量的set拦截中触发了dep.version++,但是并没有修改计算属性对应的dep.version。所以当计算属性作为依赖时单纯的使用link.dep.version !== link.version 就不能满足需求了,需要使用到第二个判断:

(link.dep.computed &&     (refreshComputed(link.dep.computed) ||       link.dep.version !== link.version)) 

在第二个判断中首先判断当前当前的Dep依赖是不是计算属性,如果是就调用refreshComputed函数去执行计算属性的回调。然后判断计算属性的结果是否改变,如果改变了在refreshComputed函数中就会去执行link.dep.version++,所以执行完refreshComputed函数后link.dep.versionlink.version的值就不相同了,表示计算属性的值更新了,当然就需要执行依赖计算属性的render函数啦。

refreshComputed函数

我们来看看refreshComputed函数的代码,简化后的代码如下:

function refreshComputed(computed: ComputedRefImpl): undefined {   if (computed.globalVersion === globalVersion) {     return;   }   computed.globalVersion = globalVersion;    const dep = computed.dep;   try {     prepareDeps(computed);     const value = computed.fn(computed._value);     if (dep.version === 0 || hasChanged(value, computed._value)) {       computed._value = value;       dep.version++;     }   } catch (err) {     dep.version++;     throw err;   } finally {     cleanupDeps(computed);   } } 

首先会去判断computed.globalVersion === globalVersion是否相等,如果相等就说明根本就没有响应式变量改变,那么当然就无需去重新执行计算属性回调。

还记得我们前面讲过每当响应式变量改变后触发set拦截是都会执行globalVersion++吗?所以这里就可以通过computed.globalVersion === globalVersion判断是否有响应式变量改变,如果没有说明计算属性的值肯定就没有改变。

接着就是执行computed.globalVersion = globalVersioncomputed.globalVersion的值同步为globalVersion,为了下次判断是否需要重新执行计算属性做准备。

在try中会先去执行prepareDeps函数,这个先放放接下来讲,先来看看try中其他的代码。

首先调用const value = computed.fn(computed._value)去重新执行计算属性的回调函数拿到计算属性新的返回值value

接着就是执行if (dep.version === 0 || hasChanged(value, computed._value))

我们前面讲过了dep上面的version默认值为0,这里的dep.version === 0说明是第一次渲染计算属性。接着就是使用hasChanged(value, computed._value)判断计算属性新的值和旧的值相比较是否有修改。

上面这两个条件满足一个就执行if里面的内容,将新得到的计算属性的值更新上去,并且执行dep.version++。因为前面讲过了在外面会使用link.dep.version !== link.version判断dep的版本是否和link上面的版本是否相同,如果不相等就执行render函数。

这里由于计算属性的值确实改变了,所以会执行dep.version++,dep的版本和link上面的版本此时就不同了,所以就会被标记为dirty,从而执行render函数。

如果执行计算属性的回调函数出错了,同样也执行一次dep.version++

最后就是剩余执行计算属性回调函数之前调用的prepareDeps和finally调用的cleanupDeps函数没讲了。

更新响应式模型

回顾一下demo的代码:

<template>   <p>{{ doubleCount }}</p>   <button @click="flag = !flag">切换flag</button>   <button @click="count1++">count1++</button>   <button @click="count2++">count2++</button> </template>  <script setup> import { computed, ref } from "vue"; const count1 = ref(1); const count2 = ref(10); const flag = ref(true);  const doubleCount = computed(() => {   console.log("computed");   if (flag.value) {     return count1.value * 2;   } else {     return count2.value * 2;   } }); </script> 

flag的值为true时,对应的响应式模型前面我们已经讲过了,如下图:
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如果我们将flag的值设置为false呢?此时的计算属性doubleCount就不再依赖于响应式变量count1,而是依赖于响应式变量count2。小伙伴们猜猜此时的响应式模型应该是什么样的呢?
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现在多了一个count2变量对应的Link4,原本Link1Link2之间的连接也因为计算属性不再依赖于count1变量后,他们俩之间的连接也没有了,转而变成了Link1Link4之间建立连接。

前面没有讲的prepareDepscleanupDeps函数就是去掉Link1Link2之间的连接。

prepareDeps函数代码如下:

function prepareDeps(sub: Subscriber) {   // Prepare deps for tracking, starting from the head   for (let link = sub.deps; link; link = link.nextDep) {     // set all previous deps' (if any) version to -1 so that we can track     // which ones are unused after the run     link.version = -1     // store previous active sub if link was being used in another context     link.prevActiveLink = link.dep.activeLink     link.dep.activeLink = link   } } 

这里使用for循环遍历计算属性Sub1在X轴上面的Link节点,也就是Link1和Link2,并且将这些Link节点的version属性设置为-1。

flag的值设置为false后,重新执行计算属性doubleCount中的回调函数时,就会对回调函数中的所有响应式变量进行读操作。从而再次触发响应式变量的get拦截,然后执行track方法进行依赖收集。注意此时新收集了一个响应式变量count2。收集完成后响应式模型图如下图:
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从上图中可以看到虽然计算属性虽然不再依赖count1变量,但是count1变量变量对应的Link2节点还在队列的连接上。

我们在prepareDeps方法中将计算属性依赖的所有Link节点的version属性都设置为-1,在track方法收集依赖时会执行这样一行代码,如下:

class Dep {   track() {     if (link === undefined || link.sub !== activeSub) {       // ...省略     } else if (link.version === -1) {       link.version = this.version;       // ...省略     }   } } 

如果link.version === -1,那么就将link.version的值同步为dep.version的值。

只有计算属性最新依赖的响应式变量才会触发track方法进行依赖收集,从而将对应的link.version-1更新为dep.version

而变量count1现在已经不会触发track方法了,所以变量count1对应的link.version的值还是-1

最后就是执行cleanupDeps函数将link.version的值还是-1的响应式变量(也就是不再使用的count1变量)对应的Link节点,从双向链表中给干掉。代码如下:

function cleanupDeps(sub: Subscriber) {   // Cleanup unsued deps   let head;   let tail = sub.depsTail;   let link = tail;   while (link) {     const prev = link.prevDep;     if (link.version === -1) {       if (link === tail) tail = prev;       // unused - remove it from the dep's subscribing effect list       removeSub(link);       // also remove it from this effect's dep list       removeDep(link);     } else {       // The new head is the last node seen which wasn't removed       // from the doubly-linked list       head = link;     }      // restore previous active link if any     link.dep.activeLink = link.prevActiveLink;     link.prevActiveLink = undefined;     link = prev;   }   // set the new head & tail   sub.deps = head;   sub.depsTail = tail; } 

遍历Sub1计算属性横向队列(X轴)上面的Link节点,当link.version === -1时,说明这个Link节点对应的Dep依赖已经不被计算属性所依赖了,所以执行removeSubremoveDep将其从双向链表中移除。

执行完cleanupDeps函数后此时的响应式模型就是我们前面所提到的样子,如下图:
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总结

版本计数主要有四个版本:全局变量globalVersiondep.versionlink.versioncomputed.globalVersiondep.versionlink.version如果不相等就说明当前响应式变量的值改变了,就需要让Sub订阅者进行更新。

如果是计算属性作为Dep依赖时就不能通过dep.versionlink.version去判断了,而是执行refreshComputed函数进行判断。在refreshComputed函数中首先会判断globalVersioncomputed.globalVersion是否相等,如果相等就说明并没有响应式变量更新。如果不相等那么就会执行计算属性的回调函数,拿到最新的值后去比较计算属性的值是否改变。并且还会执行prepareDepscleanupDeps函数将那些计算属性不再依赖的响应式变量对应的Link节点从双向链表中移除。

最后说一句,版本计数最大的赢家应该是computed计算属性,虽然引入版本计数后代码更难理解了。但是整体流程更加优雅,以及现在只需要通过判断几个version是否相等就能知道订阅者是否需要更新,性能当然也更好了。

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