让性能提升56%的Vue3.5响应式重构之“版本计数”

欧阳码农2024-11-06 9:38

前言

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。

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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订阅者和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globalVersion、dep.version、link.version和computed.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.version和dep.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：

javascript 复制代码 
<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>

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：

javascript 复制代码 
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

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

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

javascript 复制代码 
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。

在constructor中使用dep.version给link.version赋值，保证dep.version和link.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：

javascript 复制代码 
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：

javascript 复制代码 
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。

在trigger中分别执行了this.version++和globalVersion++，这里的this就是指向的dep。执行完后dep.version和globalVersion的值就是1了。而此时link.version的值依然还是0，这个时候dep.version和link.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：

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：

javascript 复制代码 
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：

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

在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computed、watch、watchEffect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 的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：

javascript 复制代码 
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：

此时的sub订阅者是render函数，也就是图中的Sub2。sub.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：

javascript 复制代码 
 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：

javascript 复制代码 
link.dep.version !== link.version

还记得我们前面讲过吗，初始化时会保持dep.version和link.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.version和link.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：

javascript 复制代码 
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：

javascript 复制代码 
(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.version和link.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：

javascript 复制代码 
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 = globalVersion将computed.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：

javascript 复制代码 
<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>

当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：

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？

现在多了一个count2变量对应的Link4，原本Link1和Link2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Link1和Link4之间建立连接。

前面没有讲的prepareDeps和cleanupDeps函数就是去掉Link1和Link2之间的连接。

prepareDeps函数代码如下：

javascript 复制代码 
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。

当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：

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：

javascript 复制代码 
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从-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：

javascript 复制代码 
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removeSub和removeDep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：

总结

版本计数主要有四个版本：全局变量globalVersion、dep.version、link.version和computed.globalVersion。dep.version和link.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.version和link.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globalVersion和computed.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prepareDeps和cleanupDeps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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