知识篇 -- Vue3响应式原理：Proxy驱动的性能飞跃

Vue3的响应式系统是其核心亮点之一，相较于Vue2，它进行了彻底的重构，从基于 Object.defineProperty 转向了基于ES6的 Proxy。这一转变不仅解决了Vue2响应式系统的一些固有局限性，还带来了显著的性能提升和更强大的功能。本文将深入探讨Vue3响应式原理的实现细节。

Vue2响应式系统的局限性回顾

在深入Vue3之前，我们先回顾一下Vue2响应式系统基于 Object.defineProperty 所面临的挑战：

1. 无法监听对象属性的添加或删除：Object.defineProperty 只能劫持已存在的属性。当向响应式对象添加新属性或删除现有属性时，Vue2无法检测到这些变化，需要使用 Vue.set 或 Vue.delete。
2. 无法监听数组通过索引修改元素或修改数组长度：Vue2通过重写数组的变异方法来解决部分问题，但直接通过索引修改数组元素（arr[index] = value）或修改 length 属性时，仍然无法被监听。
3. 需要深度遍历：初始化时需要递归遍历 data 对象的所有属性，即使有些属性可能永远不会被用到，这会带来一定的性能开销。
4. TypeScript支持不友好：由于 Object.defineProperty 的限制，Vue2的响应式系统在TypeScript中提供类型推断和类型安全方面存在一些挑战。

Proxy：Vue3响应式系统的基石

Vue3的响应式系统完全基于ES6的 Proxy 对象。Proxy 允许你创建一个对象的代理，从而拦截对该对象的所有操作，包括属性的读取、写入、删除、函数调用等。

Proxy 的优势

1. 直接代理对象：Proxy 可以直接代理整个对象，而不是像 Object.defineProperty 那样只代理对象的属性。这意味着它可以监听对象属性的添加和删除。
2. 监听数组所有操作：Proxy 可以完美地监听数组的所有操作，包括通过索引修改元素和修改 length 属性。
3. 惰性监听：Proxy 可以在需要时才进行深度监听，减少了初始化时的性能开销。
4. 更丰富的拦截能力：Proxy 提供了13种拦截器（trap），可以拦截几乎所有对对象的操作。

Proxy 和 Reflect

Vue3的响应式系统通常结合 Proxy 和 Reflect 一起使用。Reflect 是一个内置对象，它提供了一组静态方法，与 Proxy 的 trap 方法一一对应。使用 Reflect 可以更方便、更安全地操作被代理对象。

示例：

const data = {
    count: 0,
    user: { name: 'Alice' },
    arr: [1, 2, 3]
};

const handler = {
    get(target, key, receiver) {
        console.log(`Get property: ${key}`);
        // 依赖收集：在这里收集依赖
        return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set(target, key, value, receiver) {
        console.log(`Set property: ${key} to ${value}`);
        // 派发更新：在这里通知依赖更新
        return Reflect.set(target, key, value, receiver);
    },
    deleteProperty(target, key) {
        console.log(`Delete property: ${key}`);
        // 派发更新：在这里通知依赖更新
        return Reflect.deleteProperty(target, key);
    }
};

const proxyData = new Proxy(data, handler);

proxyData.count++; // Set property: count to 1
console.log(proxyData.count); // Get property: count

proxyData.user.age = 25; // Vue3可以监听新属性的添加
console.log(proxyData.user.age);

proxyData.arr[0] = 10; // Vue3可以监听数组索引修改
console.log(proxyData.arr[0]);

delete proxyData.user.name; // Vue3可以监听属性删除
console.log(proxyData.user.name); // undefined

Vue3响应式系统的核心实现

Vue3的响应式系统主要由以下几个模块组成：

1. reactive()：用于创建响应式对象。它接收一个普通JavaScript对象，并返回一个 Proxy 代理对象。
2. ref()：用于创建响应式基本类型数据（如 number, string, boolean）或对象。它返回一个 ref 对象，通过 .value 属性访问和修改其内部值。
3. effect()：用于创建一个响应式副作用函数（即 Watcher）。当副作用函数执行时，它会收集其中访问到的响应式数据的依赖。
4. track() (依赖收集)：在 Proxy 的 get 拦截器中调用，用于收集当前 effect 对该属性的依赖。
5. trigger() (派发更新)：在 Proxy 的 set 拦截器中调用，用于通知所有依赖该属性的 effect 重新执行。

简化版实现原理

// 存储所有响应式副作用函数的WeakMap
const targetMap = new WeakMap(); // key: target, value: Map<key, Set<effect>>

// 当前正在执行的响应式副作用函数
let activeEffect = null;

// 依赖收集函数
function track(target, key) {
    if (activeEffect) {
        let depsMap = targetMap.get(target);
        if (!depsMap) {
            targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
        }
        let dep = depsMap.get(key);
        if (!dep) {
            depsMap.set(key, (dep = new Set()));
        }
        dep.add(activeEffect); // 将当前effect添加到依赖集合中
    }
}

// 派发更新函数
function trigger(target, key) {
    const depsMap = targetMap.get(target);
    if (!depsMap) {
        return;
    }
    const dep = depsMap.get(key);
    if (dep) {
        dep.forEach(effect => effect()); // 遍历并执行所有依赖该属性的effect
    }
}

// 创建响应式对象
function reactive(target) {
    const proxy = new Proxy(target, {
        get(target, key, receiver) {
            track(target, key); // 依赖收集
            return Reflect.get(target, key, receiver);
        },
        set(target, key, value, receiver) {
            const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
            trigger(target, key); // 派发更新
            return result;
        }
    });
    return proxy;
}

// 创建响应式副作用函数
function effect(fn) {
    const effectFn = () => {
        activeEffect = effectFn; // 设置当前activeEffect
        fn(); // 执行副作用函数，触发getter进行依赖收集
        activeEffect = null; // 清除activeEffect
    };
    effectFn();
}

// 示例使用
const state = reactive({ count: 0, name: 'Vue' });

effect(() => {
    console.log(`Count is: ${state.count}`); // 第一次执行时，state.count的getter会收集这个effect
});

effect(() => {
    console.log(`Name is: ${state.name}`); // 第一次执行时，state.name的getter会收集这个effect
});

state.count++; // 触发state.count的setter，通知依赖更新，effect重新执行
state.name = 'Vue3'; // 触发state.name的setter，通知依赖更新，effect重新执行

总结

Vue3的响应式系统基于ES6的 Proxy 和 Reflect，彻底解决了Vue2中 Object.defineProperty 的局限性，实现了对对象属性的增删和数组所有操作的完美监听。通过 reactive、ref、effect、track 和 trigger 等核心机制，Vue3构建了一个更强大、更高效、更灵活的响应式系统，为开发者带来了更优秀的开发体验和更强大的功能。理解这一原理，是深入Vue3开发、优化应用性能的关键。