Vue源码:计算属性是如何实现缓存？（详讲）

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

本篇文章默认您已经了解了Vue的响应式原理是如何实现的，如果不懂，可以看看我之前写的这篇有关响应式原理的文章：Vue的响应式原理

示例

<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>

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

初始化computed

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); }

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)
}

• 首先定义一个空对象，然后挂载到全局实例上
• 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
}

• deps:用于收集watcher的数组
• dirty：用于标记该计算属性是否需要重新求值
• getter：该计算属性的函数，此例中为sum函数
• lazy：标记该watcher为计算watcher，而不是渲染watcher
• value：计算属性返回的值，初试状态为undefined

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
        }
    }
})

是不是看着有点眼熟，与响应式系统里面数据劫持很像，其实这个专门为计算属性做的数据劫持，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
}

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 和 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
}

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.
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
}

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
}

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 count 的 get 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
  },
})

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)
  }
}

其实这里是调用 Dep.target.addDep(this) 去收集，又绕回到 计算watcher 的 addDep 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)
}

又回到 dep 上去了。

class Dep {
  subs = []

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

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
}

count的dep:

{
    subs: [ sum的计算watcher ]
}

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watcher 的 getter 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
}

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
        }
    }
})

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()
  }
}

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)
    }
  }
}

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 ]
}

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()
    }
  })
})

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()
    }
  }
}

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
  }
}

wtf，就这么一句话…… 没错，就仅仅是把 计算watcher 的 dirty 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
        }
    }
})

由于上一步中的响应式属性更新，触发了 计算 watcher 的 dirty 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>

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 和 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：

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。

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。

文章转自：Vue 的计算属性真的会缓存吗？（保姆级教学，原理深入揭秘）