Vue3 的响应式系统源码级 computed 的实现原理与缓存机制

知识点描述
computed 属性是 Vue3 响应式系统的核心功能之一，它能够基于响应式数据自动计算并缓存结果。当依赖的响应式数据未变化时，computed 会直接返回缓存值而不重新计算，这种缓存机制对性能优化至关重要。

实现原理详解

1. computed 的基本结构

class ComputedRefImpl<T> {
  private _value!: T
  private _dirty = true  // 缓存标识
  public readonly effect: ReactiveEffect<T>
  
  constructor(getter: ComputedGetter<T>) {
    this.effect = new ReactiveEffect(getter, () => {
      if (!this._dirty) {
        this._dirty = true  // 依赖变化时标记为脏值
        trigger(this, TriggerOpTypes.SET, 'value')
      }
    })
  }
  
  get value() {
    track(this, TrackOpTypes.GET, 'value')
    if (this._dirty) {
      this._value = this.effect.run()
      this._dirty = false  // 计算完成后标记为干净值
    }
    return this._value
  }
}

2. 依赖收集与缓存标识

• 当首次访问 computed 的 value 时，会执行 getter 函数并建立依赖关系
• _dirty 标志位控制是否需要进行重新计算：
  • true：需要重新计算（依赖数据已变化）
  • false：直接返回缓存值

3. 响应式更新流程

// 示例代码演示更新过程
const count = ref(0)
const double = computed(() => count.value * 2)

// 首次访问：计算并缓存
console.log(double.value) // 输出 0
// 执行过程：
// 1. track(double, 'value') 建立依赖关系
// 2. _dirty=true → 执行effect.run() → 计算得0
// 3. 设置_dirty=false，缓存结果

// 依赖数据变化
count.value = 1
// 触发computed的scheduler：
// 1. 设置_dirty=true（标记需要重新计算）
// 2. trigger(double, 'set', 'value') 通知依赖方

// 再次访问：检测到_dirty=true，重新计算
console.log(double.value) // 输出 2

4. 懒计算机制

• computed 采用懒计算策略：只有在真正访问 value 时才执行计算
• 与 watchEffect 的立即执行形成对比，避免不必要的计算开销

5. 嵌套 computed 的处理

const a = ref(1)
const b = computed(() => a.value + 1)
const c = computed(() => b.value + 1)

// 依赖链：a → b → c
a.value = 2
// 更新流程：
// 1. a变化触发b的scheduler，标记b为dirty
// 2. b变化触发c的scheduler，标记c为dirty
// 3. 访问c.value时，逐级重新计算

6. 缓存失效策略

• 当 computed 的依赖项发生变化时，scheduler 会被触发
• scheduler 将 _dirty 设为 true，但不会立即重新计算
• 这种延迟计算策略确保在多次同步修改依赖时只计算一次

性能优化要点

1. 计算延迟：依赖变化时不立即计算，等到访问时再计算
2. 值缓存：相同依赖状态下直接返回缓存值
3. 依赖追踪：基于响应式系统自动管理依赖关系
4. 懒执行：无访问不计算，减少不必要的性能开销

这种实现机制确保了 computed 属性既具备响应式特性，又通过智能缓存避免了重复计算，在复杂计算场景下能显著提升性能。