Vue3 的响应式系统源码级 effect 的 scheduler 选项与批量更新调度优化原理

一、知识描述
scheduler 是 Vue3 响应式系统中 effect 函数的一个关键配置选项，它允许开发者自定义副作用函数的调度执行时机。这个机制是实现异步批处理更新、计算属性延迟计算、watch 回调调度等高级特性的核心。通过 scheduler，Vue3 可以将多个同步触发的更新任务收集起来，在下一个事件循环中批量执行，从而避免不必要的重复计算和渲染，显著提升性能。

二、循序渐进讲解

1. 前置知识回顾

• effect：副作用函数，是 Vue3 响应式系统的基本单元。当响应式数据变化时，与之关联的 effect 会被重新执行。
• 依赖收集：通过 track 函数，在 effect 执行时，将当前 effect 记录到响应式数据的依赖映射中。
• 触发更新：通过 trigger 函数，在响应式数据变化时，取出所有关联的 effect 并执行。

2. 没有 scheduler 的基本流程

// 简化的 effect 执行逻辑（无 scheduler）
function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) return
  const effects = depsMap.get(key)
  effects && effects.forEach(effect => {
    effect() // 直接同步执行副作用函数
  })
}

问题：如果同一个响应式数据在同一个同步任务中被多次修改，关联的 effect 会被同步触发多次，造成性能浪费。

3. scheduler 的引入与基本结构
effect 函数接受一个选项对象，其中包含 scheduler 属性：

effect(
  () => { console.log('副作用执行') },
  {
    scheduler(effect) { // effect 是副作用函数本身
      // 自定义调度逻辑
      queueJob(effect) // 典型的入队操作
    }
  }
)

在 trigger 函数中，优先执行 scheduler：

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) return
  const effects = depsMap.get(key)
  const effectsToRun = new Set()
  effects && effects.forEach(effect => {
    // 如果 effect 存在 scheduler，则执行 scheduler 而不是直接运行 effect
    if (effect.scheduler) {
      effect.scheduler(effect) // 将调度权交给 scheduler
    } else {
      effectsToRun.add(effect)
    }
  })
  effectsToRun.forEach(effect => effect()) // 没有 scheduler 的才直接执行
}

4. Vue3 的队列实现（queueJob 与 queueFlush）
Vue3 维护了一个队列来管理需要调度的任务：

const queue = [] // 任务队列
let isFlushing = false // 是否正在刷新队列
let isFlushPending = false // 是否等待刷新
const resolvedPromise = Promise.resolve() // 用于创建微任务

function queueJob(job) {
  // 去重：同一个 job 只添加一次
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job)
  }
  // 触发队列刷新
  queueFlush()
}

function queueFlush() {
  if (!isFlushing && !isFlushPending) {
    isFlushPending = true
    // 使用微任务延迟执行
    resolvedPromise.then(flushJobs)
  }
}

5. 批量执行与任务排序（flushJobs）

function flushJobs() {
  isFlushPending = false
  isFlushing = true
  
  // 重要：任务排序，确保：
  // 1. 父组件的更新优先于子组件（因为父组件id较小）
  // 2. 用户自定义的 watch 回调在组件更新后执行
  // 3. 如果一个组件在父组件更新时被卸载，它的更新可以被跳过
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
  
  for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
    const job = queue[i]
    job() // 执行任务
  }
  
  queue.length = 0 // 清空队列
  isFlushing = false
  // 注意：在 flushJobs 执行过程中，可能又有新任务被加入队列
  // 如果此时队列不为空，需要再次刷新
  if (queue.length) {
    queueFlush()
  }
}

6. 在组件更新中的具体应用
在组件渲染的 setupRenderEffect 中：

function setupRenderEffect(instance, vnode, container) {
  instance.update = effect(() => {
    // 组件渲染逻辑
    const subTree = render.call(instance.proxy)
    patch(prevTree, subTree, container)
  }, {
    scheduler: () => {
      // 将组件更新任务加入队列
      queueJob(instance.update)
    }
  })
}

这样，当多个响应式数据变化触发同一个组件更新时，更新函数只会被加入队列一次。

7. watch 和 computed 中的调度应用

• watch：默认使用 scheduler 将回调推迟到组件更新之后执行
• computed：通过 scheduler 实现惰性重新计算，只有在真正读取 value 时才重新计算

8. 性能优势总结

1. 去重优化：同一个 effect 在单次事件循环中只执行一次
2. 批量更新：多个数据变化触发的更新合并为一次渲染
3. 执行顺序控制：确保父组件先于子组件更新
4. 异步执行：避免同步执行导致的中间状态渲染

三、实际例子

const state = reactive({ count: 0, name: 'vue' })

effect(() => {
  console.log('渲染:', state.count, state.name)
}, {
  scheduler(effect) {
    console.log('调度任务')
    setTimeout(effect, 0) // 可以改为宏任务执行
  }
})

// 同步修改两次
state.count++
state.name = 'vue3'
// 输出："调度任务" 只打印一次
// 然后（下一个事件循环）输出："渲染: 1 vue3"

这个机制确保了无论同步修改多少次响应式数据，副作用函数在单个事件循环中只执行一次。