Vue3 的响应式系统源码级自定义调度器与异步批处理优化原理

一、题目描述
这个知识点主要探讨 Vue3 响应式系统中自定义调度器的实现机制，以及如何通过调度器实现异步批处理优化。面试中常会问：“Vue3 如何通过调度器控制副作用函数的执行时机？”、“Vue3 的异步更新队列是如何工作的？”等问题。理解这个原理能让你深入掌握 Vue3 性能优化的核心机制。

二、解题过程详解

步骤1：调度器的基本概念
调度器是 effect 的一个配置选项，当响应式数据变化时，Vue3 不立即执行副作用函数，而是将执行控制权交给调度器。调度器本质是一个函数，接收 effect 函数作为参数，可以决定何时、以何种方式执行它。这为批处理、异步更新等优化提供了基础。

步骤2：调度器的源码结构
在 packages/reactivity/src/effect.ts 中，ReactiveEffect 类包含一个可选属性 scheduler：

export class ReactiveEffect<T = any> {
  public scheduler?: EffectScheduler
  // ... 其他属性
  constructor(
    public fn: () => T,
    public scheduler: EffectScheduler | null = null
  ) {
    // ...
  }
}

EffectScheduler 类型定义为：export type EffectScheduler = (...args: any[]) => any

步骤3：trigger 阶段调度器的触发流程
当响应式数据变化时，trigger 函数会遍历依赖集合（deps）中的每个 effect：

function trigger(target, type, key, newValue, oldValue) {
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) return
  
  const effects = new Set<ReactiveEffect>()
  // 收集依赖...
  
  effects.forEach(effect => {
    if (effect.scheduler) {
      // 如果有调度器，将执行权交给调度器
      effect.scheduler(effect)
    } else {
      // 否则立即执行
      effect.run()
    }
  })
}

步骤4：Vue3 内置的异步批处理调度器实现
Vue3 在 runtime-core/src/scheduler.ts 中实现了默认的异步批处理调度器：

const queue: SchedulerJob[] = []
let isFlushing = false
let isFlushPending = false

function queueJob(job: SchedulerJob) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job)
    queueFlush()
  }
}

function queueFlush() {
  if (!isFlushing && !isFlushPending) {
    isFlushPending = true
    // 使用微任务异步执行
    nextTick(flushJobs)
  }
}

function flushJobs() {
  isFlushPending = false
  isFlushing = true
  
  // 对任务进行排序，确保：
  // 1. 父组件在子组件之前更新
  // 2. 用户定义的watch在渲染之前执行
  // 3. 如果一个组件在父组件更新时被卸载，跳过其更新
  queue.sort((a, b) => getId(a) - getId(b))
  
  try {
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i]
      if (job) {
        job()
      }
    }
  } finally {
    isFlushing = false
    queue.length = 0
  }
}

步骤5：调度器与组件更新的结合
在组件更新时，setupRenderEffect 会创建一个 effect 并设置调度器：

const effect = new ReactiveEffect(
  componentUpdateFn,
  () => queueJob(update)  // 调度器将更新任务加入队列
)

步骤6：nextTick 的实现原理
nextTick 是异步批处理的关键，它会优先使用 Promise.then，降级到 MutationObserver，最后用 setTimeout：

const p = Promise.resolve()
export function nextTick(fn?: () => void): Promise<void> {
  return fn ? p.then(fn) : p
}

步骤7：自定义调度器的应用场景
开发者在 watch 或 computed 中可自定义调度器：

watch(
  () => data.value,
  (newVal, oldVal) => {
    // 副作用逻辑
  },
  {
    scheduler(fn) {
      // 自定义调度逻辑，如节流
      if (!this.pending) {
        this.pending = true
        setTimeout(() => {
          fn()
          this.pending = false
        }, 1000)
      }
    }
  }
)

步骤8：批处理优化的关键点

1. 去重：同一个 effect 在同一个事件循环中只会被加入队列一次
2. 执行顺序：确保父组件先于子组件更新，避免不必要的子组件渲染
3. 生命周期保证：在 flushJobs 中，组件的更新会在适当的生命周期钩子中执行

步骤9：调度器与响应式系统的协同
当响应式数据变化时：

数据变化 → trigger → 检查 effect.scheduler
    ↓
如有调度器 → 调用 scheduler(effect) → 加入队列
    ↓
无调度器 → 立即执行 effect.run()
    ↓
异步队列 → nextTick(flushJobs) → 微任务中批量执行

三、总结
Vue3 通过自定义调度器机制，将响应式变化的触发与副作用执行解耦，实现了：

1. 异步批处理更新，减少不必要的重复渲染
2. 开发者可自定义调度策略，实现节流、防抖等优化
3. 确保组件更新顺序的稳定性
4. 与微任务机制结合，在一次事件循环中批量处理所有变更

这种设计是 Vue3 性能优于 Vue2 的关键之一，它避免了 Vue2 中每个数据变化立即触发 watcher 的性能开销。