Vue3 源码解析（八）：ref 与 computed 原理揭秘

在 Vue3 新推出的响应式 API 中，Ref 系列毫无疑问是使用频率最高的 api 之一，而 computed 计算属性是一个在上一个版本中就非常熟悉的选项了，但是在 Vue3 中也提供了独立的 api 方便我们直接创建计算值。而今天这篇文章，笔者就会给大家讲解 ref 与 computed 的实现原理，让我们一起开始本章的学习吧。

ref

当我们有一个独立的原始值，例如一个字符串，我们想让它变成响应式的时候可以通过创建一个对象，将这个字符串以键值对的形式放入对象中，然后传递给 reactive。而 Vue 为我们提供了一个更容易的方式，通过 ref 来完成。

import { ref } from 'vue'
const count = ref(0)
console.log(count.value) // 0

count.value++
console.log(count.value) // 1

ref 会返回一个可变的响应式对象，该对象作为一个响应式的引用维护着它内部的值，这就是 ref 名称的来源。该对象只包含一个名为 value 的 property。

而 ref 究竟是如何实现的呢？

ref 的源码位置在 @vue/reactivity 的库内，路径是 packages/reactivity/src/ref.ts ，接下来我们就一起来看 ref 的实现。

export function ref<T extends object>(value: T): ToRef<T>
export function ref<T>(value: T): Ref<UnwrapRef<T>>
export function ref<T = any>(): Ref<T | undefined>
export function ref(value?: unknown) {
  return createRef(value)
}

从 ref api 的函数签名中，可以看到 ref 函数接收一个任意类型的值作为它的 value 参数，并返回一个 Ref 类型的值。

export interface Ref<T = any> {
  value: T
  [RefSymbol]: true
  _shallow?: boolean
}

从返回值 Ref 的类型定义中看出，ref 的返回值中有一个 value 属性，以及有一个私有的 symbol key，还有一个标识是否为 shallowRef 的_shallow 布尔类型的属性。

函数体内直接返回了 createRef 函数的返回值。

createRef

function createRef(rawValue: unknown, shallow = false) {
  if (isRef(rawValue)) {
    return rawValue
  }
  return new RefImpl(rawValue, shallow)
}

createRef 的实现也很简单，入参为 rawValue 与 shallow，rawValue 记录的创建 ref 的原始值，而 shallow 则是表明是否为 shallowRef 的浅层响应式 api。

函数的逻辑为先使用 isRef 判断是否为 rawValue，如果是的话则直接返回这个 ref 对象。

否则返回一个新创建的 RefImpl 类的实例对象。

RefImpl 类

class RefImpl<T> {
  private _value: T

  public readonly __v_isRef = true

  constructor(private _rawValue: T, public readonly _shallow: boolean) {
    // 如果是 shallow 浅层响应，则直接将 _value 置为 _rawValue，否则通过 convert 处理 _rawValue
    this._value = _shallow ? _rawValue : convert(_rawValue)
  }

  get value() {
    // 读取 value 前，先通过 track 收集 value 依赖
    track(toRaw(this), TrackOpTypes.GET, 'value')
    return this._value
  }

  set value(newVal) {
    // 如果需要更新
    if (hasChanged(toRaw(newVal), this._rawValue)) {
      // 更新 _rawValue 与 _value
      this._rawValue = newVal
      this._value = this._shallow ? newVal : convert(newVal)
      // 通过 trigger 派发 value 更新
      trigger(toRaw(this), TriggerOpTypes.SET, 'value', newVal)
    }
  }
}

在 RefImpl 类中，有一个私有变量 _value 用来存储 ref 的最新的值；公共的只读变量 __v_isRef 是用来标识该对象是一个 ref 响应式对象的标记与在讲述 reactive api 时的 ReactiveFlag 相同。

而在 RefImpl 的构造函数中，接受一个私有的 _rawValue 变量，存放 ref 的旧值；公共的 _shallow 变量是区分是否为浅层响应的。在构造函数内部，先判断 _shallow 是否为 true，如果是 shallowRef ，则直接将原始值赋值给 _value，否则会通过 convert 进行转换再赋值。

在 conver 函数的内部，其实就是判断传入的参数是否是一个对象，如果是一个对象则通过 reactive api 创建一个代理对象并返回，否则直接返回原参数。

当我们通过 ref.value 的形式读取该 ref 的值时，就会触发 value 的 getter 方法，在 getter 中会先通过 track 收集该 ref 对象的 value 的依赖，收集完毕后返回该 ref 的值。

当我们对 ref.value 进行修改时，又会触发 value 的 setter 方法，会将新旧 value 进行比较，如果值不同需要更新，则先更新新旧 value，之后通过 trigger 派发该 ref 对象的 value 属性的更新，让依赖该 ref 的副作用函数执行更新。

如果有朋友对于 track 收集依赖，trigger 派发更新比较迷糊的话，建议先阅读我的上一篇文章，在上一篇文章中笔者仔细讲解了这个过程，至此 ref 的实现笔者就给大家解释清楚了。

computed

在文档中关于 computed api 是这样介绍的：接受一个 getter 函数，并以 getter 函数的返回值返回一个不可变的响应式 ref 对象。或者它也可以使用具有 get 和 set 函数的对象来创建一个可写的 ref 对象。

computed 函数

根据这个 api 的描述，显而易见的能够知道 computed 接受一个函数或是对象类型的参数，所以我们先从它的函数签名看起。

export function computed<T>(getter: ComputedGetter<T>): ComputedRef<T>
export function computed<T>(
  options: WritableComputedOptions<T>
): WritableComputedRef<T>
export function computed<T>(
  getterOrOptions: ComputedGetter<T> | WritableComputedOptions<T>
)

在 computed 函数的重载中，代码第一行接收 getter 类型的参数，并返回 ComputedRef 类型的函数签名是文档中描述的第一种情况，接受 getter 函数，并以 getter 函数的返回值返回一个不可变的响应式 ref 对象。

而在第二行代码中，computed 函数接受一个 options 对象，并返回一个可写的 ComputedRef 类型，是文档的第二种情况，创建一个可写的 ref 对象。

第三行代码，则是这个函数重载的最宽泛情况，参数名已经提现了这一点：getterOrOptions。

一起看一下 computed api 中相关的类型定义：

export interface ComputedRef<T = any> extends WritableComputedRef<T> {
  readonly value: T
}

export interface WritableComputedRef<T> extends Ref<T> {
  readonly effect: ReactiveEffect<T>
}

export type ComputedGetter<T> = (ctx?: any) => T
export type ComputedSetter<T> = (v: T) => void

export interface WritableComputedOptions<T> {
  get: ComputedGetter<T>
  set: ComputedSetter<T>
}

从类型定义中得知：WritableComputedRef 以及 ComputedRef 都是扩展自 Ref 类型的，这也就理解了文档中为什么说 computed 返回的是一个 ref 类型的响应式对象。

接下来看一下 computed api 的函数体内的完整逻辑：

export function computed<T>(
  getterOrOptions: ComputedGetter<T> | WritableComputedOptions<T>
) {
  let getter: ComputedGetter<T>
  let setter: ComputedSetter<T>

  // 如果 参数 getterOrOptions 是一个函数
  if (isFunction(getterOrOptions)) {
       // 那么这个函数必然就是 getter，将函数赋值给 getter
    getter = getterOrOptions
    // 这种场景下如果在 DEV 环境下访问 setter 则报出警告
    setter = __DEV__
      ? () => {
          console.warn('Write operation failed: computed value is readonly')
        }
      : NOOP
  } else {
    // 这个判断里，说明参数是一个 options，则取 get、set 赋值即可
    getter = getterOrOptions.get
    setter = getterOrOptions.set
  }
  
  return new ComputedRefImpl(
    getter,
    setter,
    isFunction(getterOrOptions) || !getterOrOptions.set
  ) as any
}

在 computed api 中，首先会判断传入的参数是一个 getter 函数还是 options 对象，如果是函数的话则这个函数只能是 getter 函数无疑，此时将 getter 赋值，并且在 DEV 环境中访问 setter 不会成功，同时会报出警告。如果传入是不是函数，computed 就会将它作为一个带有 get、set 属性的对象处理，将对象中的 get、set 赋值给对应的 getter、setter。最后在处理完成后，会返回一个 ComputedRefImpl 类的实例对象，computed api 就处理完成。

ComputedRefImpl 类

这个类与我们之前介绍的 RefImpl Class 类似，但构造函数中的逻辑有点区别。

先看类中的成员变量：

class ComputedRefImpl<T> {
  private _value!: T
  private _dirty = true

  public readonly effect: ReactiveEffect<T>

  public readonly __v_isRef = true;
  public readonly [ReactiveFlags.IS_READONLY]: boolean
}

跟 RefImpl 类相比，增加了 _dirty 私有成员变量，一个 effect 的只读副作用函数变量，以及增加了一个 __v_isReadonly 标记。

接着看一下构造函数中的逻辑：

constructor(
  getter: ComputedGetter<T>,
  private readonly _setter: ComputedSetter<T>,
  isReadonly: boolean
) {
  this.effect = effect(getter, {
    lazy: true,
    scheduler: () => {
      if (!this._dirty) {
        this._dirty = true
        trigger(toRaw(this), TriggerOpTypes.SET, 'value')
      }
    }
  })

  this[ReactiveFlags.IS_READONLY] = isReadonly
}

构造函数中，会为 getter 创建一个副作用函数，并且在副作用选项中设置为延迟执行，并且增加了调度器。在调度器中会判断 this._dirty 标记是否为 false，如果是的话，将 this._dirty 置为 true，并且利用 trigger 派发更新。如果对这个副作用的执行时机，以及副作用中调度器是什么时候执行这些问题犯迷糊的同学，还是建议阅读上一篇文章，先把 effect 副作用搞明白，再去理解响应式的其他 api 必然是事半功倍的。

get value() {
  // 这个 computed ref 有可能是被其他代理对象包裹的
  const self = toRaw(this)
  if (self._dirty) {
    // getter 时执行副作用函数，派发更新，这样能更新依赖的值
    self._value = this.effect()
    self._dirty = false
  }
  // 调用 track 收集依赖
  track(self, TrackOpTypes.GET, 'value')
  // 返回最新的值
  return self._value
}

set value(newValue: T) {
  // 执行 setter 函数
  this._setter(newValue)
}

在 computed 中，通过 getter 函数获取值时，会先执行副作用函数，并将副作用函数的返回值赋值给 _value，并将 _dirty 的值赋值给 false，这就可以保证如果 computed 中的依赖没有发生变化，则副作用函数不会再次执行，那么在 getter 时获取到的 _dirty 始终是 false，也不需要再次执行副作用函数，节约开销。之后通过 track 收集依赖，并返回 _value 的值。

而在 setter 中，只是执行我们传入的 setter 逻辑，至此 computed api 的实现也已经讲解完毕了。

总结

在本文中，以上文副作用函数和依赖收集派发更新的知识点为基础，笔者为大家讲解了 ref 和 computed 两个在 Vue3 响应式中最常用的 api 的实现，这两个 api 都是在创建时返回了一个类实例，在实例中的构造函数以及对 value 属性设置的 get 和 set 完成响应式追踪。

当我们在学会使用这些的同时，并能知其所以然一定能够帮我们在使用这些 api 时发挥出它最大的作用，同时也能够让你在写出了一些不符合你预期代码的时候，快速的定位问题，能搞定究竟是自己写的不对，还是本身 api 并不支持某种调用方式。

最后，如果这篇文章能够帮助到你了解 Vue3 中的响应式 api ref 和 computed 的实现原理，希望能给本文点一个喜欢❤️。如果想继续追踪后续文章，也可以关注我的账号或 follow 我的 github，再次谢谢各位可爱的看官老爷。