Vue计算属性缓存机制与性能优化详解

Vue 计算属性基础概念

在 Vue 开发中，计算属性是一个非常重要的特性。它允许我们基于响应式数据定义一些“派生”的数据，这些数据会根据其依赖的响应式数据的变化而自动更新。计算属性本质上是基于 Vue 的依赖追踪系统实现的。

我们先来看一个简单的例子，假设我们有一个 Vue 实例，其中包含两个数据属性 firstName 和 lastName，我们想要得到一个完整的姓名 fullName。如果不使用计算属性，我们可能会这样做：

<template>
  <div>
    <input v-model="firstName">
    <input v-model="lastName">
    <p>{{ firstName + ' ' + lastName }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      firstName: 'John',
      lastName: 'Doe'
    }
  }
}
</script>

虽然这样能够实现功能，但如果在模板中多次使用 firstName + ' ' + lastName 这样的表达式，会导致代码冗余，而且每次重新渲染模板时，这个表达式都会被重新计算。

使用计算属性，代码可以更简洁和高效：

<template>
  <div>
    <input v-model="firstName">
    <input v-model="lastName">
    <p>{{ fullName }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      firstName: 'John',
      lastName: 'Doe'
    }
  },
  computed: {
    fullName() {
      return this.firstName + ' ' + this.lastName;
    }
  }
}
</script>

在上述代码中，我们在 computed 选项中定义了 fullName 计算属性。Vue 会自动追踪 fullName 计算属性依赖的 firstName 和 lastName。当 firstName 或 lastName 发生变化时，fullName 会重新计算，而在其他情况下，fullName 会使用缓存的值。

计算属性的缓存机制原理

依赖追踪系统：Vue 的依赖追踪系统是其响应式系统的核心。每个 Vue 实例都有一个 Watcher 实例，用于追踪实例数据的变化。当计算属性被访问时，会为其创建一个 Watcher。这个 Watcher 会记录下计算属性函数中访问的所有响应式数据，这些数据就是该计算属性的依赖。例如，在 fullName 计算属性中，this.firstName 和 this.lastName 就是依赖。当 firstName 或 lastName 发生变化时，Vue 的依赖追踪系统会通知 fullName 计算属性的 Watcher，告诉它其依赖发生了变化，需要重新计算。
缓存实现：计算属性在首次被访问时，会执行其定义的函数并计算出结果，同时会将这个结果缓存起来。之后再次访问该计算属性时，如果其依赖的响应式数据没有发生变化，就直接返回缓存中的值，而不会重新执行计算属性函数。这是通过在计算属性的 Watcher 中维护一个 dirty 标志来实现的。当计算属性首次计算时，dirty 标志被设置为 false，并且缓存计算结果。当依赖的数据发生变化时，dirty 标志被设置为 true。下次访问计算属性时，如果 dirty 为 true，则重新计算并更新缓存，同时将 dirty 设为 false；如果 dirty 为 false，则直接返回缓存的值。

计算属性与方法的区别

计算属性的缓存特性：如前面所述，计算属性具有缓存机制，只有在其依赖的响应式数据发生变化时才会重新计算。而方法则不同，每次在模板中调用方法时，都会重新执行该方法的函数体。例如，我们定义一个方法来获取完整姓名：

<template>
  <div>
    <input v-model="firstName">
    <input v-model="lastName">
    <p>{{ getFullName() }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      firstName: 'John',
      lastName: 'Doe'
    }
  },
  methods: {
    getFullName() {
      return this.firstName + ' ' + this.lastName;
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，每次模板重新渲染时，getFullName 方法都会被调用并重新计算结果，即使 firstName 和 lastName 没有发生变化。 2. 适用场景：计算属性适用于需要基于其他响应式数据进行复杂计算，并且计算结果不经常变化的场景。例如，在电商应用中，计算商品的总价（单价 * 数量），如果单价和数量不频繁变化，使用计算属性可以提高性能。而方法适用于那些需要实时执行某些操作，不依赖缓存的场景。比如，点击按钮触发一个方法来发送网络请求，这个操作每次执行都需要实时获取最新的结果，不适合使用计算属性。

计算属性在性能优化中的应用

减少不必要的计算：在复杂的应用中，可能会有大量的响应式数据和复杂的计算逻辑。如果不使用计算属性，在模板中直接使用表达式进行计算，可能会导致这些计算在每次模板重新渲染时都执行一遍，浪费性能。例如，假设我们有一个包含大量数据的列表，并且需要根据列表中某些数据的总和进行一些显示逻辑。如果每次渲染模板时都重新计算总和，会严重影响性能。使用计算属性，只有当列表数据发生变化时，总和才会重新计算，从而减少了不必要的计算。

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="(item, index) in list" :key="index">{{ item.value }}</li>
    </ul>
    <p>Total: {{ totalValue }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      list: [
        { value: 1 },
        { value: 2 },
        { value: 3 }
      ]
    }
  },
  computed: {
    totalValue() {
      return this.list.reduce((acc, item) => acc + item.value, 0);
    }
  }
}
</script>

在上述代码中，totalValue 计算属性只有在 list 数据发生变化时才会重新计算，提高了性能。 2. 优化复杂逻辑处理：当涉及到复杂的逻辑判断和处理时，计算属性可以将这些逻辑封装起来，使模板更加简洁，同时也利用了缓存机制。比如，在一个任务管理应用中，我们有任务列表，每个任务有完成状态和优先级。我们想要根据任务的完成状态和优先级来进行不同的显示。

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="(task, index) in tasks" :key="index">
        <span v-if="task.isCompleted">Completed - </span>
        <span :class="taskPriorityClass(task)">{{ task.title }}</span>
      </li>
    </ul>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      tasks: [
        { title: 'Task 1', isCompleted: false, priority: 'high' },
        { title: 'Task 2', isCompleted: true, priority: 'low' }
      ]
    }
  },
  computed: {
    taskPriorityClass() {
      return task => {
        if (task.priority === 'high') {
          return 'high-priority';
        } else if (task.priority === 'medium') {
          return'medium-priority';
        } else {
          return 'low-priority';
        }
      };
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，taskPriorityClass 计算属性返回一个函数，这个函数根据任务的优先级返回相应的类名。这样，在模板中调用 taskPriorityClass(task) 时，只有当任务数据发生变化时，才会重新计算类名，优化了复杂逻辑的处理。

计算属性的缓存失效场景

依赖的响应式数据变化：这是最常见的缓存失效场景。当计算属性依赖的任何一个响应式数据发生变化时，计算属性的 Watcher 会收到通知，其 dirty 标志会被设置为 true，下次访问计算属性时会重新计算。例如，在前面 fullName 的例子中，如果 firstName 或 lastName 被修改，fullName 的缓存就会失效，下次访问 fullName 时会重新计算。
计算属性函数中的非响应式数据变化：虽然计算属性主要依赖响应式数据，但如果在计算属性函数中使用了非响应式数据，并且这个非响应式数据发生变化，计算属性不会自动重新计算，因为 Vue 的依赖追踪系统无法追踪非响应式数据的变化。

<template>
  <div>
    <input v-model="firstName">
    <input v-model="lastName">
    <button @click="updateSuffix">Update Suffix</button>
    <p>{{ fullNameWithSuffix }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      firstName: 'John',
      lastName: 'Doe',
      suffix: 'Jr.'
    }
  },
  computed: {
    fullNameWithSuffix() {
      return this.firstName + ' ' + this.lastName + ' ' + this.suffix;
    }
  },
  methods: {
    updateSuffix() {
      this.suffix = 'Sr.';
    }
  }
}
</script>

在上述代码中，suffix 不是响应式数据，当点击按钮调用 updateSuffix 方法修改 suffix 时，fullNameWithSuffix 不会自动重新计算，因为 Vue 不知道 suffix 发生了变化。要解决这个问题，可以将 suffix 变为响应式数据，例如使用 Vue.observable 或 reactive（在 Vue 3 中）。 3. 组件实例销毁与重建：当 Vue 组件实例被销毁并重新创建时，计算属性的缓存也会被重置。因为新的组件实例会重新创建 Watcher 等相关对象，之前的缓存也就不再有效。

计算属性与侦听器结合使用的性能优化

侦听器的基本概念：侦听器（watchers）允许我们监听一个或多个响应式数据的变化，并在数据变化时执行特定的操作。与计算属性不同，侦听器更侧重于在数据变化时执行副作用操作，如发送网络请求、修改其他数据等。
结合使用场景：在一些情况下，计算属性和侦听器可以结合使用来实现更好的性能优化。例如，当我们有一个复杂的计算属性，其依赖的某个数据变化时，除了重新计算该计算属性外，还需要执行一些其他的操作，这时可以使用侦听器来监听这个数据的变化。假设我们有一个电商购物车应用，购物车中商品的总价是一个计算属性，当商品数量发生变化时，我们不仅要重新计算总价，还要更新本地存储中的购物车数据。

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="(item, index) in cartItems" :key="index">
        {{ item.name }} - Quantity: <input type="number" v-model="item.quantity">
      </li>
    </ul>
    <p>Total Price: {{ totalPrice }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      cartItems: [
        { name: 'Product 1', price: 10, quantity: 1 },
        { name: 'Product 2', price: 20, quantity: 2 }
      ]
    }
  },
  computed: {
    totalPrice() {
      return this.cartItems.reduce((acc, item) => acc + item.price * item.quantity, 0);
    }
  },
  watch: {
    'cartItems.$.quantity': {
      immediate: true,
      handler(newValue, oldValue) {
        localStorage.setItem('cart', JSON.stringify(this.cartItems));
      }
    }
  }
}
</script>

在上述代码中，totalPrice 是计算属性，用于计算购物车商品的总价。通过侦听器监听 cartItems 数组中每个商品的 quantity 属性变化，当 quantity 变化时，除了 totalPrice 计算属性会重新计算外，还会将更新后的购物车数据存储到本地存储中。这样，既利用了计算属性的缓存机制优化了总价的计算，又通过侦听器实现了数据变化时的额外操作。

计算属性在大型项目中的性能考量

合理划分计算属性：在大型项目中，数据结构可能非常复杂，响应式数据众多。为了更好地利用计算属性的缓存机制，需要合理划分计算属性。将相关的响应式数据对应的计算逻辑封装到一个计算属性中，避免计算属性之间的依赖关系过于复杂。例如，在一个企业资源管理（ERP）系统中，可能有员工信息、部门信息、项目信息等大量数据。对于员工相关的计算，如员工的总薪资（基本工资 + 奖金等），应该将与员工薪资计算相关的响应式数据作为该计算属性的依赖，而不是与其他不相关的数据混合在一起。这样可以确保当员工薪资相关数据变化时，只重新计算与薪资相关的计算属性，而不会影响其他计算属性的缓存。
监控计算属性的性能：随着项目规模的扩大，计算属性的性能可能会成为瓶颈。可以使用浏览器的性能分析工具（如 Chrome DevTools 的 Performance 面板）来监控计算属性的计算时间和重新计算频率。如果发现某个计算属性的计算时间过长或重新计算过于频繁，可以进一步优化其计算逻辑，或者检查其依赖的响应式数据是否设置合理。例如，如果某个计算属性在每次页面滚动时都会重新计算，而实际上其依赖的数据并没有因为滚动而变化，就需要检查是否错误地将滚动相关的事件或数据纳入了该计算属性的依赖中。
异步计算属性（Vue 3 中的新特性）：在 Vue 3 中，可以通过 computed 函数结合 Promise 来实现异步计算属性。这在处理一些需要异步获取数据并进行计算的场景中非常有用。例如，从服务器获取一些数据后进行复杂的计算。异步计算属性同样具有缓存机制，只有当依赖的响应式数据发生变化时，才会重新发起异步操作并重新计算。

<template>
  <div>
    <p>{{ asyncComputedValue }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, computed } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const dataSource = ref(1);
    const asyncComputedValue = computed(async () => {
      const response = await fetch(`https://example.com/api?data=${dataSource.value}`);
      const result = await response.json();
      return result.value * 2;
    });

    return {
      asyncComputedValue
    };
  }
}
</script>

在这个例子中，asyncComputedValue 是一个异步计算属性，只有当 dataSource 发生变化时，才会重新发起网络请求并重新计算结果，利用了缓存机制，提高了性能。

计算属性的缓存机制与 Vuex 的结合

Vuex 中的状态与计算属性：Vuex 是 Vue 应用的状态管理模式。在 Vuex 中，我们可以定义状态（state）、突变（mutations）、动作（actions）和 getters。其中，getters 类似于 Vue 组件中的计算属性，它们也是基于状态派生出来的数据，并且具有缓存机制。例如，假设我们有一个 Vuex 模块用于管理购物车：

const cartModule = {
  state: {
    cartItems: [
      { name: 'Product 1', price: 10, quantity: 1 },
      { name: 'Product 2', price: 20, quantity: 2 }
    ]
  },
  getters: {
    totalCartPrice(state) {
      return state.cartItems.reduce((acc, item) => acc + item.price * item.quantity, 0);
    }
  }
};

在上述代码中，totalCartPrice 是一个 Vuex 的 getter，它基于 cartItems 状态计算购物车的总价。类似于 Vue 组件的计算属性，只有当 cartItems 发生变化时，totalCartPrice 才会重新计算。 2. 在组件中使用 Vuex 的 getters 与本地计算属性结合：在 Vue 组件中，可以将 Vuex 的 getters 和本地计算属性结合使用来实现更灵活的性能优化。例如，我们可能有一个组件需要显示购物车总价，并且还需要根据总价进行一些本地的计算。

<template>
  <div>
    <p>Total Cart Price: {{ totalCartPrice }}</p>
    <p>Discounted Price: {{ discountedPrice }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { mapGetters } from 'vuex';

export default {
  computed: {
  ...mapGetters(['totalCartPrice']),
    discountedPrice() {
      return this.totalCartPrice * 0.9;
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，totalCartPrice 是从 Vuex 的 getters 中获取的，它利用了 Vuex 的缓存机制。而 discountedPrice 是组件本地的计算属性，基于 totalCartPrice 进行计算。这样，既利用了 Vuex 的状态管理和缓存，又在组件内实现了额外的计算逻辑，提高了性能和代码的可维护性。

总结计算属性缓存机制与性能优化的要点

利用缓存减少计算：计算属性的缓存机制是其性能优化的核心。在设计计算属性时，要确保将依赖的响应式数据准确设置，这样才能充分利用缓存，避免不必要的重复计算。
区分计算属性与方法：明确计算属性适用于缓存结果的场景，而方法适用于实时执行操作的场景。合理选择使用计算属性或方法，可以提高应用的性能和响应速度。
结合侦听器：在需要在数据变化时执行副作用操作的场景下，结合计算属性和侦听器可以实现更好的性能和功能。计算属性负责数据的计算和缓存，侦听器负责执行额外的操作。
大型项目中的优化：在大型项目中，要合理划分计算属性，监控计算属性的性能，并利用好异步计算属性等新特性。同时，在使用 Vuex 时，要结合 Vuex 的 getters 和组件本地计算属性，实现更高效的状态管理和性能优化。

通过深入理解和合理运用 Vue 计算属性的缓存机制，我们可以在前端开发中有效地提升应用的性能，为用户提供更流畅的体验。无论是小型项目还是大型项目，计算属性的性能优化都是值得关注和深入研究的重要方面。