Solid.js性能调优：createMemo的依赖追踪机制

Solid.js 中的 createMemo 概述

在 Solid.js 的生态中，createMemo 是一个极为重要的函数，它被设计用于创建一个记忆化的值。记忆化（Memoization）是一种优化技术，其核心目的是通过缓存函数的返回值，避免在相同输入的情况下重复计算。这在前端开发场景中，对于提升性能有着显著的作用。

从概念上来说，createMemo 接收一个函数作为参数，该函数内部执行具体的计算逻辑，而 createMemo 会返回一个可观察的引用（Observable Reference）。这个返回值并非简单的计算结果，而是一个会根据依赖自动更新的 “智能值”。

下面来看一个简单的示例代码：

import { createMemo } from 'solid-js';

const count = createMemo(() => {
  let sum = 0;
  for (let i = 0; i < 1000; i++) {
    sum += i;
  }
  return sum;
});

console.log(count());

在上述代码中，createMemo 包裹了一个计算 0 到 999 累加和的函数。这里返回的 count 是一个函数，调用 count() 就可以获取到计算结果。此时，如果多次调用 count()，并不会重复执行内部的循环计算，因为 createMemo 已经对结果进行了记忆化。

createMemo 的依赖追踪机制基础

1. 依赖识别
   • createMemo 的强大之处在于其依赖追踪机制。它能够自动识别出计算函数内部所依赖的响应式数据。所谓响应式数据，在 Solid.js 中通常是通过 createSignal 创建的信号（Signal）。
   • 例如，假设有两个信号 a 和 b，并通过 createMemo 基于这两个信号计算它们的乘积：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [a, setA] = createSignal(2);
const [b, setB] = createSignal(3);

const product = createMemo(() => {
  return a() * b();
});

console.log(product()); // 输出 6

在这个例子中，createMemo 会自动识别出 a() 和 b() 是其依赖。当 a 或 b 的值发生变化时，product 的计算函数会重新执行，从而更新 product 的值。 2. 追踪原理

• Solid.js 利用了一种称为 “依赖收集” 的技术。在计算函数执行过程中，Solid.js 会记录下所有被读取的响应式数据。这些被读取的数据就成为了该 createMemo 的依赖。
• 当任何一个依赖发生变化时，Solid.js 会触发重新计算。具体来说，Solid.js 内部维护了一个依赖关系图（Dependency Graph）。每个响应式数据（如信号）都有一个与之关联的依赖列表，当该数据更新时，会遍历其依赖列表，通知所有依赖它的 createMemo 重新计算。
• 例如，在上述 a 和 b 计算乘积的例子中，a 和 b 信号内部都有一个依赖列表，当 setA 或 setB 被调用时，会检查各自的依赖列表，发现 product 的计算函数依赖于它们，于是触发 product 的重新计算。

深入理解依赖追踪的细节

1. 嵌套依赖与复杂计算
   • 在实际应用中，依赖关系可能会变得非常复杂。比如，可能存在多层嵌套的 createMemo，或者计算函数内部依赖于其他 createMemo 的返回值。
   • 考虑如下代码示例：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [x, setX] = createSignal(1);
const [y, setY] = createSignal(2);

const sum = createMemo(() => {
  return x() + y();
});

const product = createMemo(() => {
  return sum() * 10;
});

console.log(product()); // 输出 (1 + 2) * 10 = 30
setX(2);
console.log(product()); // 输出 (2 + 2) * 10 = 40

这里 sum 依赖于 x 和 y，而 product 又依赖于 sum。当 x 或 y 变化时，sum 会重新计算，进而 product 也会重新计算，因为 product 的依赖 sum 发生了变化。Solid.js 能够准确地处理这种嵌套依赖关系，确保所有相关的记忆化值都能得到正确更新。 2. 动态依赖

• 虽然 createMemo 主要处理静态依赖（即计算函数内部直接读取的响应式数据），但在某些情况下，也可能会遇到动态依赖的场景。动态依赖是指依赖关系在运行时发生变化。
• 例如，假设有一个数组，数组中的每个元素都是一个信号，并且 createMemo 需要根据数组中不同元素的值进行计算：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const signals = [createSignal(1), createSignal(2)];

const sumOfSignals = createMemo(() => {
  let total = 0;
  for (let i = 0; i < signals.length; i++) {
    total += signals[i]();
  }
  return total;
});

console.log(sumOfSignals()); // 输出 1 + 2 = 3
signals[0](2);
console.log(sumOfSignals()); // 输出 2 + 2 = 4

在这个例子中，sumOfSignals 的依赖是动态的，因为它依赖于 signals 数组中的所有信号。Solid.js 能够在一定程度上处理这种动态依赖，当数组中任何一个信号的值发生变化时，sumOfSignals 会重新计算。然而，这种动态依赖场景需要开发者谨慎处理，因为如果处理不当，可能会导致不必要的重新计算。例如，如果在 signals 数组中添加或删除元素，而没有正确处理依赖关系，可能会出现计算结果不准确或性能问题。

createMemo 依赖追踪机制的性能影响

1. 正确依赖带来的性能提升
   • 当 createMemo 的依赖被准确识别和追踪时，它能极大地提升应用的性能。因为只有在真正依赖的数据发生变化时，才会触发重新计算，避免了大量不必要的计算。
   • 以一个复杂的表格渲染为例，假设表格中的数据是通过多个信号组合计算得出的，并且使用 createMemo 来记忆化这些计算结果。如果表格的某一列数据依赖于一个特定的信号，当该信号变化时，只有与该列相关的 createMemo 会重新计算，而其他列的数据保持不变，从而大大减少了重新渲染的开销。
   • 例如：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

// 模拟表格数据相关信号
const [rowCount, setRowCount] = createSignal(10);
const [colCount, setColCount] = createSignal(5);

// 记忆化计算表格单元格总数
const totalCells = createMemo(() => {
  return rowCount() * colCount();
});

// 记忆化计算某一列的单元格数据
const columnData = createMemo(() => {
  let data = [];
  for (let i = 0; i < rowCount(); i++) {
    data.push(i * 2);
  }
  return data;
});

// 假设这里进行表格渲染逻辑，省略具体 DOM 操作

在这个例子中，如果只改变 rowCount，totalCells 和 columnData 会重新计算，但如果只改变其他不相关的信号，这两个 createMemo 不会重新计算，从而节省了计算资源。 2. 错误依赖导致的性能问题

• 然而，如果依赖追踪出现错误，比如错误地包含了不必要的依赖，或者遗漏了重要的依赖，就会导致性能问题。
• 例如，错误地包含了不必要的依赖：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [a, setA] = createSignal(1);
const [b, setB] = createSignal(2);
const [c, setC] = createSignal(3);

// 错误地将 c 包含为依赖
const sumAB = createMemo(() => {
  return a() + b() + c();
});

// 这里假设 c 的变化不应该影响 sumAB 的计算，但由于错误依赖，会导致不必要的重新计算
setC(4);
console.log(sumAB());

在这个例子中，sumAB 实际上只需要 a 和 b 来计算，但错误地将 c 包含为依赖。当 c 变化时，sumAB 会不必要地重新计算，浪费了计算资源。

• 另一方面，遗漏依赖也会造成问题。例如，计算函数中使用了某个信号，但没有被 createMemo 正确识别为依赖，那么当该信号变化时，createMemo 的值不会更新，导致数据不一致。

优化 createMemo 的依赖追踪

1. 手动控制依赖
   • 在某些复杂场景下，Solid.js 提供了手动控制依赖的方式。开发者可以使用 createEffect 结合 createMemo 来更精确地控制依赖关系。
   • 例如，假设有一个信号 data，并且有一个计算函数需要在 data 变化时执行，但又不想让 createMemo 直接依赖于 data 中的某个深层属性，而是希望在特定条件下才更新：

import { createSignal, createMemo, createEffect } from'solid-js';

const [data, setData] = createSignal({ value: 1 });

const derivedValue = createMemo(() => {
  return data().value * 2;
});

createEffect(() => {
  if (data().value > 5) {
    // 手动触发 derivedValue 的重新计算
    derivedValue();
  }
});

在这个例子中，derivedValue 依赖于 data 的 value 属性。但通过 createEffect，可以在 data().value > 5 的条件下手动触发 derivedValue 的重新计算，而不是每次 data 变化都重新计算，从而更精确地控制了依赖关系和计算时机。 2. 拆分复杂计算

• 对于复杂的计算逻辑，将其拆分成多个简单的 createMemo 可以帮助 Solid.js 更准确地追踪依赖，同时也提高了代码的可读性和维护性。
• 例如，假设有一个复杂的计算，需要根据多个信号计算出一个复杂的结果：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [width, setWidth] = createSignal(10);
const [height, setHeight] = createSignal(20);
const [scale, setScale] = createSignal(1.5);

// 拆分计算
const area = createMemo(() => {
  return width() * height();
});

const scaledArea = createMemo(() => {
  return area() * scale();
});

console.log(scaledArea());

在这个例子中，将复杂的计算拆分成了 area 和 scaledArea 两个 createMemo。这样，当 width 或 height 变化时，只有 area 会重新计算，当 scale 变化时，只有 scaledArea 会重新计算，而不是每次都对整个复杂计算进行重新计算，提高了性能。

与其他响应式模式的对比

1. 与 React 的对比
   • 在 React 中，类似的功能可以通过 useMemo 来实现。然而，React 的依赖追踪机制与 Solid.js 的 createMemo 有所不同。React 的 useMemo 需要开发者手动指定依赖数组，如果依赖数组指定不正确，可能会导致错误的记忆化结果。
   • 例如在 React 中：

import React, { useMemo } from'react';

const MyComponent = () => {
  const [count, setCount] = React.useState(0);
  const [otherValue, setOtherValue] = React.useState(1);

  const memoizedValue = useMemo(() => {
    return count * 2;
  }, [count]); // 手动指定依赖为 count

  return (
    <div>
      <p>Memoized Value: {memoizedValue}</p>
      <button onClick={() => setCount(count + 1)}>Increment Count</button>
      <button onClick={() => setOtherValue(otherValue + 1)}>Increment Other Value</button>
    </div>
  );
};

在这个 React 例子中，如果忘记将 count 放入依赖数组，memoizedValue 可能不会在 count 变化时更新。而在 Solid.js 中，createMemo 会自动识别依赖，相对来说更加智能。 2. 与 Vue 的对比

• Vue 中的计算属性（Computed Properties）也提供了类似的记忆化功能。Vue 的计算属性依赖追踪是基于数据劫持（Object.defineProperty 或 Proxy），当依赖的数据发生变化时，计算属性会重新计算。
• 例如在 Vue 中：

<template>
  <div>
    <p>Computed Value: {{ computedValue }}</p>
    <button @click="incrementA">Increment A</button>
    <button @click="incrementB">Increment B</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      a: 1,
      b: 2
    };
  },
  computed: {
    computedValue() {
      return this.a + this.b;
    }
  },
  methods: {
    incrementA() {
      this.a++;
    },
    incrementB() {
      this.b++;
    }
  }
};
</script>

Vue 的计算属性依赖追踪也是自动的，但在实现原理上与 Solid.js 不同。Solid.js 的依赖追踪基于其独特的响应式系统，通过依赖收集和触发更新来实现，而 Vue 则是利用数据劫持来监听数据变化。

常见问题及解决方案

1. 依赖循环问题
   • 当出现依赖循环时，即 createMemo A 依赖 createMemo B，而 createMemo B 又依赖 createMemo A，会导致无限循环重新计算。
   • 例如：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [value, setValue] = createSignal(1);

const memoA = createMemo(() => {
  return memoB() + 1;
});

const memoB = createMemo(() => {
  return memoA() - 1;
});

// 这里会导致无限循环重新计算

• 解决方案：仔细检查依赖关系，打破循环。可以通过提取公共部分，或者重新设计计算逻辑来避免依赖循环。例如，可以将公共部分提取到一个独立的 createMemo 中：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [value, setValue] = createSignal(1);

const commonValue = createMemo(() => {
  return value() * 2;
});

const memoA = createMemo(() => {
  return commonValue() + 1;
});

const memoB = createMemo(() => {
  return commonValue() - 1;
});

2. 性能瓶颈排查
   • 如果应用出现性能问题，怀疑是 createMemo 的依赖追踪导致的，可以通过以下方法排查：
   • 日志打印：在 createMemo 的计算函数内部添加日志打印，观察其重新计算的频率。例如：

import { createSignal, createMemo } from'solid-js';

const [a, setA] = createSignal(1);
const [b, setB] = createSignal(2);

const sum = createMemo(() => {
  console.log('Sum is recalculating');
  return a() + b();
});

• 使用性能分析工具：Solid.js 提供了一些调试工具，如 solid-devtools，可以帮助开发者可视化依赖关系和重新计算的过程，从而更容易找出性能瓶颈。通过 solid-devtools，可以直观地看到哪些 createMemo 频繁重新计算，以及它们的依赖关系是否正确。

通过深入理解 createMemo 的依赖追踪机制，开发者能够更好地利用 Solid.js 的性能优化能力，编写出高效、稳定的前端应用。无论是简单的计算场景还是复杂的应用逻辑，正确处理依赖关系都是提升性能的关键。同时，与其他框架的对比以及对常见问题的解决方案探讨，也为开发者在不同场景下选择合适的技术方案提供了参考。