通过 TypeScript 在 Vue 3 中利用类型系统优化响应式变量的性能

这个思考来自于一位小伙伴的交流，他提出了这个很深入的问题，感谢 征途黯然.

在 Vue 3 中，TypeScript 不仅仅是用来提供类型安全，它更是一种强大的工具。

这可以帮助我们在编码阶段就明确数据结构和响应性边界，从而指导我们合理使用 Vue 的响应式 API，从根本上避免不必要的性能开销。

下面，我们一起来看看如何通过 TypeScript 和 Vue 3 利用类型系统优化响应式变量的性能。

核心原则：用类型明确意图，用 API 实现性能

TypeScript 本身不会在运行时优化你的代码，它的作用在于编译时。它迫使你思考数据的确切形态和行为方式。通过为数据建立“类型契约”，你可以更精准地选择最合适的 Vue 响应式 API，而不是无脑地使用 reactive()。

---

性能陷阱：过度响应式 (Over-Reactivity)

问题的根源在于 Vue 3 的 reactive() API。它会对一个对象进行深度代理 (deep proxy)。这意味着对象内的所有嵌套属性，无论层级多深，都会被转换为响应式对象。

场景示例：

import { reactive } from 'vue';

// 假设这是一个从后端获取的、非常庞大的数据对象
const massiveData = {
  id: 1,
  config: { /* 几百个很少变动的配置项 */ },
  user: {
    name: 'admin',
    profile: { /* ... */ }
  },
  // 一个包含数千个对象的数组，且每个对象结构复杂
  logEntries: [ { id: 1, timestamp: '...', details: { /* ... */ } }, /* ... */ ],
  // 甚至可能包含第三方库的实例
  chartInstance: new ChartingLibrary() 
};

// 问题：这样做会递归地遍历 massiveData 的每一个属性，
// 将它们全部转换为响应式代理。开销巨大！
const state = reactive(massiveData);

这种做法会导致：

1. 初始化开销大：Vue 需要递归遍历整个对象图，创建大量的 Proxy 对象。
2. 内存占用高：每个 Proxy 都是额外的内存开销。
3. 不必要的依赖追踪：即使你从不访问或修改某些深层属性，它们的变化依然会被追踪，可能导致意外的组件重渲染。

---

优化策略：结合 TypeScript 和 Vue 高级响应式 API

我们将利用 TypeScript 的类型定义，来指导我们使用更精细的响应式 API，如 shallowRef, shallowReactive, readonly 和 markRaw。

1. 使用 shallowRef 和 shallowReactive 控制响应深度

当你的状态对象只有顶层属性需要被追踪，而嵌套对象不需要（或者你打算手动替换整个对象来触发更新）时，浅响应是最佳选择。

• shallowReactive: 只对对象的顶层属性进行响应式处理。
• shallowRef: 只对 .value 的赋值操作是响应式的，内部对象的值不会被自动解包和代理。

如何结合 TypeScript？

通过定义清晰的 interface 或 type，你可以向团队传达这个状态的预期行为。

示例：管理一个大型列表

假设我们有一个用户列表，列表本身需要增删，但单个用户对象内部的属性很少改变，或者改变时我们会替换整个用户对象。

import { ref, shallowReactive }- from 'vue';

// 1. 使用 TypeScript 定义数据结构
interface User {
  id: number;
  name: string;
  // 假设这是一个不常变动，或者改变时会整体替换的对象
  profile: {
    email: string;
    lastLogin: Date;
  };
}

// 2. 使用 shallowReactive 代替 reactive
// 类型系统告诉我们 users 是一个 User 数组
const users: User[] = shallowReactive([]);

function addUser(user: User) {
  users.push(user); // OK: 这是顶层修改，会触发响应
}

function updateUserProfile(userId: number, newProfile: User['profile']) {
  const user = users.find(u => u.id === userId);
  if (user) {
    // 警告：这不会触发视图更新！
    // 因为 users 是 shallowReactive，profile 是深层属性。
    user.profile = newProfile; // 错误的做法

    // 正确的做法：替换整个 user 对象
    const userIndex = users.findIndex(u => u.id === userId);
    if (userIndex > -1) {
      users[userIndex] = { ...user, profile: newProfile };
    }
  }
}

TypeScript 的优势：

• interface User 明确了数据结构，使得 API 的使用者（其他开发者或未来的你）清楚地知道 user.profile 的存在。
• 结合注释和团队规范，我们可以规定：对于 shallowReactive 管理的对象，其深层修改必须通过顶层替换来完成。类型系统是这一规范的文档基础。

2. 使用 readonly 封装不会改变的数据

对于从不应被修改的全局配置、常量数据等，使用 readonly 将其包装起来。这不仅可以防止意外修改，Vue 也会跳过对它的响应式转换，从而节省开销。

如何结合 TypeScript？

TypeScript 提供了 Readonly<T> 工具类型，可以与 Vue 的 readonly() 完美结合，提供编译时和运行时的双重保护。

import { readonly } from 'vue';

// 1. 定义配置类型
interface AppConfig {
  readonly apiUrl: string; // 可以在类型中就标记为只读
  readonly featureFlags: {
    [key: string]: boolean;
  };
}

// 2. 创建一个常量配置对象
const configData: AppConfig = {
  apiUrl: 'https://api.example.com',
  featureFlags: {
    newDashboard: true,
    betaFeature: false,
  },
};

// 3. 使用 Vue 的 readonly 和 TS 的 Readonly<T>
export const appConfig: Readonly<AppConfig> = readonly(configData);

// 尝试修改会发生什么？
// appConfig.apiUrl = '...'; // TS 编译时就会报错！
// appConfig.featureFlags.newDashboard = false; // 运行时会收到 Vue 的警告，且修改无效

TypeScript 的优势：

• 在开发者尝试修改只读状态时，IDE 和编译器会立即给出错误提示，远早于运行时。
• Readonly<AppConfig> 类型使得任何使用此配置的函数或组件都能在签名上表明它不打算（也不能）修改这个配置。

3. 使用 markRaw 隔离非响应式对象

这是性能优化的“杀手锏”。对于那些复杂、包含方法、或来自第三方库的、完全不需要响应式的对象（如图表实例、地图实例、复杂的类），使用 markRaw 告诉 Vue：“停止！不要碰这个对象，不要尝试代理它。”

如何结合 TypeScript？

当处理第三方库时，TypeScript 类型定义尤为重要，它能确保即使对象被 markRaw 处理后，你仍然可以获得完整的类型提示和方法自动补全。

示例：集成一个图表库

import { ref, onMounted, markRaw, shallowRef } from 'vue';
import type { Chart } from 'chart.js'; // 从库中导入类型
import { Chart as ChartingLibrary } from 'chart.js';

const chartContainer = ref<HTMLCanvasElement | null>(null);

// 使用 shallowRef 因为我们只会替换一次实例，不需要追踪实例内部变化
// 使用 `Chart | null` 类型来明确 `chartInstance.value` 的类型
const chartInstance = shallowRef<Chart | null>(null);

onMounted(() => {
  if (chartContainer.value) {
    const chart = new ChartingLibrary(chartContainer.value, {
      // ... chart config
    });
    // 关键！用 markRaw 包装实例，防止 Vue 对其进行代理
    // 否则 Vue 会尝试代理 chart 对象内部所有复杂的属性和方法
    chartInstance.value = markRaw(chart);
  }
});

function updateChartData(newData: any) {
  if (chartInstance.value) {
    // 即使 chartInstance 是 ref，由于内部值被 markRaw
    // Vue 不会追踪这次修改，但我们仍然可以调用其方法
    // TypeScript 知道 chartInstance.value 是 Chart 类型，所以 .update() 方法有提示
    chartInstance.value.data = newData;
    chartInstance.value.update();
  }
}

TypeScript 的优势：

• import type { Chart } from 'chart.js' 让我们在不增加打包体积的情况下，获得了完整的类型信息。
• shallowRef<Chart | null>(null) 提供了强类型约束，任何对 chartInstance.value 的操作都能获得 chart.js 实例的方法和属性提示，即使它对 Vue 来说是“原始”的、非响应式的。这极大地提升了代码的可维护性和健壮性。

总结与最佳实践

场景	推荐 API	TypeScript 结合方式	性能优势
大型对象/列表，只需追踪顶层变化	shallowReactive, shallowRef	使用 interface 或 type 定义清晰的数据结构，并约定修改深层属性需通过整体替换。	避免深度递归代理，减少初始化和内存开销。
全局配置、常量数据	readonly	结合 Readonly<T> 工具类型，提供编译时和运行时双重保护。	完全跳过响应式代理，防止不必要的依赖收集和意外修改。
第三方库实例、复杂类、函数	markRaw (通常配合 ref 或 shallowRef)	导入库的类型定义，即使对象被标记为原始对象，也能获得完整的类型提示和安全。	从根本上阻止 Vue 对复杂对象的响应式转换，性能提升最显著。
通用、结构简单且需要深度追踪的状态	reactive, ref	正常使用类型定义，确保类型安全。	这是 Vue 的默认行为，适用于大多数简单场景。

通过将 TypeScript 的静态类型分析与 Vue 的运行时响应式系统相结合，你可以构建一个既类型安全又高性能的应用程序。

核心思想是：在编码时就想清楚数据的响应式边界，并用类型系统来固化这些决策。