什么是 Signals ？

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2024-03-25

2024年了，Signals 在前端框架中越来越成为主流的底层技术依赖。大概是从哪个框架开始兴起的，我有些忘记了，我映像中最早推动并流行的是 SolidJS，后来在 Vue3 中也引入了该技术，随后，如 MobX，Preact，Qwik，Svelte，Angular 等也纷纷引入了该技术。

事实上，Signals 的提出比 SolidJS 还要早的多，早在 2010年， Knockout 便有了类似的实现。

因此，Signals 并不是 “新兴的、前沿的” 前端技术方案。相反，关于它的论证、实践和应用，都已经相当的成熟，这也是 Signals 如今越来越受各种框架青睐的原因。

说明

TC39 新增了一个 Stage-0 的提案，计划将 Signals 整合到 JavaScript 标准中。并邀请了 Angular, Bubble, Ember, FAST, MobX, Preact, Qwik, RxJS, Solid, Starbeam, Svelte, Vue, Wiz 等多个框架的作者或贡献者参与讨论，共同推动该提案的实现。

听到这个消息我是挺兴奋的，这意味着当 Signals 正式成为 ECMA 的标准时，将会给我们的前端开发带来很大的便利。特别是对于各大框架而言，使用原生 Signals 可能会带来更大的性能提升，甚至有机会在不同的框架之间共享同一个 Signals，带来更多的可能性。

为什么是 Signals ?

在一个常见的场景中，我们需要实现一个计数器，并希望将当前计数器的值是奇数还是偶数渲染到页面上，每当计数器的值发生改变，我们就会重新渲染页面。

当我们使用原生 JavaScript 实现时：

let counter = 0

const isEven = () => (counter & 1) === 0
const parity = () => (isEven() ? 'even' : 'odd')
const render = () => (element.textContent = parity())

function setCounter(value) {
  counter = value
  render()
}
// 模拟对计数器的外部更新...
setInterval(() => setCounter(counter + 1), 1000)

这看起来实现了需求，然而，这里面有存在很多问题：

counter 状态与渲染系统紧密耦合；
如果 counter 发生了变化，但是 parity 没有变化（比如 counter 从 2 变化为 4），那么就会对奇偶校验进行不必要的计算和不必要的渲染；
如果 UI 的另一个部分只想在 counter 变化时重新渲染该如何处理？
如果 UI 的另一个部分只依赖 isEven 或 parity，那么该如何处理？

即使在这种相对简单的情况下，很快就会出现许多问题。我们可以尝试通过引入 发布/订阅 来解决这些问题。这将允许 counter 的其他使用者可以订阅添加他们自己对状态更改的反应。

但是，我们仍然可能遇到更多的问题：

渲染函数 render 只依赖于 parity，然而实际上它需要订阅 counter。
如果不直接与 counter 交互，则无法仅基于 isEven 和 parity 更新 UI。
引入了 发布/订阅 ，问题不再仅仅是调用函数和读取变量，而是订阅和在哪里进行更新，如何管理退订的问题也变得复杂。

我们通过添加 发布/订阅 来解决包括 counter、isEven 和 parity 在内的几个问题。我们必须将 isEven 订阅到 counter, 将 parity 订阅到 isEven，将 render 订阅到 parity。然后，这个示例代码的体积越来越大，我们深陷在大量的订阅中，如果我们没有正确的方式清理内容，这可能将导致发生内存灾难。我们虽然解决了一些问题，却编写了大量的代码，引入了更多的问题。

引入 Signals

相关信息

为便于理解，以下示例使用 solid-js API，其中：

[getter, setter] = createSignal(initial): 创建信号，返回一个包含 getter 和 setter 的数组。
createMemo(getter): 创建一个与给定函数的返回值相等的只读响应值。
createEffect(effect): 创建一个在其依赖关系发生变化时执行的副作用。

为了理解 Signals ，让我们首先对上面的例子进行一些改造：

const [counter, setCounter] = createSignal(0)
const isEven = createMemo(() => counter() & (1 == 0))
const parity = createMemo(() => (isEven() ? 'even' : 'odd'))

createEffect(() => (element.textContent = parity()))

setInterval(() => setCounter(counter() + 1), 1000)

我们可以立即看到：

我们消除了 counter 不必要的耦合
使用统一的 API 来处理值，计算和副作用
counter 和 render 之间没有循环引用的问题
没有手动订阅，不需要记录依赖关系
可以控制副作用的调用时机

同时，Signals 带给我们的，不仅仅是表面看到的：

自动依赖跟踪：计算出来的 Signal 会自动发现它所依赖的其它任何 Signal ，无论这些 Signal 是简单值还是其他计算值。
延迟评估：计算在声明时不会立即评估，也不会在依赖更新时立即重新评估。仅当显式请求该值时，才会评估他们。
记忆：计算信号缓存其最后一个值，以便无论访问多少次，都不需要重新评估其依赖项中没有更改的计算。

什么是 Signals ?

Signals，即信号，信号表示可能随时间变化的数据单元。信号可以是“State”（只是一个手动设置的值）或“Computed”（基于其他信号的公式）。它通常被称为 Signals，也可以被称为 Observables，Atoms，Subjects 和 Refs 。

Signals 通常由 getter，setter，value 组成：

solid-js

const [count, setCount] = createSignal(0)

// 读取 value
console.log(count()) // 0

// 设置 value
setCount(5)
console.log(count()) // 5

这看起来好像没有什么特别的地方，只是一个可以存储任意类型值的包装器。但它的重点在于 getter 和 setter 可以运行在任意代码中，这对于更新的发布与订阅有很大的帮助。

也许你已经知道，在 Vue 中，它是使用 Object getter 或 Proxies 来实现：

vue

const count = ref(0)

// 读取 value
console.log(count.value) // 0

// 设置 value
count.value = 5
console.log(count.value) // 5

或者，像 Svelte 那样，隐藏在编译器后面：

svelte

let count = 0
// 读取 value
console.log(count) // 0

// 设置 value
count = 5

从本质上讲，信号是事件发射器。但主要区别在于订阅的管理方式。

Reactive

如果缺少其它与之相关的 Reactive, 单看 Signals 好像并没有什么特别。 Reactive，也可以被称为 Effects 、Autoruns、 Watches 或 Computed 。 Reactive 通过观察 Signals，在其发生更新时重新运行。

console.log('1. Create Signal')
const [count, setCount] = createSignal(0)

console.log('2. Create Reaction')
createEffect(() => console.log('The count is', count()))

console.log('3. Set count to 5')
setCount(5)

console.log('4. Set count to 10')
setCount(10)

输出：

1. Create Signal

2. Create Reaction
The count is 0

3. Set count to 5
The count is 5

4. Set count to 10
The count is 10

这看起来有点神奇，在 setCount() 后立即执行了 createEffect 的回调函数。这看起来并没有直接关联的地方，实际上，在 createEffect 回调函数中，执行 count() 时自动订阅了 createEffect 回调函数，每当 count 发生变化时，都会重新运行 createEffect 回调函数。

如何实现 Signals ?

TODO...