React experimental_useCache：精通客户端缓存以提升性能

React 作为前端开发的主导力量，不断发展以满足现代 Web 应用程序日益增长的需求。其武器库中最新、最令人兴奋的实验性功能之一是 experimental_useCache，这是一个旨在简化客户端缓存的钩子。这个钩子在 React 服务器组件 (RSC) 和数据获取的背景下尤其重要，它提供了一种强大的机制来优化性能和用户体验。本综合指南将详细探讨 experimental_useCache，涵盖其优势、使用场景、实施策略以及采用时的注意事项。

理解客户端缓存

在深入探讨 experimental_useCache 的具体细节之前，让我们先对客户端缓存及其在 Web 开发中的重要性建立一个扎实的理解。

什么是客户端缓存？

客户端缓存涉及将数据直接存储在用户的浏览器或设备中。这样，缓存的数据就可以被快速检索，而无需重复向服务器发送请求。这显著减少了延迟，提高了应用程序的响应速度，并降低了服务器负载。

客户端缓存的优势

• 提升性能：减少网络请求意味着更快的加载时间和更流畅的用户体验。
• 减轻服务器负载：缓存将数据检索从服务器上分流，从而为其他任务释放资源。
• 离线功能：在某些情况下，缓存的数据可以实现有限的离线功能，允许用户在没有网络连接的情况下与应用程序交互。
• 节约成本：服务器负载的降低可以减少基础设施成本，特别是对于高流量的应用程序。

React experimental_useCache 简介

experimental_useCache 是一个 React 钩子，专门用于简化和增强客户端缓存，尤其是在 React 服务器组件中。它提供了一种便捷高效的方式来缓存昂贵操作（如数据获取）的结果，确保对于相同的输入不会重复获取相同的数据。

experimental_useCache 的主要特性和优势

• 自动缓存：该钩子会根据传入的参数自动缓存函数的结果。
• 缓存失效：虽然 useCache 钩子本身不提供内置的缓存失效机制，但它可以与其他策略（稍后讨论）结合使用来管理缓存更新。
• 与 React 服务器组件集成：useCache 旨在与 React 服务器组件无缝协作，从而可以在服务器上缓存获取的数据。
• 简化数据获取：它通过抽象管理缓存键和存储的复杂性来简化数据获取逻辑。

experimental_useCache 的工作原理

experimental_useCache 钩子接受一个函数作为其参数。这个函数通常负责获取或计算某些数据。当使用相同的参数调用该钩子时，它会首先检查函数的结果是否已被缓存。如果是，则返回缓存的值。否则，执行该函数，其结果被缓存，然后返回该结果。

experimental_useCache 的基本用法

让我们通过一个从 API 获取用户数据的简单示例来说明 experimental_useCache 的基本用法：

import { experimental_useCache as useCache } from 'react';

async function fetchUserData(userId: string): Promise<{ id: string; name: string }> {
  // Simulate an API call
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 500)); // Simulate latency
  return { id: userId, name: `User ${userId}` };
}

function UserProfile({ userId }: { userId: string }) {
  const userData = useCache(fetchUserData, userId);

  if (!userData) {
    return <p>Loading user data...</p>;
  }

  return (
    <div>
      <h2>User Profile</h2>
      <p><strong>ID:</strong> {userData.id}</p>
      <p><strong>Name:</strong> {userData.name}</p>
    </div>
  );
}

export default UserProfile;

在此示例中：

• 我们从 react 包中导入 experimental_useCache。
• 我们定义了一个异步函数 fetchUserData，它模拟从 API 获取用户数据（带有模拟延迟）。
• 在 UserProfile 组件中，我们使用 useCache 根据 userId prop 来获取和缓存用户数据。
• 当组件第一次使用特定的 userId 渲染时，fetchUserData 将被调用。后续使用相同 userId 的渲染将从缓存中检索数据，从而避免了另一次 API 调用。

高级用例与注意事项

虽然基本用法很简单，但 experimental_useCache 也可以应用于更复杂的场景。以下是一些高级用例和重要的注意事项：

缓存复杂数据结构

experimental_useCache 可以有效地缓存复杂的数据结构，例如数组和对象。然而，至关重要的是要确保传递给缓存函数的参数被正确序列化以生成缓存键。如果参数包含可变对象，这些对象的更改将不会反映在缓存键中，可能导致数据陈旧。

缓存数据转换

通常，您可能需要在渲染从 API 获取的数据之前对其进行转换。experimental_useCache 可用于缓存转换后的数据，从而防止在后续渲染中进行冗余的转换。例如：

import { experimental_useCache as useCache } from 'react';

async function fetchProducts(): Promise<{ id: string; name: string; price: number }[]> {
  // Simulate fetching products from an API
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 300));
  return [
    { id: '1', name: 'Product A', price: 20 },
    { id: '2', name: 'Product B', price: 30 },
  ];
}

function formatCurrency(price: number, currency: string = 'USD'): string {
  return new Intl.NumberFormat('en-US', { style: 'currency', currency }).format(price);
}

function ProductList() {
  const products = useCache(fetchProducts);

  const formattedProducts = useCache(
    (prods: { id: string; name: string; price: number }[]) => {
      return prods.map(product => ({
        ...product,
        formattedPrice: formatCurrency(product.price),
      }));
    },
    products || [] // Pass products as an argument
  );

  if (!formattedProducts) {
    return <p>Loading products...</p>;
  }

  return (
    <ul>
      {formattedProducts.map(product => (
        <li key={product.id}>
          <strong>{product.name}</strong> - {product.formattedPrice}
        </li>
      ))}
    </ul>
  );
}

export default ProductList;

在此示例中，我们获取一个产品列表，然后使用 formatCurrency 函数格式化每个产品的价格。我们使用 useCache 来缓存原始产品数据和格式化后的产品数据，从而防止了冗余的 API 调用和价格格式化操作。

缓存失效策略

experimental_useCache 不提供内置的缓存失效机制。因此，您需要实现自己的策略来确保当底层数据发生变化时缓存得到更新。以下是一些常见的方法：

• 手动缓存失效：您可以通过使用状态变量或上下文来跟踪底层数据的更改，从而手动使缓存失效。当数据更改时，您可以更新状态变量或上下文，这将触发重新渲染并导致 useCache 重新获取数据。
• 基于时间的过期：您可以通过将时间戳与缓存数据一起存储来实现基于时间的过期策略。当访问缓存时，您可以检查时间戳是否超过某个阈值。如果是，您可以使缓存失效并重新获取数据。
• 基于事件的失效：如果您的应用程序使用发布/订阅系统或类似机制，您可以在发布相关事件时使缓存失效。例如，如果用户更新了他们的个人资料信息，您可以发布一个事件来使该用户的个人资料缓存失效。

错误处理

在使用 experimental_useCache 进行数据获取时，优雅地处理潜在错误至关重要。您可以使用 try...catch 块来捕获数据获取过程中发生的任何错误，并向用户显示适当的错误消息。考虑使用 try/catch 来包装 fetchUserData 或类似函数。

与 React 服务器组件 (RSC) 集成

当在 React 服务器组件 (RSC) 中使用时，experimental_useCache 的优势尤为突出。RSC 在服务器上执行，允许您在将组件发送到客户端之前获取数据并进行渲染。通过在 RSC 中使用 experimental_useCache，您可以在服务器上缓存数据获取操作的结果，从而显著提高应用程序的性能。结果可以流式传输到客户端。

以下是在 RSC 中使用 experimental_useCache 的一个示例：

// app/components/ServerComponent.tsx (This is an RSC)
import { experimental_useCache as useCache } from 'react';
import { cookies } from 'next/headers'

async function getSessionData() {
  // Simulate reading session from a database or external service
  const cookieStore = cookies()
  const token = cookieStore.get('sessionToken')

  await new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, 100));
  return { user: 'authenticatedUser', token: token?.value };
}

export default async function ServerComponent() {
  const session = await useCache(getSessionData);

  return (
    <div>
      <h2>Server Component</h2>
      <p>User: {session?.user}</p>
      <p>Session Token: {session?.token}</p>
    </div>
  );
}

在此示例中，getSessionData 函数在服务器组件内部被调用，其结果使用 useCache 进行缓存。后续请求将利用缓存的会话数据，从而减轻服务器的负载。请注意组件本身的 async 关键字。

性能考量与权衡

虽然 experimental_useCache 提供了显著的性能优势，但了解其潜在的权衡也很重要：

• 缓存大小：缓存的大小会随着时间的推移而增长，可能会消耗大量内存。监控缓存大小并实施策略来清除不常用的数据非常重要。
• 缓存失效开销：实施缓存失效策略会增加应用程序的复杂性。选择一个能在准确性和性能之间取得平衡的策略非常重要。
• 陈旧数据：如果缓存没有被正确地失效，它可能会提供陈旧的数据，导致不正确的结果或意外的行为。

使用 experimental_useCache 的最佳实践

为了最大化 experimental_useCache 的优势并最小化潜在的缺点，请遵循以下最佳实践：

• 缓存昂贵的操作：仅缓存计算成本高昂或涉及网络请求的操作。缓存简单的计算或数据转换不太可能带来显著的好处。
• 选择合适的缓存键：使用能够准确反映缓存函数输入的缓存键。避免使用可变对象或复杂数据结构作为缓存键。
• 实施缓存失效策略：根据您的应用程序需求选择合适的缓存失效策略。考虑使用手动失效、基于时间的过期或基于事件的失效。
• 监控缓存性能：监控缓存大小、命中率和失效频率，以识别潜在的性能瓶颈。
• 考虑全局状态管理方案：对于复杂的缓存场景，可以考虑使用像 TanStack Query (React Query)、SWR 或 Zustand 这样的库，并结合持久化状态。这些库提供了强大的缓存机制、失效策略和服务器状态同步功能。

experimental_useCache 的替代方案

虽然 experimental_useCache 提供了一种实现客户端缓存的便捷方式，但还有其他几种选择，每种都有其自身的优缺点：

• 记忆化技术 (useMemo, useCallback): 这些钩子可用于记忆化昂贵计算或函数调用的结果。然而，它们不提供自动的缓存失效或持久化。
• 第三方缓存库：像 TanStack Query (React Query) 和 SWR 这样的库提供了更全面的缓存解决方案，包括自动缓存失效、后台数据获取和服务器状态同步。
• 浏览器存储 (LocalStorage, SessionStorage): 这些 API 可用于直接在浏览器中存储数据。然而，它们并非为缓存复杂数据结构或管理缓存失效而设计。
• IndexedDB: 一个更强大的客户端数据库，允许您存储大量结构化数据。它适用于离线功能和复杂的缓存场景。

experimental_useCache 的真实世界示例

让我们探讨一些可以有效使用 experimental_useCache 的真实世界场景：

• 电子商务应用：缓存产品详情、分类列表和搜索结果，以缩短页面加载时间并减轻服务器负载。
• 社交媒体平台：缓存用户个人资料、新闻动态和评论区，以增强用户体验并减少 API 调用次数。
• 内容管理系统 (CMS)：缓存频繁访问的内容，如文章、博客帖子和图片，以提高网站性能。
• 数据可视化仪表板：缓存复杂数据聚合和计算的结果，以提高仪表板的响应速度。

示例：缓存用户偏好设置

假设一个 Web 应用程序，用户可以自定义他们的偏好设置，例如主题、语言和通知设置。这些偏好可以从服务器获取并使用 experimental_useCache 进行缓存：

import { experimental_useCache as useCache } from 'react';

async function fetchUserPreferences(userId: string): Promise<{
  theme: string;
  language: string;
  notificationsEnabled: boolean;
}> {
  // Simulate fetching user preferences from an API
  await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 200));
  return {
    theme: 'light',
    language: 'en',
    notificationsEnabled: true,
  };
}

function UserPreferences({ userId }: { userId: string }) {
  const preferences = useCache(fetchUserPreferences, userId);

  if (!preferences) {
    return <p>Loading preferences...</p>;
  }

  return (
    <div>
      <h2>User Preferences</h2>
      <p><strong>Theme:</strong> {preferences.theme}</p>
      <p><strong>Language:</strong> {preferences.language}</p>
      <p><strong>Notifications Enabled:</strong> {preferences.notificationsEnabled ? 'Yes' : 'No'}</p>
    </div>
  );
}

export default UserPreferences;

这确保了用户的偏好设置只被获取一次，然后被缓存以供后续访问，从而提高了应用程序的性能和响应速度。当用户更新他们的偏好时，您需要使缓存失效以反映这些更改。

结论

experimental_useCache 提供了一种强大而便捷的方式在 React 应用程序中实现客户端缓存，尤其是在使用 React 服务器组件时。通过缓存昂贵操作（如数据获取）的结果，您可以显著提高性能、减轻服务器负载并增强用户体验。然而，仔细考虑潜在的权衡并实施适当的缓存失效策略以确保数据一致性非常重要。随着 experimental_useCache 的成熟并成为 React 生态系统的稳定部分，它无疑将在优化现代 Web 应用程序性能方面发挥越来越重要的作用。请记住，要随时关注最新的 React 文档和社区最佳实践，以充分利用这一激动人心的新功能的全部潜力。

此钩子仍处于实验阶段。请始终参考官方 React 文档以获取最新的信息和 API 详细信息。另外，请注意该 API 在稳定之前可能会发生变化。