Vue源码分析之响应式原理

前言

Vue 最独特的特性之一，是其非侵入性的响应式系统。数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象。而当你修改它们时，视图会进行更新。这使得状态管理非常简单直接，不过理解其工作原理同样重要，这样你可以避开一些常见的问题。

什么是响应式

数据发生变化后，会重新对页面渲染，这就是Vue响应式，那么这一切是怎么做到的呢？

想完成这个过程，我们需要：

  • 侦测数据的变化(数据劫持 / 数据代理)
  • 收集视图依赖了哪些数据(依赖收集)
  • 数据变化时，自动“通知”需要更新的视图部分，并进行更新(发布订阅模式)

如何侦测数据的变化

首先有个问题，在Javascript中，如何侦测一个对象的变化？其实有两种办法可以侦测到变化：使用 Object.defineProperty和ES6的 Proxy，这就是进行数据劫持或数据代理。

方法1.Object.defineProperty

Vue通过设定对象属性的 setter/getter 方法来监听数据的变化，通过getter进行依赖收集，而每个setter方法就是一个观察者，在数据变更的时候通知订阅者更新视图。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
function Observer (data) {
    this.data = data;
    this.walk(data);
}

Observer.prototype = {
    walk: function (data) {
        var self = this;
        Object.keys(data).forEach(function (key) {
            self.defineReactive(data, key, data[key]);
        });
    },
    defineReactive: function (data, key, val) {
        var dep = new Dep();
        var childObj = observe(val);
        Object.defineProperty(data, key, {
            enumerable: true,
            configurable: true,
            get: function getter () {
                if (Dep.target) {
                    dep.addSub(Dep.target);
                }
                return val;
            },
            set: function setter (newVal) {
                if (newVal === val) {
                    return;
                }
                val = newVal;
                dep.notify();
            },
        });
    },
};

function observe (value, vm) {
    if (!value || typeof value !== 'object') {
        return;
    }
    return new Observer(value);
}

function Dep () {
    this.subs = [];
}
Dep.prototype = {
    addSub: function (sub) {
        this.subs.push(sub);
    },
    notify: function () {
        this.subs.forEach(function (sub) {
            sub.update();
        });
    },
};
Dep.target = null;

上面这段代码的主要作用在于：

observe这个函数传入一个 obj（需要被追踪变化的对象），通过遍历所有属性的方式对该对象的每一个属性都通过 defineReactive 处理,以此来达到实现侦测对象变化。值得注意的是， observe 会进行递归调用。那我们如何侦测Vue中 data 中的数据，其实也很简单：

1
2
3
4
function Vue (options) {
    this.data = options.data;
    observe(this.data);
}

这样我们只要 new 一个 Vue 对象，就会将 data 中的数据进行追踪变化。不过这种方式有几个注意点需补充说明：

  • 无法检测到对象属性的添加或删除(如 data.location.a=1)。

Vue 通过 Object.defineProperty来将对象的key转换成 getter/setter的形式来追踪变化，但 getter/setter只能追踪一个数据是否被修改，无法追踪新增属性和删除属性。如果是删除属性，我们可以用 vm.$delete实现，那如果是新增属性，该怎么办呢？

1）可以使用 Vue.set(location,a,1) 方法向嵌套对象添加响应式属性;

2）也可以给这个对象重新赋值，比如 data.location={…data.location,a:1}

  • Object.defineProperty 不能监听数组的变化，需要进行数组方法的重写，具体代码如下：
    array
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    let methods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']

    // 先获取到原来的原型上的方法

    let arrayProto = Array.prototype

    // 创建一个自己的原型 并且重写methods这些方法

    let proto = Object.create(arrayProto)

    methods.forEach(method => {

      proto[method] = function() {
        // AOP

        arrayProto[method].call(this, ...arguments)

        render()

      }

    })

这种方法将数组的常用方法进行重写，进而覆盖掉原生的数组方法，重写之后的数组方法需要能够被拦截。但有些数组操作Vue时拦截不到的，当然也就没办法响应，比如：

1
2
3
4
5
obj.length-- 
// 不支持数组的长度变化

obj[0] = 1
// 修改数组中第一个元素，也无法侦测数组的变化

方法2.Proxy

Proxy 是 JavaScript 2015 的一个新特性。 Proxy 的代理是针对整个对象的，而不是对象的某个属性，因此不同于 Object.defineProperty 的必须遍历对象每个属性， Proxy 只需要做一层代理就可以监听同级结构下的所有属性变化，当然对于深层结构，递归还是需要进行的。此外 Proxy支持代理数组的变化。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
// 使用proxy来实现数据的响应式变化
// 可以支持数组，而且不用区分是对象还是数组
// 兼容性 vue 3.0 会采用如果支持proxy 就使用proxy  不支持就还是Object.defineProperty
function render() {
  console.log('模拟视图的更新')
}
let obj = {
  name: '前端工匠',
  age: { age: 100 },
  arr: [1, 2, 3]
}
let handler = {
  get(target, key) {
    // 如果取的值是对象就在对这个对象进行数据劫持
    if (typeof target[key] == 'object' && target[key] !== null) {
      return new Proxy(target[key], handler)
    }
    return Reflect.get(target, key)
  },
  set(target, key, value) {
    if (key === 'length') return true
    render()
    return Reflect.set(target, key, value)
  }
}

let proxy = new Proxy(obj, handler)
proxy.age.name = '浪里行舟' // 支持新增属性
console.log(proxy.age.name) // 模拟视图的更新 浪里行舟
proxy.arr[0] = '浪里行舟' //支持数组的内容发生变化
console.log(proxy.arr) // 模拟视图的更新 ['浪里行舟', 2, 3 ]
proxy.arr.length-- // 无效

以上代码不仅精简，而且还是实现一套代码对对象和数组的侦测都适用。不过 Proxy兼容性不太好！

为什么要收集依赖

我们之所以要观察数据，其目的在于当数据的属性发生变化时，可以通知那些曾经使用了该数据的地方。比如数据发生变化时，要向使用了它的地方发送通知。

我们只有通过收集依赖才能知道哪些地方依赖我的数据，以及数据更新时派发更新。那依赖收集是如何实现的？其中的核心思想就是“事件发布订阅模式”。接下来我们先介绍两个重要角色– 订阅者 Dep和观察者 Watcher ，然后阐述收集依赖的如何实现的。

订阅者 Dep

1.为什么引入 Dep

收集依赖需要为依赖找一个存储依赖的地方，为此我们创建了Dep,它用来收集依赖、删除依赖和向依赖发送消息等。

于是我们先来实现一个订阅者 Dep 类，用于解耦属性的依赖收集和派发更新操作，说得具体点，它的主要作用是用来存放 Watcher 观察者对象。我们可以把Watcher理解成一个中介的角色，数据发生变化时通知它，然后它再通知其他地方。

2. Dep的简单实现

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
function Dep () {

    // 用来存放Watcher对象的数组
    this.subs = [];
}
Dep.prototype = {
    // 在subs中添加一个Watcher对象
    addSub: function (sub) {
        this.subs.push(sub);
    },

    // 通知所有Watcher对象更新视图
    notify: function () {
        this.subs.forEach(function (sub) {
            sub.update();
        });
    },
};

以上代码主要做两件事情：

  1. 用 addSub 方法可以在目前的 Dep 对象中增加一个 Watcher 的订阅操作；
  2. 用 notify 方法通知目前 Dep 对象的 subs 中的所有 Watcher 对象触发更新操作。

所以当需要依赖收集的时候调用 addSub，当需要派发更新的时候调用 notify。调用也很简单：

1
2
3
4
5
let dp = new Dep();
dp.addSub(() => {
    console.log('watcher对象');
});
dp.notify();

观察者 Watcher

1.为什么引入Watcher

Vue 中定义一个 Watcher 类来表示观察订阅依赖。至于为啥引入Watcher，《深入浅出vue.js》给出了很好的解释:

当属性发生变化后，我们要通知用到数据的地方，而使用这个数据的地方有很多，而且类型还不一样，既有可能是模板，也有可能是用户写的一个watch，这时需要抽象出一个能集中处理这些情况的类。然后，我们在依赖收集阶段只收集这个封装好的类的实例进来，通知也只通知它一个，再由它负责通知其他地方。

依赖收集的目的是将观察者 Watcher 对象存放到当前闭包中的订阅者 Dep 的 subs 中。形成如下所示的这样一个关系（图参考《剖析 Vue.js 内部运行机制》）。

Dep与Watcher的关系

2.Watcher的简单实现

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
function Watcher (vm, exp, cb) {
    this.cb = cb;
    this.vm = vm;
    this.exp = exp;
    this.value = this.get();  // 将自己添加到订阅器的操作
}

Watcher.prototype = {
    update: function () {
        this.run();
    },
    run: function () {
        var value = this.vm.data[this.exp];
        var oldVal = this.value;
        if (value !== oldVal) {
            this.value = value;
            this.cb.call(this.vm, value, oldVal);
        }
    },
    get: function () {
        Dep.target = this;  // 缓存自己，将 Dep.target 指向自己
        var value = this.vm.data[this.exp];  // 强制执行监听器里的get函数
        Dep.target = null;  // 释放自己，将 Dep.target 置空
        return value;
    },
};

以上就是 Watcher 的简单实现，在执行构造函数的时候将 Dep.target 指向自身，从而使得收集到了对应的 Watcher，在派发更新的时候取出对应的 Watcher ,然后执行 update 函数。

收集依赖

所谓的依赖，其实就是Watcher。至于如何收集依赖，总结起来就一句话，++在getter中收集依赖，在setter中触发依赖。先收集依赖，即把用到该数据的地方收集起来，然后等属性发生变化时，把之前收集好的依赖循环触发一遍就行了。++

具体来说，当外界通过Watcher读取数据时，便会触发getter从而将Watcher添加到依赖中，哪个Watcher触发了getter，就把哪个Watcher收集到Dep中。当数据发生变化时，会循环依赖列表，把所有的Watcher都通知一遍。

最后我们对 defineReactive 函数进行改造，在自定义函数中添加依赖收集和派发更新相关的代码,实现了一个简易的数据响应式。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
function Observer (data) {
    this.data = data;
    this.walk(data);
}

Observer.prototype = {
    walk: function (data) {
        var self = this;
        Object.keys(data).forEach(function (key) {
            self.defineReactive(data, key, data[key]);
        });
    },
    defineReactive: function (data, key, val) {
        var dep = new Dep();
        // 递归子属性
        var childObj = observe(val);
        Object.defineProperty(data, key, {
            // 可枚举（可以遍历）
            enumerable: true,
            // 可配置（比如可以删除）
            configurable: true,
            get: function getter () {
                // 将 Watcher 添加到订阅
                if (Dep.target) {
                    dep.addSub(Dep.target); // 新增
                }
                return val;
            },
            set: function setter (newVal) {
                if (newVal === val) {
                    return;
                }
                val = newVal;
                // 执行 watcher 的 update 方法
                dep.notify();
            },
        });
    },
};

function observe (value, vm) {
    // 判断类型
    if (!value || typeof value !== 'object') {
        return;
    }
    return new Observer(value);
}
function Vue (options) {
    // 此处省去其他代码
    // xxxxxx
    
    observe(this.data); 
}

当 render function 被渲染的时候,读取所需对象的值，会触发 reactiveGetter 函数把当前的 Watcher 对象（存放在 Dep.target 中）收集到 Dep 类中去。之后如果修改对象的值，则会触发 reactiveSetter 方法，通知 Dep 类调用 notify 来触发所有 Watcher 对象的 update 方法更新对应视图。
宏观图

写在最后

最后我们依照下图（参考《深入浅出vue.js》），再来回顾下整个过程：

vue双向绑定原理

  1. 在 newVue() 后， Vue 会调用 _init 函数进行初始化，也就是init 过程，在 这个过程Data通过Observer转换成了getter/setter的形式，来对数据追踪变化，当被设置的对象被读取的时候会执行 getter 函数，而在当被赋值的时候会执行 setter函数。
  2. 当render function 执行的时候，因为会读取所需对象的值，所以会触发getter函数从而将Watcher添加到依赖中进行依赖收集。
  3. 在修改对象的值的时候，会触发对应的 setter， setter通知之前依赖收集得到的 Dep 中的每一个 Watcher，告诉它们自己的值改变了，需要重新渲染视图。这时候这些 Watcher就会开始调用 update 来更新视图。

vue2 有哪些问题

1、新增属性、删除属性界面不会更新
2、直接通过下标修改数组，界面不会更新

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
// 元数据
let person = {
	name: 'lilei',
  age: 18
}
// 模拟vue2中响应式实现
let p = {}; // 代理数据
Object.defineProperty(
	p,
  'name',
  {
    // 拦截读操作（查）
  	get() {
      return person.name;
    },
    // 拦截写操作（改）
    set(newValue) {
      console.log('读取name,在这里去更新页面')
      person.age = newValue; 
    },
  }
)

源码分析：

https://lozoe.github.io/vue-analysis/

参考：

https://mp.weixin.qq.com/s/6D3jTFEJ0FuHptjmeTjeNw

赏

谢谢你请我吃糖果

扫一扫，分享到微信

微信分享二维码

tag:

    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

      jsonContent:
    meta: false
    pages: false
    posts:
      title: true
      date: true
      path: true
      text: false
      raw: false
      content: false
      slug: false
      updated: false
      comments: false
      link: false
      permalink: false
      excerpt: false
      categories: false
      tags: true

Lozoe，<br>毕业于大连皇家民族学院，目前就职于驼厂<br><br>热爱大海与冷笑话，<br/>目前是一枚前端<br/><br/>爱生活，爱健身，爱编码<br>年轻无为，卖马为生。