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深入浅出 Vue 响应式原理！

百家作者：CSDN 2019-07-15 13:19:23

作者 | 浪里行舟

责编 | 胡巍巍

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。本文将针对响应式原理做一个详细介绍，并且带你实现一个基础版的响应式系统。

什么是响应式

我们先来看个例子：

< div?id="app">
????< div>Price?:￥{{?price?}}div>
????< div>Total:￥{{?price?*?quantity?}}div>
????< div>Taxes:?￥{{?totalPriceWithTax?}}div>
????< button?@click="changePrice">改变价格button>
div>

var?app?=?new?Vue({
??el:?'#app',
??data()?{
????return?{
??????price:?5.0,
??????quantity:?2
????};
??},
??computed:?{
????totalPriceWithTax()?{
??????return?this.price?*?this.quantity?*?1.03;
????}
??},
??methods:?{
????changePrice()?{
??????this.price?=?10;
????}
??}
})

上例中当price 发生变化的时候，Vue就知道自己需要做三件事情：

更新页面上price的值
计算表达式 price*quantity 的值，更新页面
调用totalPriceWithTax 函数，更新页面

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
收集视图依赖了哪些数据
数据变化时，自动“通知”需要更新的视图部分，并进行更新

对应专业俗语分别是：

数据劫持 / 数据代理
依赖收集
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。这部分代码主要参考珠峰架构课。

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。

function?render?()?{
??console.log('模拟视图渲染')
}
let?data?=?{
??name:?'浪里行舟',
??location:?{?x:?100,?y:?100?}
}
observe(data)
function?observe?(obj)?{?//?我们来用它使对象变成可观察的
??//?判断类型
??if?(!obj?||?typeof?obj?!==?'object')?{
????return
??}
??Object.keys(obj).forEach(key?=>?{
????defineReactive(obj,?key,?obj[key])
??})
??function?defineReactive?(obj,?key,?value)?{
????//?递归子属性
????observe(value)
????Object.defineProperty(obj,?key,?{
??????enumerable:?true,?//可枚举（可以遍历）
??????configurable:?true,?//可配置（比如可以删除）
??????get:?function?reactiveGetter?()?{
????????console.log('get',?value)?//?监听
????????return?value
??????},
??????set:?function?reactiveSetter?(newVal)?{
????????observe(newVal)?//如果赋值是一个对象，也要递归子属性
????????if?(newVal?!==?value)?{
??????????console.log('set',?newVal)?//?监听
??????????render()
??????????value?=?newVal
????????}
??????}
????})
??}
}
data.location?=?{
??x:?1000,
??y:?1000
}?//set?{x:?1000,y:?1000}?模拟视图渲染
data.name?//?get?浪里行舟

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：

class?Vue?{
????/*?Vue构造类?*/
????constructor(options)?{
????????this._data?=?options.data;
????????observer(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：

function?render()?{
??console.log('模拟视图渲染')
}
let?obj?=?[1,?2,?3]
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()
??}
})
function?observer(obj)?{
??//?把所有的属性定义成set/get的方式
??if?(Array.isArray(obj))?{
????obj.__proto__?=?proto
????return
??}
??if?(typeof?obj?==?'object')?{
????for?(let?key?in?obj)?{
??????defineReactive(obj,?key,?obj[key])
????}
??}
}
function?defineReactive(data,?key,?value)?{
??observer(value)
??Object.defineProperty(data,?key,?{
????get()?{
??????return?value
????},
????set(newValue)?{
??????observer(newValue)
??????if?(newValue?!==?value)?{
????????render()
????????value?=?newValue
??????}
????}
??})
}
observer(obj)
function?$set(data,?key,?value)?{
??defineReactive(data,?key,?value)
}
obj.push(123,?55)
console.log(obj)?//[1,?2,?3,?123,??55]

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：

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

ES6提供了元编程的能力，所以有能力拦截，Vue3.0可能会用ES6中Proxy 作为实现数据代理的主要方式。

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。

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。比如第一例子中，模板中使用了price 数据，当它发生变化时，要向使用了它的地方发送通知。那如果多个Vue实例中共用一个变量，如下面这个例子：

let?globalData?=?{
????text:?'浪里行舟'
};
let?test1?=?new?Vue({
????template:
????????`

????????????{{text}}?
????????`
,
????data:?globalData
});
let?test2?=?new?Vue({
????template:
????????`
????????????{{text}}?
????????`,
????data:?globalData
});

如果我们执行下面这条语句：

globalData.text?=?'前端工匠';

此时我们需要通知 test1 以及 test2 这两个Vue实例进行视图的更新,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

class?Dep?{
????constructor?()?{
????????/*?用来存放Watcher对象的数组?*/
????????this.subs?=?[];
????}
????/*?在subs中添加一个Watcher对象?*/
????addSub?(sub)?{
????????this.subs.push(sub);
????}
????/*?通知所有Watcher对象更新视图?*/
????notify?()?{
????????this.subs.forEach((sub)?=>?{
????????????sub.update();
????????})
????}
}

以上代码主要做两件事情：

用 addSub 方法可以在目前的 Dep 对象中增加一个 Watcher 的订阅操作；
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：

let?dp?=?new?Dep()
dp.addSub(()?=>?{
????console.log('emit?here')
})
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》）。

2.Watcher的简单实现

class?Watcher?{
??constructor(obj,?key,?cb)?{
????//?将?Dep.target?指向自己
????//?然后触发属性的?getter?添加监听
????//?最后将?Dep.target?置空
????Dep.target?=?this
????this.cb?=?cb
????this.obj?=?obj
????this.key?=?key
????this.value?=?obj[key]
????Dep.target?=?null
??}
??update()?{
????//?获得新值
????this.value?=?this.obj[this.key]
???//?我们定义一个?cb?函数，这个函数用来模拟视图更新，调用它即代表更新视图
????this.cb(this.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。

function?observe?(obj)?{
??//?判断类型
??if?(!obj?||?typeof?obj?!==?'object')?{
????return
??}
??Object.keys(obj).forEach(key?=>?{
????defineReactive(obj,?key,?obj[key])
??})
??function?defineReactive?(obj,?key,?value)?{
????observe(value)??//?递归子属性
????let?dp?=?new?Dep()?//新增
????Object.defineProperty(obj,?key,?{
??????enumerable:?true,?//可枚举（可以遍历）
??????configurable:?true,?//可配置（比如可以删除）
??????get:?function?reactiveGetter?()?{
????????console.log('get',?value)?//?监听
?????//?将?Watcher?添加到订阅
???????if?(Dep.target)?{
?????????dp.addSub(Dep.target)?//?新增
???????}
????????return?value
??????},
??????set:?function?reactiveSetter?(newVal)?{
????????observe(newVal)?//如果赋值是一个对象，也要递归子属性
????????if?(newVal?!==?value)?{
??????????console.log('set',?newVal)?//?监听
??????????render()
??????????value?=?newVal
?????//?执行?watcher?的?update?方法
??????????dp.notify()?//新增
????????}
??????}
????})
??}
}

class?Vue?{
????constructor(options)?{
????????this._data?=?options.data;
????????observer(this._data);
????????/*?新建一个Watcher观察者对象，这时候Dep.target会指向这个Watcher对象?*/
????????new?Watcher();
????????console.log('模拟视图渲染');
????}
}

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。

总结

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：

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。
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。
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。