深入浅出Vue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。----官方文档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。本文代码请猛戳https://github.com/ljianshu/Blog

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:   `<div>   <span>{{text}}</span>   <div>`,  data: globalData
});
let test2 = new Vue({  template:   `<div>   <span>{{text}}</span>   <div>`,  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。

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