浅谈VUE响应式双向绑定

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-03-16 13:37 239阅读 0赞

区别于公司产品的老项目前端部分大量运用Jquery框架，使用现代主流前端框架开发产品均使用数据驱动视图的方式，隐藏了如JQ的DOM操作改变视图的方式，即现代前端框架采用声明式编程替代类如JQ的命令式编程

$("#xxx").text("xxx");
    // 变为下者
    view = render(state);复制代码

前者我们详细地写了如何去操作dom节点的过程，我们命令什么，它就操作什么；  
后者则是我们输入了数据状态，输出视图（我们不关心中间的过程，它们均由框架帮助我们实现，既使用了框架，不就是为了让我们构建应用产品化繁就简么？）；  
前者固然直接，但是当应用变得复杂则代码将难以维护，而后者框架帮我们实现了一系列的操作，无需管理过程，优势显然可见。

VUE框架从整体上来讲，最大的特点即在于数据驱动视图的响应式、数据双向绑定特点，这也是我入职面试时楠哥第一个问我的面试问题，当时时间原因和理解不够深入原因，对此理解不够深入，故在此谈谈VUE的响应式、数据双向绑定原理。

在此针对两个问题进行分析：

1.  vue数据双向绑定的原理。  
    
2.  实现简单版vue的过程，主要实现\{ \{\}\}、v-model和事件指令的功能。

# vue数据双向绑定原理 #

vue数据双向绑定是通过数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式来实现的，我们可以先来看一下通过控制台输出一个定义在vue初始化数据上的对象是个什么东西。

var vm = new Vue({
        data: {
            obj: {
                a: 1
            }
        },
        created: function () {
            console.log(this.obj);
        }
    });复制代码

我们可以看到属性a有两个相对应的get和set方法，为什么会多出这两个方法呢？因为vue是通过Object.defineProperty()来实现数据劫持的。

Object.defineProperty( )是用来做什么的？它可以来控制一个对象属性的一些特有操作，比如读写权、是否可以枚举，这里我们主要先来研究下它对应的两个描述属性get和set，其用法，[请点击这里阅读更多用法][Link 1]。

在平常，我们很容易就可以打印出一个对象的属性数据：

var Book = {
      name: 'vue权威指南'
    };
    console.log(Book.name);  // vue权威指南复制代码

如果想要在执行console.log(book.name)的同时，直接给书名加个书名号，那要怎么处理呢？或者说要通过什么监听对象 Book 的属性值。这时候Object.defineProperty( )就派上用场了，代码如下：

我们通过Object.defineProperty( )设置了对象Book的name属性，对其get和set进行重写操作，顾名思义，get就是在读取name属性这个值触发的函数，set就是在设置name属性这个值触发的函数，所以当执行 Book.name = 'vue权威指南' 这个语句时，控制台会打印出 "你取了一个书名叫做vue权威指南"，紧接着，当读取这个属性时，就会输出 "《vue权威指南》"，因为我们在get函数里面对该值做了加工了。如果这个时候我们执行下下面的语句，控制台会输出什么？

console.log(Book);复制代码

乍一看，是不是跟我们在上面打印vue数据长得有点类似，说明vue确实是通过这种方法来进行数据劫持的。接下来我们通过其原理来实现一个简单版的mvvm双向绑定代码。

# 思路分析 #

实现mvvm主要包含两个方面，数据变化更新视图，视图变化更新数据：

***关键点在于data如何更新view，因为view更新data其实可以通过事件监听即可，比如input标签监听 'input' 事件就可以实现了。所以我们着重来分析下，当数据改变，如何更新视图的。***

数据更新视图的重点是如何知道数据变了，只要知道数据变了，那么接下去的事都好处理。如何知道数据变了，其实上文我们已经给出答案了，就是通过Object.defineProperty( )对属性设置一个set函数，当数据改变了就会来触发这个函数，所以我们只要将一些需要更新的方法放在这里面就可以实现data更新view了。

思路有了，接下去就是实现过程了。

# 实现过程 #

我们已经知道实现数据的双向绑定，首先要对数据进行劫持监听，所以我们需要设置一个监听器Observer，用来监听所有属性。如果属性发生变化了，就需要告诉订阅者Watcher看是否需要更新。因为订阅者是有很多个，所以我们需要有一个消息订阅器Dep(depandence)来专门收集这些订阅者，然后在监听器Observer和订阅者Watcher之间进行统一管理的。接着，我们还需要有一个指令解析器Compile，对每个节点元素进行扫描和解析，将相关指令对应初始化成一个订阅者Watcher，并替换模板数据或者绑定相应的函数，此时当订阅者Watcher接收到相应属性的变化，就会执行对应的更新函数，从而更新视图。因此接下去我们执行以下3个步骤，实现数据的双向绑定：

1.实现一个监听器Observer，用来劫持并监听所有属性，如果有变动的，就通知订阅者。

2.实现一个订阅者Watcher，可以收到属性的变化通知并执行相应的函数，从而更新视图。

3.实现一个解析器Compile，可以扫描和解析每个节点的相关指令，并根据初始化模板数据以及初始化相应的订阅器。

流程图如下：

## 1.实现一个Observer ##

Observer是一个数据监听器，其实现核心方法就是前文所说的Object.defineProperty( )。如果要对所有属性都进行监听的话，那么可以通过递归方法遍历所有属性值，并对其进行Object.defineProperty( )处理。如下代码，实现了一个Observer。

思路分析中，需要创建一个可以容纳订阅者的消息订阅器Dep，订阅器Dep主要负责收集订阅者，然后再属性变化的时候执行对应订阅者的更新函数。所以显然订阅器需要有一个容器，这个容器就是list，将上面的Observer稍微改造下，植入消息订阅器：

从代码上看，我们将订阅器Dep添加一个订阅者设计在getter里面，这是为了让Watcher初始化进行触发，因此需要判断是否要添加订阅者，至于具体设计方案，下文会详细说明的。在setter函数里面，如果数据变化，就会去通知所有订阅者，订阅者们就会去执行对应的更新的函数。到此为止，一个比较完整Observer已经实现了，接下来我们开始设计Watcher。

## 2.实现Watcher ##

订阅者Watcher在初始化的时候需要将自己添加进订阅器Dep中，那该如何添加呢？我们已经知道监听器Observer是在get函数执行了添加订阅者Wather的操作的，所以我们只要在订阅者Watcher初始化的时候触发对应的get函数去执行添加订阅者操作即可，那要如何触发get的函数，只要获取对应的属性值就可以触发了，核心原因就是因为我们使用了Object.defineProperty( )进行数据监听。这里还有一个细节点需要处理，我们只要在订阅者Watcher初始化的时候才需要添加订阅者，所以需要做一个判断操作，因此可以在订阅器上做一下手脚：在Dep.target上缓存下订阅者，添加成功后再将其去掉就可以了。订阅者Watcher的实现如下：

这时候，我们需要对监听器Observer也做个稍微调整，主要是对应Watcher类原型上的get函数。需要调整地方在于defineReactive函数：

到此为止，简单版的Watcher设计完毕，这时候我们只要将Observer和Watcher关联起来，就可以实现一个简单的双向绑定数据了。因为这里还没有设计解析器Compile，所以对于模板数据我们都进行写死处理，假设模板上有一个节点，且id为'name'，并且双向绑定的绑定的变量也为'name'，且是通过两个大双括号包起来（这里只是为了演示，暂时没什么用处），模板如下：

<body>
        <h1 id="name">{
         {name}}</h1>
    </body>复制代码

这时候我们需要将Observer和Watcher关联起来：

function SelfVue (data, el, exp) {
        this.data = data;
        observe(data);
        el.innerHTML = this.data[exp];  // 初始化模板数据的值
        new Watcher(this, exp, function (value) {
            el.innerHTML = value;
        });
        return this;
    }复制代码

然后在页面上new一下SelfVue，就可以实现数据的双向绑定了：

<body>
        <h1 id="name">{
         {name}}</h1>
    </body>
    <script src="js/observer.js"></script>
    <script src="js/watcher.js"></script>
    <script src="js/index.js"></script>
    <script type="text/javascript">
        var ele = document.querySelector('#name');
        var selfVue = new SelfVue({
            name: 'hello world'
        }, ele, 'name');
     
        window.setTimeout(function () {
            console.log('name值改变了');
            selfVue.data.name = 'ZYB';
        }, 2000);
     
    </script>复制代码

这时候打开页面，可以看到页面刚开始显示了是'hello world'，过了2s后就变成'ZYB'了。到这里，还有一个细节问题，我们在赋值的时候是这样的形式 ' selfVue.data.name = 'ZYB' ' 而我们理想的形式是' selfVue.name = 'ZYB'为了实现这样的形式，我们需要在new SelfVue的时候做一个代理处理，让访问selfVue的属性代理为访问selfVue.data的属性，实现原理还是使用Object.defineProperty( )对属性值再包一层：

这下我们就可以直接通过' selfVue.name = 'ZYB' '的形式来进行改变模板数据了。

## 3.实现Compile ##

虽然上面已经实现了一个双向数据绑定的例子，但是整个过程都没有去解析dom节点，而是直接固定某个节点进行替换数据的，所以接下来需要实现一个解析器Compile来做解析和绑定工作。解析器Compile实现步骤：

1.解析模板指令，并替换模板数据，初始化视图

2.将模板指令对应的节点绑定对应的更新函数，初始化相应的订阅器

为了解析模板，首先需要获取到dom元素，然后对含有dom元素上含有指令的节点进行处理，因此这个环节需要对dom操作比较频繁，所以可以先建一个fragment片段，将需要解析的dom节点存入fragment片段里再进行处理：

### 补充： ###

*DocumentFragment（文档片段）可以看作节点容器，它可以包含多个子节点，当我们将它插入到 DOM 中时，只有它的子节点会插入目标节点，所以把它看作一组节点的容器。使用 DocumentFragment 处理节点，速度和性能远远优于直接操作 DOM。Vue 进行编译时，就是将挂载目标的所有子节点劫持（真的是劫持，通过 append 方法，DOM 中的节点会被自动删除）到 DocumentFragment 中，经过一番处理后，再将 DocumentFragment 整体返回插入挂载目标。*

function nodeToFragment (el) {
        var fragment = document.createDocumentFragment();
        var child = el.firstChild;
        while (child) {
            // 将Dom元素移入fragment中
            fragment.appendChild(child);
            child = el.firstChild
        }
        return fragment;
    }复制代码

接下来需要遍历各个节点，对含有相关指定的节点进行特殊处理，这里先处理最简单的情况，只对带有 '\{ \{变量\}\}' 这种形式的指令进行处理，后面再考虑更多指令情况：

获取到最外层节点后，调用compileElement函数，对所有子节点进行判断，如果节点是文本节点且匹配\{ \{\}\}这种形式指令的节点就开始进行编译处理，编译处理首先需要初始化视图数据，对应上面所说的步骤1，接下去需要生成一个并绑定更新函数的订阅器，对应上面所说的步骤2。这样就完成指令的解析、初始化、编译三个过程，一个解析器Compile也就可以正常的工作了。为了将解析器Compile与监听器Observer和订阅者Watcher关联起来，我们需要再修改一下类SelfVue函数：

function SelfVue (options) {
        var self = this;
        this.vm = this;
        this.data = options;
     
        Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
            self.proxyKeys(key);
        });
     
        observe(this.data);
        new Compile(options, this.vm);
        return this;
    }复制代码

更改后，我们就不要像之前通过传入固定的元素值进行双向绑定了，可以随便命名各种变量进行双向绑定了：

<body>
        <div id="app">
            <h2>{
        {title}}</h2>
            <h1>{
        {name}}</h1>
        </div>
    </body>
    <script src="js/observer.js"></script>
    <script src="js/watcher.js"></script>
    <script src="js/compile.js"></script>
    <script src="js/index.js"></script>
    <script type="text/javascript">
     
        var selfVue = new SelfVue({
            el: '#app',
            data: {
                title: 'hello world',
                name: ''
            }
        });
     
        window.setTimeout(function () {
            selfVue.title = '你好';
        }, 2000);
     
        window.setTimeout(function () {
            selfVue.name = 'ZYB';
        }, 2500);
     
    </script>复制代码

如上代码，在页面上可观察到，刚开始titile和name分别被初始化为 'hello world' 和空，2s后title被替换成 '你好' 3s后name被替换成 'ZYB' 了。

到这里，一个数据双向绑定功能已经基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析编译，在哪里进行更多指令的处理呢？答案很明显，只要在上文说的compileElement函数加上对其他指令节点进行判断，然后遍历其所有属性，看是否有匹配的指令的属性，如果有的话，就对其进行解析编译。这里我们再添加一个v-model指令和事件指令的解析编译，对于这些节点我们使用函数compile进行解析处理：

上面的compile函数是挂载Compile原型上的，它首先遍历所有节点属性，然后再判断属性是否是指令属性，如果是的话再区分是哪种指令，再进行相应的处理。

最后我们在稍微改造下类SelfVue，使它更像vue的用法：

function SelfVue (options) {
        var self = this;
        this.data = options.data;
        this.methods = options.methods;
     
        Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
            self.proxyKeys(key);
        });
     
        observe(this.data);
        new Compile(options.el, this);
        options.mounted.call(this); // 所有事情处理好后执行mounted函数
    }复制代码

这时候我们可以来真正测试了，在页面上设置如下东西：

<body>
        <div id="app">
            <h2>{
         {title}}</h2>
            <input v-model="name">
            <h1>{
         {name}}</h1>
            <button v-on:click="clickMe">click me!</button>
        </div>
    </body>
    <script src="js/observer.js"></script>
    <script src="js/watcher.js"></script>
    <script src="js/compile.js"></script>
    <script src="js/index.js"></script>
    <script type="text/javascript">
     
         new SelfVue({
            el: '#app',
            data: {
                title: 'hello world',
                name: 'ZYB'
            },
            methods: {
                clickMe: function () {
                    this.title = 'hello world';
                }
            },
            mounted: function () {
                window.setTimeout(() => {
                    this.title = '你好';
                }, 1000);
            }
        });
     
    </script>复制代码

VUE3.0即将发布，在VUE3.0中，VUE的双向绑定换为了ES6中的proxy,因为对于object.defineproperty()：

*  Object.defineProperty无法监控到数组下标的变化，导致直接通过数组的下标给数组设置值，不能实时响应。 
 *  Object.defineProperty只能劫持对象的属性,因此我们需要对每个对象的每个属性进行遍历。Vue 2.x里，是通过 递归 + 遍历 data 对象来实现对数据的监控的，如果属性值也是对象那么需要深度遍历,显然如果能劫持一个完整的对象是才是更好的选择。

而要取代它的Proxy有以下两个优点;

>  *  可以劫持整个对象，并返回一个新对象
>  *  有13种劫持操作

此处暂不展开赘述，待到VUE3.0正式发布再做研究。

[Link 1]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fdeveloper.mozilla.org%2Fzh-CN%2Fdocs%2FWeb%2FJavaScript%2FReference%2FGlobal_Objects%2FObject%2FdefineProperty