深入浅出 Vue 响应式原理

怼烎@ 2023-07-21 12:29 6阅读 0赞

## 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>

![format_png][]

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：

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.  `obj.length-- // 不支持数组的长度变化`
2.  `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。**

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：

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》）。

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### 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。

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：

![format_png 2][]

*  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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来源于前端工匠 ，作者浪里行舟

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