详解Vue响应式原理

r囧r小猫 2021-12-11 06:37 385阅读 0赞

**摘要：** 搞懂Vue响应式原理！

*  作者：[浪里行舟][Link 1]
 *  原文：[深入浅出Vue响应式原理][Vue]

**[Fundebug][]经授权转载，版权归原作者所有。**

### 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。本文的代码请猛戳[Github博客][Github]

### 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>

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMS5naWY][]

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实现 ####

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`)。

这是因为 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实现 ####

`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：

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()

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### 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》）。

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMi5wbmc][]

#### 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：

![aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMy5wbmc][]

*  在 `new Vue()` 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。
 *  当外界通过Watcher读取数据时，会触发getter从而将Watcher添加到依赖中。
 *  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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### 参考 ###

*  [5种处理Vue异常的方法][5_Vue]
 *  [Vue开发入门看这篇文章就够了][Vue 1]
 *  [Fundebug发布Vue插件，简化BUG监控接入代码][Fundebug_Vue_BUG]
 *  [Vue组件间通信6种方式][Vue_6]

### 关于Fundebug ###

[Fundebug][]专注于JavaScript、微信小程序、微信小游戏、支付宝小程序、React Native、Node.js和Java线上应用实时BUG监控。 自从2016年双十一正式上线，Fundebug累计处理了10亿+错误事件，付费客户有阳光保险、核桃编程、荔枝FM、掌门1对1、微脉、青团社等众多品牌企业。欢迎大家免费试用！

[Link 1]: https://segmentfault.com/u/langlixingzhou
[Vue]: https://segmentfault.com/a/1190000019700618
[Fundebug]: https://www.fundebug.com/
[Github]: https://github.com/ljianshu/Blog/tree/master/vue2.0%E5%AD%A6%E4%B9%A0/%E5%86%85%E9%83%A8%E8%BF%90%E8%A1%8C%E6%9C%BA%E5%88%B6/%E5%93%8D%E5%BA%94%E5%BC%8F%E5%8E%9F%E7%90%86
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMS5naWY]: /images/20211211/3f0c5c4427b247c58257d613ed58f5db.png
[Fundebug 1]: https://www.fundebug.com/?utm_source=liao
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMi5wbmc]: /images/20211211/6e21eef521d44b9f98df05dbdd02c583.png
[aHR0cHM6Ly9pbWFnZS5mdW5kZWJ1Zy5jb20vMjAxOS0wNy0xMC0wMy5wbmc]: /images/20211211/d07d6e41653444aabeefe5dd16ad7248.png
[5_Vue]: https://blog.fundebug.com/2019/06/17/handling-errors-in-vuejs/
[Vue 1]: https://blog.fundebug.com/2019/06/03/vue-development-tutorial/
[Fundebug_Vue_BUG]: https://blog.fundebug.com/2019/01/17/release-fundebug-vue/
[Vue_6]: https://blog.fundebug.com/2019/05/18/6-ways-for-vue-communication/