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【前端词典】 Vue 响应式原理其实很好懂

前言

这是十篇 Vue 系列文章的第三篇,这篇文章我们讲讲 Vue 最核心的功能之一 —— 响应式原理。

如何理解响应式

可以这样理解:当一个状态改变之后,与这个状态相关的事务也立即随之改变,从前端来看就是数据状态改变后相关 DOM 也随之改变。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。

抛个问题

我们先看看我们在 Vue 中常见的写法:

<div id="app" @click="changeNum">
  {{ num }}
</div>

var app = new Vue({
  el: '#app',
  data: {
    num: 1
  },
  methods: {
    changeNum() {
      this.num = 2
    }
  }
})
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这种写法很常见,不过你考虑过当为什么执行 this.num = 2 后视图为什么会更新呢?通过这篇文章我力争把这个点讲清楚。

如果不使用 Vue,我们应该怎么实现?

我的第一想法是像下面这样实现:

let data = {
  num: 1
};
Object.defineProperty(data, 'num',{
  set: function( newVal ){
    document.getElementById('app').value = newVal;
  }
});
input.addEventListener('input', function(){
  data.num = 2;
});
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这样可以粗略的实现点击元素,自动更新视图。

这里我们需要通过 Object.defineProperty 来操作对象的访问器属性。监听到数据变化的时候,操作相关 DOM。

而这里用到了一个常见模式 —— 发布/订阅模式。

我画了一个大概的流程图,用来说明观察者模式和发布/订阅模式。如下:

仔细的同学会发现,我这个粗略的过程和使用 Vue 的不同的地方就是需要我自己操作 DOM 重新渲染。

如果我们使用 Vue 的话,这一步就是 Vue 内部的代码来处理的。这也是我们为什么在使用 Vue 的时候无需手动操作 DOM 的原因。

关于 Object.defineProperty 我在上一篇文章已经提及,这里就不再复述。

Vue 是如何实现响应式的

我们知道对象可以通过 Object.defineProperty 操作其访问器属性,即对象拥有了 gettersetter 方法。这就是实现响应式的基石。

先看一张很直观的流程图:

initData 方法

在 Vue 的初始化的时候,其 _init() 方法会调用执行 initState(vm) 方法。initState 方法主要是对 propsmethodsdatacomputedwathcer 等属性做了初始化操作。

这里我们就对 data 初始化的过程做一个比较详细的分析。

function initData (vm: Component) {
  let data = vm.$options.data
  data = vm._data = typeof data === 'function'
    ? getData(data, vm)
    : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    ......
  }
  // proxy data on instance
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    ...... // 省略部分兼容代码,但不影响理解
    if (props && hasOwn(props, key)) {
      ......
    } else if (!isReserved(key)) {
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  }
  // observe data
  observe(data, true /* asRootData */)
}
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initData初始化 data 的主要过程也是做两件事:

  1. 通过 proxy 把每一个值 vm._data.[key] 都代理到 vm.[key] 上;
  2. 调用 observe 方法观测整个 data 的变化,把 data 也变成响应式(可观察),可以通过 vm._data.[key] 访问到定义 data 返回函数中对应的属性。

数据劫持 — Observe

通过这个方法将 data 下面的所有属性变成响应式(可观察)。

// 给对象的属性添加 getter 和 setter,用于依赖收集和发布更新
export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;  
  vmCount: number; 
  constructor (value: any) {
    this.value = value
    // 实例化 Dep 对象
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    // 把自身实例添加到数据对象 value 的 __ob__ 属性上
    def(value, '__ob__', this)
    // value 是否为数组的不同调用
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto ? protoAugment : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      this.observeArray(value)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }

  // 取出所有属性遍历
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}
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def 函数内封装了 Object.defineProperty ,所以你 console.log(data) ,会发现多了一个 __ob__ 的属性。

defineReactive 方法遍历所有属性

// 定义一个响应式对象的具体实现
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  const dep = new Dep()
  ..... // 省略部分兼容代码,但不影响理解
  let childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        // 进行依赖收集
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      ..... // 省略部分兼容代码,但不影响理解
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      // 对新的值进行监听
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      // 通知所有订阅者,内部调用 watcher 的 update 方法 
      dep.notify()
    }
  })
}
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defineReactive 方法最开始初始化 Dep 对象的实例,然后通过对子对象递归调用observe 方法,使所有子属性也能变成响应式的对象。并且在 Object.definePropertygettersetter 方法中调用 dep 的相关方法。

即:

  1. getter 方法完成的工作就是依赖收集 —— dep.depend()
  2. setter 方法完成的工作就是发布更新 —— dep.notify()

我们发现这里都和 Dep 对象有着不可忽略的关系。接下来我们就看看 Dep 对象。这个 Dep

调度中心作用的 Dep

前文中我们提到发布/订阅模式,在发布者和订阅者之前有一个调度中心。这里的 Dep 扮演的角色就是调度中心,主要的作用就是:

  1. 收集订阅者 Watcher 并添加到观察者列表 subs
  2. 接收发布者的事件
  3. 通知订阅者目标更新,让订阅者执行自己的 update 方法

详细代码如下:

// Dep 构造函数
export default class Dep {
  static target: ?Watcher;
  id: number;
  subs: Array<Watcher>;

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = []
  }
  // 向 dep 的观察者列表 subs 添加 Watcher
  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }
  // 从 dep 的观察者列表 subs 移除 Watcher
  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }
  // 进行依赖收集
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
  // 通知所有订阅者,内部调用 watcher 的 update 方法
  notify () {
    const subs = this.subs.slice()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}
// Dep.target 是全局唯一的观察者,因为在任何时候只有一个观察者被处理。
Dep.target = null
// 待处理的观察者队列
const targetStack = []

export function pushTarget (_target: ?Watcher) {
  if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target)
  Dep.target = _target
}

export function popTarget () {
  Dep.target = targetStack.pop()
}
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Dep 可以理解成是对 Watcher 的一种管理,Dep 和 Watcher 是紧密相关的。所以我们必须看一看 Watcher 的实现。

订阅者 —— Watcher

Watcher 中定义了许多原型方法,这里我只粗略的讲 updateget 这三个方法。

  // 为了方便理解,部分兼容代码已被我省去
  get () {
    // 设置需要处理的观察者
    pushTarget(this)
    const vm = this.vm
    let value = this.getter.call(vm, vm)
    // deep 是否为 true 的处理逻辑
    if (this.deep) {
      traverse(value)
    }
    // 将 Dep.target 指向栈顶的观察者,并将他从待处理的观察者队列中移除
    popTarget()
    // 执行依赖清空动作
    this.cleanupDeps()
    return value
  }

  update () {
    if (this.computed) {
      ...
    } else if (this.sync) { 
      // 标记为同步
      this.run()
    } else {      
      // 一般都是走这里,即异步批量更新:nextTick
      queueWatcher(this)
    }
  }
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Vue 的响应式过程大概就是这样了。感兴趣的可以看看源码。

最后我们在通过这个流程图来复习一遍:

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最近总有朋友问我 Vue 相关的问题,因此接下来我会输出 10 篇 Vue 相关的文章,希望对大家有一定的帮助。我会保持在 7 到 10 天更新一篇。

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