詳解Vue響應式原理

来源:https://www.cnblogs.com/fundebug/archive/2019/07/10/responsive-vue.html
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摘要： 搞懂Vue響應式原理！ 作者： "浪里行舟" 原文： "深入淺出Vue響應式原理" "Fundebug" 經授權轉載，版權歸原作者所有。 前言 Vue 最獨特的特性之一，是其非侵入性的響應式系統。數據模型僅僅是普通的 JavaScript 對象。而當你修改它們時，視圖會進行更新。這使得狀態管 ...


摘要： 搞懂Vue響應式原理！

Fundebug經授權轉載，版權歸原作者所有。

前言

Vue 最獨特的特性之一，是其非侵入性的響應式系統。數據模型僅僅是普通的 JavaScript 對象。而當你修改它們時，視圖會進行更新。這使得狀態管理非常簡單直接，不過理解其工作原理同樣重要，這樣你可以避開一些常見的問題。----官方文檔

本文將針對響應式原理做一個詳細介紹，並且帶你實現一個基礎版的響應式系統。本文的代碼請猛戳Github博客

什麼是響應式

我們先來看個例子：

<div id="app">
    <div>Price :￥{{ price }}</div>
    <div>Total:￥{{ price * quantity }}</div>
    <div>Taxes: ￥{{ totalPriceWithTax }}</div>
    <button @click="changePrice">改變價格</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;
    }
  }
})

上例中當price 發生變化的時候，Vue就知道自己需要做三件事情：

  • 更新頁面上price的值
  • 計算表達式 price*quantity 的值，更新頁面
  • 調用totalPriceWithTax 函數，更新頁面

數據發生變化後，會重新對頁面渲染，這就是Vue響應式，那麼這一切是怎麼做到的呢？

想完成這個過程，我們需要：

  • 偵測數據的變化
  • 收集視圖依賴了哪些數據
  • 數據變化時，自動“通知”需要更新的視圖部分，併進行更新

對應專業俗語分別是：

  • 數據劫持 / 數據代理
  • 依賴收集
  • 發佈訂閱模式

如何偵測數據的變化

首先有個問題，在Javascript中，如何偵測一個對象的變化？

其實有兩種辦法可以偵測到變化：使用Object.defineProperty和ES6的Proxy，這就是進行數據劫持或數據代理。這部分代碼主要參考珠峰架構課。

方法1. Object.defineProperty實現

Vue通過設定對象屬性的 setter/getter 方法來監聽數據的變化，通過getter進行依賴收集，而每個setter方法就是一個觀察者，在數據變更的時候通知訂閱者更新視圖。

function render () {
  console.log('模擬視圖渲染')
}
let data = {
  name: '浪里行舟',
  location: { x: 100, y: 100 }
}
observe(data)
function observe (obj) { // 我們來用它使對象變成可觀察的
  // 判斷類型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key])
  })
  function defineReactive (obj, key, value) {
    // 遞歸子屬性
    observe(value)
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚舉（可以遍歷）
      configurable: true, //可配置（比如可以刪除）
      get: function reactiveGetter () {
        console.log('get', value) // 監聽
        return value
      },
      set: function reactiveSetter (newVal) {
        observe(newVal) //如果賦值是一個對象，也要遞歸子屬性
        if (newVal !== value) {
          console.log('set', newVal) // 監聽
          render()
          value = newVal
        }
      }
    })
  }
}
data.location = {
  x: 1000,
  y: 1000
} //set {x: 1000,y: 1000} 模擬視圖渲染
data.name // get 浪里行舟

上面這段代碼的主要作用在於：observe這個函數傳入一個 obj（需要被追蹤變化的對象），通過遍歷所有屬性的方式對該對象的每一個屬性都通過 defineReactive 處理,以此來達到實現偵測對象變化。值得註意的是，observe 會進行遞歸調用。

那我們如何偵測Vue中data 中的數據，其實也很簡單：

class Vue {
    /* Vue構造類 */
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
    }
}

這樣我們只要 new 一個 Vue 對象，就會將 data 中的數據進行追蹤變化。
不過這種方式有幾個註意點需補充說明：

  • 無法檢測到對象屬性的添加或刪除(如data.location.a=1)。

這是因為 Vue 通過Object.defineProperty來將對象的key轉換成getter/setter的形式來追蹤變化，但getter/setter只能追蹤一個數據是否被修改，無法追蹤新增屬性和刪除屬性。如果是刪除屬性，我們可以用vm.$delete實現，那如果是新增屬性，該怎麼辦呢？
1）可以使用 Vue.set(location, a, 1) 方法向嵌套對象添加響應式屬性;
2）也可以給這個對象重新賦值，比如data.location = {...data.location,a:1}

  • Object.defineProperty 不能監聽數組的變化，需要進行數組方法的重寫，具體代碼如下：
function render() {
  console.log('模擬視圖渲染')
}
let obj = [1, 2, 3]
let methods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']
// 先獲取到原來的原型上的方法
let arrayProto = Array.prototype
// 創建一個自己的原型 並且重寫methods這些方法
let proto = Object.create(arrayProto)
methods.forEach(method => {
  proto[method] = function() {
    // AOP
    arrayProto[method].call(this, ...arguments)
    render()
  }
})
function observer(obj) {
  // 把所有的屬性定義成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]

這種方法將數組的常用方法進行重寫，進而覆蓋掉原生的數組方法，重寫之後的數組方法需要能夠被攔截。但有些數組操作Vue時攔截不到的，當然也就沒辦法響應，比如：

obj.length-- // 不支持數組的長度變化
obj[0]=1  // 修改數組中第一個元素，也無法偵測數組的變化

ES6提供了元編程的能力，所以有能力攔截，Vue3.0可能會用ES6中Proxy 作為實現數據代理的主要方式。

方法2. Proxy實現

Proxy 是 JavaScript 2015 的一個新特性。Proxy 的代理是針對整個對象的，而不是對象的某個屬性，因此不同於 Object.defineProperty 的必須遍歷對象每個屬性，Proxy 只需要做一層代理就可以監聽同級結構下的所有屬性變化，當然對於深層結構，遞歸還是需要進行的。此外Proxy支持代理數組的變化。

function render() {
  console.log('模擬視圖的更新')
}
let obj = {
  name: '前端工匠',
  age: { age: 100 },
  arr: [1, 2, 3]
}
let handler = {
  get(target, key) {
    // 如果取的值是對象就在對這個對象進行數據劫持
    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' // 支持新增屬性
console.log(proxy.age.name) // 模擬視圖的更新 浪里行舟
proxy.arr[0] = '浪里行舟' //支持數組的內容發生變化
console.log(proxy.arr) // 模擬視圖的更新 ['浪里行舟', 2, 3 ]
proxy.arr.length-- // 無效

以上代碼不僅精簡，而且還是實現一套代碼對對象和數組的偵測都適用。不過Proxy相容性不太好！

為什麼要收集依賴

我們之所以要觀察數據，其目的在於當數據的屬性發生變化時，可以通知那些曾經使用了該數據的地方。比如第一例子中，模板中使用了price 數據，當它發生變化時，要向使用了它的地方發送通知。那如果多個Vue實例中共用一個變數，如下麵這個例子：

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
});

如果我們執行下麵這條語句：

globalData.text = '前端工匠';

此時我們需要通知 test1 以及 test2 這兩個Vue實例進行視圖的更新,我們只有通過收集依賴才能知道哪些地方依賴我的數據，以及數據更新時派發更新。那依賴收集是如何實現的？其中的核心思想就是“事件發佈訂閱模式”。接下來我們先介紹兩個重要角色-- 訂閱者 Dep和觀察者 Watcher ，然後闡述收集依賴的如何實現的。

訂閱者 Dep

1.為什麼引入 Dep

收集依賴需要為依賴找一個存儲依賴的地方，為此我們創建了Dep,它用來收集依賴、刪除依賴和向依賴發送消息等。

於是我們先來實現一個訂閱者 Dep 類，用於解耦屬性的依賴收集和派發更新操作，說得具體點，它的主要作用是用來存放 Watcher 觀察者對象。我們可以把Watcher理解成一個中介的角色，數據發生變化時通知它，然後它再通知其他地方。

2. Dep的簡單實現

class Dep {
    constructor () {
        /* 用來存放Watcher對象的數組 */
        this.subs = [];
    }
    /* 在subs中添加一個Watcher對象 */
    addSub (sub) {
        this.subs.push(sub);
    }
    /* 通知所有Watcher對象更新視圖 */
    notify () {
        this.subs.forEach((sub) => {
            sub.update();
        })
    }
}

以上代碼主要做兩件事情：

  • 用 addSub 方法可以在目前的 Dep 對象中增加一個 Watcher 的訂閱操作；
  • 用 notify 方法通知目前 Dep 對象的 subs 中的所有 Watcher 對象觸發更新操作。

所以當需要依賴收集的時候調用 addSub，當需要派發更新的時候調用 notify。調用也很簡單：

let dp = new Dep()
dp.addSub(() => {
    console.log('emit here')
})
dp.notify()

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觀察者 Watcher

1.為什麼引入Watcher

Vue 中定義一個 Watcher 類來表示觀察訂閱依賴。至於為啥引入Watcher，《深入淺出vue.js》給出了很好的解釋:

當屬性發生變化後，我們要通知用到數據的地方，而使用這個數據的地方有很多，而且類型還不一樣，既有可能是模板，也有可能是用戶寫的一個watch,這時需要抽象出一個能集中處理這些情況的類。然後，我們在依賴收集階段只收集這個封裝好的類的實例進來，通知也只通知它一個，再由它負責通知其他地方。

依賴收集的目的是將觀察者 Watcher 對象存放到當前閉包中的訂閱者 Dep 的 subs 中。形成如下所示的這樣一個關係（圖參考《剖析 Vue.js 內部運行機制》）。

2. Watcher的簡單實現

class Watcher {
  constructor(obj, key, cb) {
    // 將 Dep.target 指向自己
    // 然後觸發屬性的 getter 添加監聽
    // 最後將 Dep.target 置空
    Dep.target = this
    this.cb = cb
    this.obj = obj
    this.key = key
    this.value = obj[key]
    Dep.target = null
  }
  update() {
    // 獲得新值
    this.value = this.obj[this.key]
   // 我們定義一個 cb 函數，這個函數用來模擬視圖更新，調用它即代表更新視圖
    this.cb(this.value)
  }
}

以上就是 Watcher 的簡單實現，在執行構造函數的時候將 Dep.target 指向自身，從而使得收集到了對應的 Watcher，在派發更新的時候取出對應的 Watcher ,然後執行 update 函數。

收集依賴

所謂的依賴，其實就是Watcher。至於如何收集依賴，總結起來就一句話，在getter中收集依賴，在setter中觸發依賴。先收集依賴，即把用到該數據的地方收集起來，然後等屬性發生變化時，把之前收集好的依賴迴圈觸發一遍就行了。

具體來說，當外界通過Watcher讀取數據時，便會觸發getter從而將Watcher添加到依賴中，哪個Watcher觸發了getter，就把哪個Watcher收集到Dep中。當數據發生變化時，會迴圈依賴列表，把所有的Watcher都通知一遍。

最後我們對 defineReactive 函數進行改造，在自定義函數中添加依賴收集和派發更新相關的代碼,實現了一個簡易的數據響應式。

function observe (obj) {
  // 判斷類型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key])
  })
  function defineReactive (obj, key, value) {
    observe(value)  // 遞歸子屬性
    let dp = new Dep() //新增
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚舉（可以遍歷）
      configurable: true, //可配置（比如可以刪除）
      get: function reactiveGetter () {
        console.log('get', value) // 監聽
     // 將 Watcher 添加到訂閱
       if (Dep.target) {
         dp.addSub(Dep.target) // 新增
       }
        return value
      },
      set: function reactiveSetter (newVal) {
        observe(newVal) //如果賦值是一個對象，也要遞歸子屬性
        if (newVal !== value) {
          console.log('set', newVal) // 監聽
          render()
          value = newVal
     // 執行 watcher 的 update 方法
          dp.notify() //新增
        }
      }
    })
  }
}

class Vue {
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
        /* 新建一個Watcher觀察者對象，這時候Dep.target會指向這個Watcher對象 */
        new Watcher();
        console.log('模擬視圖渲染');
    }
}

當 render function 被渲染的時候,讀取所需對象的值，會觸發 reactiveGetter 函數把當前的 Watcher 對象（存放在 Dep.target 中）收集到 Dep 類中去。之後如果修改對象的值，則會觸發 reactiveSetter 方法，通知 Dep 類調用 notify 來觸發所有 Watcher 對象的 update 方法更新對應視圖。

總結

最後我們依照下圖（參考《深入淺出vue.js》），再來回顧下整個過程：

  • 在 new Vue() 後， Vue 會調用_init 函數進行初始化，也就是init 過程，在 這個過程Data通過Observer轉換成了getter/setter的形式，來對數據追蹤變化，當被設置的對象被讀取的時候會執行getter 函數，而在當被賦值的時候會執行 setter函數。
  • 當外界通過Watcher讀取數據時，會觸發getter從而將Watcher添加到依賴中。
  • 在修改對象的值的時候，會觸發對應的setter， setter通知之前依賴收集得到的 Dep 中的每一個 Watcher，告訴它們自己的值改變了，需要重新渲染視圖。這時候這些 Watcher就會開始調用 update 來更新視圖。

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參考

關於Fundebug

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