實現雙向綁定Proxy比defineproperty優劣如何?

来源:https://www.cnblogs.com/duxinyi/archive/2019/10/15/11676902.html
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前言 雙向綁定 其實已經是一個老掉牙的問題了,只要涉及到MVVM框架就不得不談的知識點,但它畢竟是Vue的三要素之一. Vue三要素 響應式: 例如如何監聽數據變化,其中的實現方法就是我們提到的雙向綁定 模板引擎: 如何解析模板 渲染: Vue如何將監聽到的數據變化和解析後的HTML進行渲染 可以實 ...


前言

雙向綁定其實已經是一個老掉牙的問題了,只要涉及到MVVM框架就不得不談的知識點,但它畢竟是Vue的三要素之一.

Vue三要素

  • 響應式: 例如如何監聽數據變化,其中的實現方法就是我們提到的雙向綁定
  • 模板引擎: 如何解析模板
  • 渲染: Vue如何將監聽到的數據變化和解析後的HTML進行渲染

可以實現雙向綁定的方法有很多,KnockoutJS基於觀察者模式的雙向綁定,Ember基於數據模型的雙向綁定,Angular基於臟檢查的雙向綁定,本篇文章我們重點講面試中常見的基於數據劫持的雙向綁定。

常見的基於數據劫持的雙向綁定有兩種實現,一個是目前Vue在用的Object.defineProperty,另一個是ES2015中新增的Proxy,而Vue的作者宣稱將在Vue3.0版本後加入Proxy從而代替Object.defineProperty,通過本文你也可以知道為什麼Vue未來會選擇Proxy。

嚴格來講Proxy應該被稱為『代理』而非『劫持』,不過由於作用有很多相似之處,我們在下文中就不再做區分,統一叫『劫持』。

我們可以通過下圖清楚看到以上兩種方法在雙向綁定體系中的關係.

基於數據劫持的當然還有已經涼透的Object.observe方法,已被廢棄。

提前聲明: 我們沒有對傳入的參數進行及時判斷而規避錯誤,僅僅對核心方法進行了實現.

文章目錄

  1. 基於數據劫持實現的雙向綁定的特點
  2. 基於Object.defineProperty雙向綁定的特點
  3. 基於Proxy雙向綁定的特點

1.基於數據劫持實現的雙向綁定的特點

1.1 什麼是數據劫持

數據劫持比較好理解,通常我們利用Object.defineProperty劫持對象的訪問器,在屬性值發生變化時我們可以獲取變化,從而進行進一步操作。

// 這是將要被劫持的對象
const data = {
  name: '',
};

function say(name) {
  if (name === '古天樂') {
    console.log('給大家推薦一款超好玩的游戲');
  } else if (name === '渣渣輝') {
    console.log('戲我演過很多,可游戲我只玩貪玩懶月');
  } else {
    console.log('來做我的兄弟');
  }
}

// 遍歷對象,對其屬性值進行劫持
Object.keys(data).forEach(function(key) {
  Object.defineProperty(data, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function() {
      console.log('get');
    },
    set: function(newVal) {
      // 當屬性值發生變化時我們可以進行額外操作
      console.log(`大家好,我系${newVal}`);
      say(newVal);
    },
  });
});

data.name = '渣渣輝';
//大家好,我系渣渣輝
//戲我演過很多,可游戲我只玩貪玩懶月

1.2 數據劫持的優勢

目前業界分為兩個大的流派,一個是以React為首的單向數據綁定,另一個是以Angular、Vue為主的雙向數據綁定。

其實三大框架都是既可以雙向綁定也可以單向綁定,比如React可以手動綁定onChange和value實現雙向綁定,也可以調用一些雙向綁定庫,Vue也加入了props這種單向流的api,不過都並非主流賣點。

單向或者雙向的優劣不在我們的討論範圍,我們需要討論一下對比其他雙向綁定的實現方法,數據劫持的優勢所在。

  1. 無需顯示調用: 例如Vue運用數據劫持+發佈訂閱,直接可以通知變化並驅動視圖,上面的例子也是比較簡單的實現data.name = '渣渣輝'後直接觸發變更,而比如Angular的臟檢測則需要顯示調用markForCheck(可以用zone.js避免顯示調用,不展開),react需要顯示調用setState。
  2. 可精確得知變化數據：還是上面的小例子，我們劫持了屬性的setter,當屬性值改變,我們可以精確獲知變化的內容newVal,因此在這部分不需要額外的diff操作,否則我們只知道數據發生了變化而不知道具體哪些數據變化了,這個時候需要大量diff來找出變化值,這是額外性能損耗。

1.3 基於數據劫持雙向綁定的實現思路

數據劫持是雙向綁定各種方案中比較流行的一種,最著名的實現就是Vue。

基於數據劫持的雙向綁定離不開Proxy與Object.defineProperty等方法對對象/對象屬性的"劫持",我們要實現一個完整的雙向綁定需要以下幾個要點。

  1. 利用Proxy或Object.defineProperty生成的Observer針對對象/對象的屬性進行"劫持",在屬性發生變化後通知訂閱者
  2. 解析器Compile解析模板中的Directive(指令)，收集指令所依賴的方法和數據,等待數據變化然後進行渲染
  3. Watcher屬於Observer和Compile橋梁,它將接收到的Observer產生的數據變化,並根據Compile提供的指令進行視圖渲染,使得數據變化促使視圖變化

我們看到，雖然Vue運用了數據劫持，但是依然離不開發佈訂閱的模式，之所以在系列2做了Event Bus的實現,就是因為我們不管在學習一些框架的原理還是一些流行庫（例如Redux、Vuex）,基本上都離不開發佈訂閱模式,而Event模塊則是此模式的經典實現,所以如果不熟悉發佈訂閱模式,建議讀一下系列2的文章。

2.基於Object.defineProperty雙向綁定的特點

關於Object.defineProperty的文章在網路上已經汗牛充棟,我們不想花過多時間在Object.defineProperty上面,本節我們主要講解Object.defineProperty的特點,方便接下來與Proxy進行對比。

對Object.defineProperty還不瞭解的請閱讀文檔

兩年前就有人寫過基於Object.defineProperty實現的文章,想深入理解Object.defineProperty實現的推薦閱讀,本文也做了相關參考。

上面我們推薦的文章為比較完整的實現(400行代碼),我們在本節只提供一個極簡版(20行)和一個簡化版(150行)的實現,讀者可以循序漸進地閱讀。

2.1 極簡版的雙向綁定

我們都知道,Object.defineProperty的作用就是劫持一個對象的屬性,通常我們對屬性的getter和setter方法進行劫持,在對象的屬性發生變化時進行特定的操作。

我們就對對象obj的text屬性進行劫持,在獲取此屬性的值時列印'get val',在更改屬性值的時候對DOM進行操作,這就是一個極簡的雙向綁定。

const obj = {};
Object.defineProperty(obj, 'text', {
  get: function() {
    console.log('get val');　
  },
  set: function(newVal) {
    console.log('set val:' + newVal);
    document.getElementById('input').value = newVal;
    document.getElementById('span').innerHTML = newVal;
  }
});

const input = document.getElementById('input');
input.addEventListener('keyup', function(e){
  obj.text = e.target.value;
})

線上示例 極簡版雙向綁定 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

2.2 升級改造

我們很快會發現，這個所謂的雙向綁定貌似並沒有什麼亂用。。。

原因如下:

  1. 我們只監聽了一個屬性,一個對象不可能只有一個屬性,我們需要對對象每個屬性進行監聽。
  2. 違反開放封閉原則,我們如果瞭解開放封閉原則的話,上述代碼是明顯違反此原則,我們每次修改都需要進入方法內部,這是需要堅決杜絕的。
  3. 代碼耦合嚴重,我們的數據、方法和DOM都是耦合在一起的，就是傳說中的麵條代碼。

那麼如何解決上述問題？

Vue的操作就是加入了發佈訂閱模式，結合Object.defineProperty的劫持能力，實現了可用性很高的雙向綁定。

首先，我們以發佈訂閱的角度看我們第一部分寫的那一坨代碼,會發現它的監聽、發佈和訂閱都是寫在一起的,我們首先要做的就是解耦。

我們先實現一個訂閱發佈中心，即消息管理員（Dep）,它負責儲存訂閱者和消息的分發,不管是訂閱者還是發佈者都需要依賴於它。

  let uid = 0;
  // 用於儲存訂閱者併發布消息
  class Dep {
    constructor() {
      // 設置id,用於區分新Watcher和只改變屬性值後新產生的Watcher
      this.id = uid++;
      // 儲存訂閱者的數組
      this.subs = [];
    }
    // 觸發target上的Watcher中的addDep方法,參數為dep的實例本身
    depend() {
      Dep.target.addDep(this);
    }
    // 添加訂閱者
    addSub(sub) {
      this.subs.push(sub);
    }
    notify() {
      // 通知所有的訂閱者(Watcher)，觸發訂閱者的相應邏輯處理
      this.subs.forEach(sub => sub.update());
    }
  }
  // 為Dep類設置一個靜態屬性,預設為null,工作時指向當前的Watcher
  Dep.target = null;

現在我們需要實現監聽者(Observer),用於監聽屬性值的變化。

// 監聽者,監聽對象屬性值的變化
  class Observer {
    constructor(value) {
      this.value = value;
      this.walk(value);
    }
    // 遍歷屬性值並監聽
    walk(value) {
      Object.keys(value).forEach(key => this.convert(key, value[key]));
    }
    // 執行監聽的具體方法
    convert(key, val) {
      defineReactive(this.value, key, val);
    }
  }

  function defineReactive(obj, key, val) {
    const dep = new Dep();
    // 給當前屬性的值添加監聽
    let chlidOb = observe(val);
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get: () => {
        // 如果Dep類存在target屬性，將其添加到dep實例的subs數組中
        // target指向一個Watcher實例，每個Watcher都是一個訂閱者
        // Watcher實例在實例化過程中，會讀取data中的某個屬性，從而觸發當前get方法
        if (Dep.target) {
          dep.depend();
        }
        return val;
      },
      set: newVal => {
        if (val === newVal) return;
        val = newVal;
        // 對新值進行監聽
        chlidOb = observe(newVal);
        // 通知所有訂閱者，數值被改變了
        dep.notify();
      },
    });
  }

  function observe(value) {
    // 當值不存在，或者不是複雜數據類型時，不再需要繼續深入監聽
    if (!value || typeof value !== 'object') {
      return;
    }
    return new Observer(value);
  }

那麼接下來就簡單了,我們需要實現一個訂閱者(Watcher)。

  class Watcher {
    constructor(vm, expOrFn, cb) {
      this.depIds = {}; // hash儲存訂閱者的id,避免重覆的訂閱者
      this.vm = vm; // 被訂閱的數據一定來自於當前Vue實例
      this.cb = cb; // 當數據更新時想要做的事情
      this.expOrFn = expOrFn; // 被訂閱的數據
      this.val = this.get(); // 維護更新之前的數據
    }
    // 對外暴露的介面，用於在訂閱的數據被更新時，由訂閱者管理員(Dep)調用
    update() {
      this.run();
    }
    addDep(dep) {
      // 如果在depIds的hash中沒有當前的id,可以判斷是新Watcher,因此可以添加到dep的數組中儲存
      // 此判斷是避免同id的Watcher被多次儲存
      if (!this.depIds.hasOwnProperty(dep.id)) {
        dep.addSub(this);
        this.depIds[dep.id] = dep;
      }
    }
    run() {
      const val = this.get();
      console.log(val);
      if (val !== this.val) {
        this.val = val;
        this.cb.call(this.vm, val);
      }
    }
    get() {
      // 當前訂閱者(Watcher)讀取被訂閱數據的最新更新後的值時，通知訂閱者管理員收集當前訂閱者
      Dep.target = this;
      const val = this.vm._data[this.expOrFn];
      // 置空，用於下一個Watcher使用
      Dep.target = null;
      return val;
    }
  }

那麼我們最後完成Vue,將上述方法掛載在Vue上。

  class Vue {
    constructor(options = {}) {
      // 簡化了$options的處理
      this.$options = options;
      // 簡化了對data的處理
      let data = (this._data = this.$options.data);
      // 將所有data最外層屬性代理到Vue實例上
      Object.keys(data).forEach(key => this._proxy(key));
      // 監聽數據
      observe(data);
    }
    // 對外暴露調用訂閱者的介面，內部主要在指令中使用訂閱者
    $watch(expOrFn, cb) {
      new Watcher(this, expOrFn, cb);
    }
    _proxy(key) {
      Object.defineProperty(this, key, {
        configurable: true,
        enumerable: true,
        get: () => this._data[key],
        set: val => {
          this._data[key] = val;
        },
      });
    }
  }

看下效果:

線上示例 雙向綁定實現---無漏洞版 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

至此,一個簡單的雙向綁定算是被我們實現了。

2.3 Object.defineProperty的缺陷

其實我們升級版的雙向綁定依然存在漏洞,比如我們將屬性值改為數組。

let demo = new Vue({
  data: {
    list: [1],
  },
});

const list = document.getElementById('list');
const btn = document.getElementById('btn');

btn.addEventListener('click', function() {
  demo.list.push(1);
});


const render = arr => {
  const fragment = document.createDocumentFragment();
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    const li = document.createElement('li');
    li.textContent = arr[i];
    fragment.appendChild(li);
  }
  list.appendChild(fragment);
};

// 監聽數組,每次數組變化則觸發渲染函數,然而...無法監聽
demo.$watch('list', list => render(list));

setTimeout(
  function() {
    alert(demo.list);
  },
  5000,
);

線上示例 雙向綁定-數組漏洞 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

是的,Object.defineProperty的第一個缺陷,無法監聽數組變化。
然而Vue的文檔提到了Vue是可以檢測到數組變化的，但是只有以下八種方法,vm.items[indexOfItem] = newValue這種是無法檢測的。

push()
pop()
shift()
unshift()
splice()
sort()
reverse()

其實作者在這裡用了一些奇技淫巧,把無法監聽數組的情況hack掉了,以下是方法示例。

const aryMethods = ['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice', 'sort', 'reverse'];
const arrayAugmentations = [];

aryMethods.forEach((method)=> {

    // 這裡是原生Array的原型方法
    let original = Array.prototype[method];

   // 將push, pop等封裝好的方法定義在對象arrayAugmentations的屬性上
   // 註意：是屬性而非原型屬性
    arrayAugmentations[method] = function () {
        console.log('我被改變啦!');

        // 調用對應的原生方法並返回結果
        return original.apply(this, arguments);
    };

});

let list = ['a', 'b', 'c'];
// 將我們要監聽的數組的原型指針指向上面定義的空數組對象
// 別忘了這個空數組的屬性上定義了我們封裝好的push等方法
list.__proto__ = arrayAugmentations;
list.push('d');  // 我被改變啦！ 4

// 這裡的list2沒有被重新定義原型指針，所以就正常輸出
let list2 = ['a', 'b', 'c'];
list2.push('d');  // 4

由於只針對了八種方法進行了hack,所以其他數組的屬性也是檢測不到的,其中的坑很多,可以閱讀上面提到的文檔。

我們應該註意到在上文中的實現里,我們多次用遍歷方法遍歷對象的屬性，這就引出了Object.defineProperty的第二個缺陷,只能劫持對象的屬性,因此我們需要對每個對象的每個屬性進行遍歷，如果屬性值也是對象那麼需要深度遍歷,顯然能劫持一個完整的對象是更好的選擇。

Object.keys(value).forEach(key => this.convert(key, value[key]));

3.Proxy實現的雙向綁定的特點

Proxy在ES2015規範中被正式發佈,它在目標對象之前架設一層“攔截”，外界對該對象的訪問，都必須先通過這層攔截，因此提供了一種機制，可以對外界的訪問進行過濾和改寫,我們可以這樣認為,Proxy是Object.defineProperty的全方位加強版,具體的文檔可以查看此處;

3.1 Proxy可以直接監聽對象而非屬性

我們還是以上文中用Object.defineProperty實現的極簡版雙向綁定為例,用Proxy進行改寫。

const input = document.getElementById('input');
const p = document.getElementById('p');
const obj = {};

const newObj = new Proxy(obj, {
  get: function(target, key, receiver) {
    console.log(`getting ${key}!`);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function(target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key === 'text') {
      input.value = value;
      p.innerHTML = value;
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

input.addEventListener('keyup', function(e) {
  newObj.text = e.target.value;
});

線上示例 Proxy版 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

我們可以看到,Proxy直接可以劫持整個對象,並返回一個新對象,不管是操作便利程度還是底層功能上都遠強於Object.defineProperty。

3.2 Proxy可以直接監聽數組的變化

當我們對數組進行操作(push、shift、splice等)時，會觸發對應的方法名稱和length的變化，我們可以藉此進行操作,以上文中Object.defineProperty無法生效的列表渲染為例。

const list = document.getElementById('list');
const btn = document.getElementById('btn');

// 渲染列表
const Render = {
  // 初始化
  init: function(arr) {
    const fragment = document.createDocumentFragment();
    for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
      const li = document.createElement('li');
      li.textContent = arr[i];
      fragment.appendChild(li);
    }
    list.appendChild(fragment);
  },
  // 我們只考慮了增加的情況,僅作為示例
  change: function(val) {
    const li = document.createElement('li');
    li.textContent = val;
    list.appendChild(li);
  },
};

// 初始數組
const arr = [1, 2, 3, 4];

// 監聽數組
const newArr = new Proxy(arr, {
  get: function(target, key, receiver) {
    console.log(key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function(target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key !== 'length') {
      Render.change(value);
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

// 初始化
window.onload = function() {
    Render.init(arr);
}

// push數字
btn.addEventListener('click', function() {
  newArr.push(6);
});

線上示例 Proxy列表渲染 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

很顯然,Proxy不需要那麼多hack（即使hack也無法完美實現監聽）就可以無壓力監聽數組的變化,我們都知道,標準永遠優先於hack。

3.3 Proxy的其他優勢

Proxy有多達13種攔截方法,不限於apply、ownKeys、deleteProperty、has等等是Object.defineProperty不具備的。

Proxy返回的是一個新對象,我們可以只操作新的對象達到目的,而Object.defineProperty只能遍歷對象屬性直接修改。

Proxy作為新標准將受到瀏覽器廠商重點持續的性能優化，也就是傳說中的新標準的性能紅利。

當然,Proxy的劣勢就是相容性問題,而且無法用polyfill磨平,因此Vue的作者才聲明需要等到下個大版本(3.0)才能用Proxy重寫。

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2019-08-12-03-18-41

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