深入浅出 Vue 响应式原理

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了深入浅出 Vue 响应式原理相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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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:

 
   
   
 
  1. <div id="app">

  2. <div>Price :¥{{ price }}</div>

  3. <div>Total:¥{{ price * quantity }}</div>

  4. <div>Taxes: ¥{{ totalPriceWithTax }}</div>

  5. <button @click="changePrice">改变价格</button>

  6. </div>

 
   
   
 
  1. var app = new Vue({

  2. el: '#app',

  3. data() {

  4. return {

  5. price: 5.0,

  6. quantity: 2

  7. };

  8. },

  9. computed: {

  10. totalPriceWithTax() {

  11. return this.price * this.quantity * 1.03;

  12. }

  13. },

  14. methods: {

  15. changePrice() {

  16. this.price = 10;

  17. }

  18. }

  19. })

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。

 
   
   
 
  1. function render () {

  2. console.log('模拟视图渲染')

  3. }

  4. let data = {

  5. name: '浪里行舟',

  6. location: { x: 100, y: 100 }

  7. }

  8. observe(data)

  9. function observe (obj) { // 我们来用它使对象变成可观察的

  10. // 判断类型

  11. if (!obj || typeof obj !== 'object') {

  12. return

  13. }

  14. Object.keys(obj).forEach(key => {

  15. defineReactive(obj, key, obj[key])

  16. })

  17. function defineReactive (obj, key, value) {

  18. // 递归子属性

  19. observe(value)

  20. Object.defineProperty(obj, key, {

  21. enumerable: true, //可枚举(可以遍历)

  22. configurable: true, //可配置(比如可以删除)

  23. get: function reactiveGetter () {

  24. console.log('get', value) // 监听

  25. return value

  26. },

  27. set: function reactiveSetter (newVal) {

  28. observe(newVal) //如果赋值是一个对象,也要递归子属性

  29. if (newVal !== value) {

  30. console.log('set', newVal) // 监听

  31. render()

  32. value = newVal

  33. }

  34. }

  35. })

  36. }

  37. }

  38. data.location = {

  39. x: 1000,

  40. y: 1000

  41. } //set {x: 1000,y: 1000} 模拟视图渲染

  42. 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:

 
   
   
 
  1. class Vue {

  2. /* Vue构造类 */

  3. constructor(options) {

  4. this._data = options.data;

  5. observer(this._data);

  6. }

  7. }

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:

 
   
   
 
  1. function render() {

  2. console.log('模拟视图渲染')

  3. }

  4. let obj = [1, 2, 3]

  5. let methods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']

  6. // 先获取到原来的原型上的方法

  7. let arrayProto = Array.prototype

  8. // 创建一个自己的原型 并且重写methods这些方法

  9. let proto = Object.create(arrayProto)

  10. methods.forEach(method => {

  11. proto[method] = function() {

  12. // AOP

  13. arrayProto[method].call(this, ...arguments)

  14. render()

  15. }

  16. })

  17. function observer(obj) {

  18. // 把所有的属性定义成set/get的方式

  19. if (Array.isArray(obj)) {

  20. obj.__proto__ = proto

  21. return

  22. }

  23. if (typeof obj == 'object') {

  24. for (let key in obj) {

  25. defineReactive(obj, key, obj[key])

  26. }

  27. }

  28. }

  29. function defineReactive(data, key, value) {

  30. observer(value)

  31. Object.defineProperty(data, key, {

  32. get() {

  33. return value

  34. },

  35. set(newValue) {

  36. observer(newValue)

  37. if (newValue !== value) {

  38. render()

  39. value = newValue

  40. }

  41. }

  42. })

  43. }

  44. observer(obj)

  45. function $set(data, key, value) {

  46. defineReactive(data, key, value)

  47. }

  48. obj.push(123, 55)

  49. 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:

 
   
   
 
  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。

 
   
   
 
  1. function render() {

  2. console.log('模拟视图的更新')

  3. }

  4. let obj = {

  5. name: '前端工匠',

  6. age: { age: 100 },

  7. arr: [1, 2, 3]

  8. }

  9. let handler = {

  10. get(target, key) {

  11. // 如果取的值是对象就在对这个对象进行数据劫持

  12. if (typeof target[key] == 'object' && target[key] !== null) {

  13. return new Proxy(target[key], handler)

  14. }

  15. return Reflect.get(target, key)

  16. },

  17. set(target, key, value) {

  18. if (key === 'length') return true

  19. render()

  20. return Reflect.set(target, key, value)

  21. }

  22. }


  23. let proxy = new Proxy(obj, handler)

  24. proxy.age.name = '浪里行舟' // 支持新增属性

  25. console.log(proxy.age.name) // 模拟视图的更新 浪里行舟

  26. proxy.arr[0] = '浪里行舟' //支持数组的内容发生变化

  27. console.log(proxy.arr) // 模拟视图的更新 ['浪里行舟', 2, 3 ]

  28. 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:

 
   
   
 
  1. let globalData = {

  2. text: '浪里行舟'

  3. };

  4. let test1 = new Vue({

  5. template:

  6. `<div>

  7. <span>{{text}}</span>

  8. <div>`,

  9. data: globalData

  10. });

  11. let test2 = new Vue({

  12. template:

  13. `<div>

  14. <span>{{text}}</span>

  15. <div>`,

  16. data: globalData

  17. });

如果我们执行下面这条语句:

 
   
   
 
  1. 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

 
   
   
 
  1. class Dep {

  2. constructor () {

  3. /* 用来存放Watcher对象的数组 */

  4. this.subs = [];

  5. }

  6. /* 在subs中添加一个Watcher对象 */

  7. addSub (sub) {

  8. this.subs.push(sub);

  9. }

  10. /* 通知所有Watcher对象更新视图 */

  11. notify () {

  12. this.subs.forEach((sub) => {

  13. sub.update();

  14. })

  15. }

  16. }

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:

 
   
   
 
  1. let dp = new Dep()

  2. dp.addSub(() => {

  3. console.log('emit here')

  4. })

  5. 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》)。

深入浅出 Vue 响应式原理

2.Watcher的简单实现

 
   
   
 
  1. class Watcher {

  2. constructor(obj, key, cb) {

  3. // 将 Dep.target 指向自己

  4. // 然后触发属性的 getter 添加监听

  5. // 最后将 Dep.target 置空

  6. Dep.target = this

  7. this.cb = cb

  8. this.obj = obj

  9. this.key = key

  10. this.value = obj[key]

  11. Dep.target = null

  12. }

  13. update() {

  14. // 获得新值

  15. this.value = this.obj[this.key]

  16. // 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

  17. this.cb(this.value)

  18. }

  19. }

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。

 
   
   
 
  1. function observe (obj) {

  2. // 判断类型

  3. if (!obj || typeof obj !== 'object') {

  4. return

  5. }

  6. Object.keys(obj).forEach(key => {

  7. defineReactive(obj, key, obj[key])

  8. })

  9. function defineReactive (obj, key, value) {

  10. observe(value) // 递归子属性

  11. let dp = new Dep() //新增

  12. Object.defineProperty(obj, key, {

  13. enumerable: true, //可枚举(可以遍历)

  14. configurable: true, //可配置(比如可以删除)

  15. get: function reactiveGetter () {

  16. console.log('get', value) // 监听

  17. // 将 Watcher 添加到订阅

  18. if (Dep.target) {

  19. dp.addSub(Dep.target) // 新增

  20. }

  21. return value

  22. },

  23. set: function reactiveSetter (newVal) {

  24. observe(newVal) //如果赋值是一个对象,也要递归子属性

  25. if (newVal !== value) {

  26. console.log('set', newVal) // 监听

  27. render()

  28. value = newVal

  29. // 执行 watcher 的 update 方法

  30. dp.notify() //新增

  31. }

  32. }

  33. })

  34. }

  35. }


  36. class Vue {

  37. constructor(options) {

  38. this._data = options.data;

  39. observer(this._data);

  40. /* 新建一个Watcher观察者对象,这时候Dep.target会指向这个Watcher对象 */

  41. new Watcher();

  42. console.log('模拟视图渲染');

  43. }

  44. }

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:

  • 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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