Vue响应式原理/双向数据绑定

Posted 2023-04-27

参考技术A 一句话概括：
采用数据劫持结合发布-订阅模式,通过 Object.defineproperty 来劫持各个属性的 setter,getter,在数据变动时发布消息给订阅者,触发响应的监听回调。
具体实现：
1.为每个vue属性用Object.defineProperty()实现数据劫持，为每个属性分配一个订阅者集合的管理数组dep；
2.然后在编译的时候在该属性的数组dep中添加订阅者，v-model会添加一个订阅者，也会，v-bind也会；
3.接着为input会添加监听事件，修改值就等于为该属性赋值，则会触发该属性的set方法，在set方法内通知订阅者数组dep，订阅者4.数组循环调用各订阅者的update方法更新视图。

Vue 响应式实现原理

准备工作

• 数据驱动
• 响应式的核心原理
• 发布订阅模式和观察者模式

数据驱动

• 数据响应式、双向绑定、数据驱动
  • 数据响应式
    • 数据模型仅仅是普通的 JS 对象，而当我们修改数据时，试图回进行更新，避免了繁琐的 DOM 操作，提高开发效率
  • 双向绑定
    • 数据改变，视图改变；视图改变，数据也随之改变
    • 我们可以使用 v-model 在表单元素上创建双向数据绑定
  • 数据驱动是 Vue 最独特的特性之一
    • 开发过程中仅需关注数据本身，不需要关心数据是如何渲染到视图

响应式的核心原理

vue2

浏览器兼容 IE8 以上（不兼容 IE8）

• 单个属性

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = 
  msg: 'hello'


// 模拟 vue 的实例
let vm = 

// 数据劫持：当访问或者设置 vm 中的成员的时候，做一些干预操作
object.defineProperty(vm, 'msg', 
  // 可枚举（可遍历）
  enumerable: true,
  // 可配置（可以使用 delete 删除，可以通过 defineProperty 重新定义）
  configurable: true,
  // 当获取值的时候执行
  get () 
    console.log('get', data.msg)
    return data.msg
  ,
  // 当设置值的时候执行
  set (newValue) 
    console.log('set', newValue)
    if (newValue === data.msg) 
      return
    
    data.msg = newValue
    // 数据更改，更新 DOM 的值
    document.querySelector('#app').textContent = data.msg
  
)

// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

• 多个属性

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = 
  msg: 'hello',
  count: 10


// 模拟 vue 的实例
let vm = 

proxyData(data)

function proxyData(data) 
  // 遍历 data 对象的所有属性
  Object.keys(data).forEach(key => 
    // 把 data 中的属性，转换成 vm 的 setter/getter
    Object.defineProperty(vm, key, 
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get () 
        console.log('get', data.msg)
        return data[key]
      ,
      set (newValue) 
        console.log('set', newValue)
        if (newValue === data[key]) return
        data[key] = newValue
        document.querySelector('#app').textContent = data[key]
      
    )
  )


// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

vue3

直接监听对象，而非属性。
ES 6中新增，IE 不支持，性能由浏览器优化

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = 
  msg: 'hello',
  count: 0


// 模拟 vue 实例
let vm = new Proxy(data, 
  // 当访问 vm 的成员会执行
  get (target, key) 
    console.log('get, key：', key, target[key])
    return target[key]
  
  // 当设置 vm 的成员会执行
  set (target, key, newValue) 
    console.log('set, key：', key, newValue)
    if (target[key] === newValue) return
    target[key] = newValue
    document.querySelector('#app').textContent = target[key]
  
)
// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

发布订阅模式和观察者模式

发布订阅

• 订阅者
• 发布者
• 信号中心

什么是 “发布/订阅模式” (publish-subscribe pattern)

• 我们假定，存在一个 “信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心 “发布”(publish) 一个信号，其他任务可以向信号中心 “订阅”(subscribe) 这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行

一家超市，存在一个公众号，或者小程序，也就是上述的 “信号中心”

每当这家超市出现折扣，就向小程序或者公众号发布活动信息，也就是上述的 “向信号中心 发布 一个信号”

这家超市的会员可以关注小程序或者公众号，这样在超市发布活动时，自己就知道什么时候去薅羊毛，也就是上述的 “其他任务 向 信号中心 订阅 这个信号，从而知道自己什么时候可以开始执行”

Vue 的自定义事件

let vm = new Vue()

vm.$on('dataChange', () => 
  console.log('dataChange')
)

vm.$on('dataChange', () => 
  console.log('dataChange1')
)

vm.$emit('dataChange')

• 这段代码中我们无法直观地感受到事件发布与订阅，所以我们可以借助下边的场景来更直观的感受发布与订阅模式

兄弟组件通信过程

// eventBus.js
// 事件中心
let eventHub = new Vue()

// ComponentA.vue --- 发布者
addTodo: function () 
  // 发布消息（事件）
  eventHub.$emit('add-todo', text: this.newTodoText)
  this.newTodoText = ''


// ComponentB.vue --- 订阅者
created: function () 
  // 订阅消息
  eventHub.$on('add-todo', this.addTodo)

• 通过 eventBus 我们就可以感受到事件的订阅与发布
• 这段代码中 ComponentA 就相当于上述举例的 超市的小程序或者公众号 ，ComponentB 就相当于上述举例的 关注了这家超市公众号的会员
• 当 发布者 通过 $emit 触发了一个叫做 add-todo 的事件后，那么通过 $on 订阅了 add-todo 的订阅者，就会执行对应的事件

模拟 Vue 自定义事件的实现

class EventEmitter 
  constructor () 
    //  eventType: [handler1, handler2] 
    this.subs = 
  

  // 订阅通知
  $on (eventType, handler) 
    this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
    this.subs[eventType].push(handler)
  

  // 发布通知
  $emit (eventType) 
    if (this.subs[eventType]) 
      this.subs[eventType].forEach(handler => 
        handler()
      )
    
  


// 测试
var bus = new EventEmitter()

// 注册事件
bus.$on('click', function () 
  console.log('click')
)

bus.$on('click', function () 
  console.log('click1')
)

// 触发事件
bus.$emit('click')

观察者

• 观察者（订阅者）— Watcher
  • update()：当事件发生时，具体要做的事情
• 目标（发布者）— Dep
  • subs 数组：存储所有的观察者
  • addSub()：添加观察者
  • notify()：当事件发生，调用所有观察者的 update() 方法
• 没有事件中心

// 目标（发布者）
// Dependency
class Dep 
  constructor () 
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  
  // 添加观察者
  addSub (sub) 
    if (sub && sub.update) 
      this.subs.push(sub)
    
  
  // 通知所有观察者
  notify () 
    this.subs.forEach(sub => 
      sub.update()
    )
  


// 观察者（订阅者）
class Watcher 
  update () 
    console.log('update')
  


// 测试
let dep = new Dep()
let watcher = new Watcher()
dep.addSub(watcher)
dep.notify()

总结

• 观察者模式 是由具体目标调度，比如当事件触发，Dep 就回去调用观察者的方法，所以观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的
• 发布/订阅模式 是由统一调度中心调用，因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在

Vue 响应式原理模拟

整体分析

• Vue 基本结构
• 打印 Vue 实例观察
• 整体结构

• Vue
  • 把 data 中的成员注入到 Vue 实例，并且把 data 中的成员转成 getter/setter
• Observer
  • 能够把数据对象的所有属性进行监听，如有变动可拿到最新值并通知 Dep
• Compiler
  • 解析每个元素中的指令/插值表达式，并替换成相应的数据
• Dep
  • 添加观察者（watcher），当数据变化通知所有观察者
• Watcher
  • 数据变化更新视图

Vue 类

• 功能
  • 接收初始化的参数（选项）
  • 把 data 中的属性注入到 Vue 实例，转换成 getter/setter
  • 调用 observer 监听 data 中所有属性的变化
  • 调用 compiler 解析指令/插值表达式
• 结构
  • $options
  • $el
  • $data
  • _proxyData() 静态方法不对外暴露
• 代码

  class Vue 
    constructor (options) 
      // 1. 保存选项的数据
      this.$options = options || 
      this.$data = options.data || 
      const el = options.el
      this.$el = typeof options.el === 'string' ? document.querySelector(el) : el
  
      // 2. 负责把 data 注入到 Vue 实例
      this._proxyData(this.$data)
  
      // 3. 负责调用 Oberver 实现数据劫持
      // 4. 负责调用 Compiler 解析指令/插值表达式等
    
  
    _proxyData (data) 
      // 遍历 data 的所有属性
      Object.keys(data).forEach(key => 
        Object.defineProperty(this, key, 
          enumerable: true,
          configurable: true,
          get () 
            return data[key]
          ,
          set (newValue) 
            if (data[key] == newValue) return
            data[key] = newValue
        )
      )
    
  
  

Observer 类

• 功能
  • 把 data 选项中的属性转换成响应式数据
  • data 中的某个属性也是对象，把该属性转换成响应式数据
  • 数据变化发送通知
• 结构
  • walk(data)
  • defineReactive(data, key, value)
• 代码

  // 负责数据劫持
  // 把 $data 中的成员转换成 getter/setter
  class Observer 
    constructor (data) 
      this.walk(data)
    
    // 1. 判断数据是否是对象，如果不是对象返回
    // 2. 如果是对象，遍历对象的所有属性，设置为 getter/setter
    walk (data) 
      if (!data || typeof data !== 'object') return
      // 遍历 data 的所有成员
      Object.keys(data).forEach(key => 
        this.defineReactive(data, key, data[key])
      )
    
    // 定义响应式成员
    defineReactive (data, key, val) 
      const that = this
      // 如果 val 是对象，继续设置它下面的成员为响应式数据
      this.walk(val)
      Object.defineProperty(data, key, 
        configurable: true,
        enumerable: true,
        get () 
          return val
        ,
        set (newValue) 
          if (newValue === val) return
          // 如果 newValue 是对象，设置 newValue 的成员为响应式
          this.walk(newValue)
          val = newValue
        
      )
    
  
  

Compiler 类

• 功能
  • 负责编译模板，解析指令/插值表达式
  • 负责页面的首次渲染
  • 当数据变化后重新渲染视图
• 结构
  • 属性
    • el
    • vm
  • 方法
    • compile(el)
    • compileElement(node)
    • compileText(node)
    • isDirective(attrName)
    • isTextNode(node)
    • isElementNode(node)
• 代码
  • compile
    • 负责解析指令/插值表达式

  // 负责解析指令/插值表达式
  class Compiler 
    constructor (vm) 
      this.vm = vm
      this.el = vm.$el
      // 编译模板
      this.compile(this.el)
    
    // 编译模板
    // 处理文本节点和元素节点
    compile (el) 
      const nodes = el.childNodes
      Arrat.from(nodes).forEach(node => 
        // 判断是文本节点还是元素节点
        if (this.isTextNode(node)) 
          this.compileText(node)
         else if (this.isElementNode(node)) 
          this.compileElement(node)
        
  
        if (node.childNodes && node.childNodes.length) 
          // 如果当前节点中还有子节点，递归编译
          this.compile(node)
        
      )
    
    // 判断是否是文本节点
    isTextNode (node) 
      return node.nodeType === 3
    
    // 判断是否是节点属性
    isElementNode (node) 
      return node.nodeType === 1
    
    // 判断是否是以 v- 开头的指令
    isDirective (attrName) 
      return attrName.startswith('v-')
    
    // 编译文本节点
    compileText (node) 
  
    
    // 编译属性节点
    compileElement (node) 
  
    
  
  

  • compileElement
    • 负责编译元素的指令
    • 处理 v-text 的首次渲染
    • 处理 v-model 的首次渲染

  // 编译属性节点
  compileElement (node) 
    // 遍历元素节点中的所有属性，找到指令
    Array.form(node.attributes).forEach(attr => 
      // 获取元素属性的名称
      let attrName = attr.name
  
      // 判断当前的属性名称是否是指令
      if (this.isDirective(attrName)) 
        // attrName 的形式 v-text v-model
        // 截取属性的名称，获取 text model
        attrName = attrName.substr(2)
        // 获取属性的名称，属性的名称就是我们数据对象的属性 v-text='name'，获取的是 name
        const key = attr.value
        // 处理不同的指令
        this.update(node, key, attrName)
      
    )
  
  
  // 负责更新 DOM
  // 创建 watcher
  update (node, key, dir) 
    // node 节点，key 数据的属性名称，dir 指令的前半部分
    const updaterFn = this[dir + 'Updater']
    updaterFn && updaterFn(node, this.vm[key])
  
  
  // v-text 指令的更新方法
  textUpdater (node, value) 
    node.textContent = value
  
  // v-model 指令的更新方法
  modelUpdater (node, value) 
    node.value = value
  
  

  • compileText
    • 负责编译插值表达式

  // 编译文本节点
  compileText (node) 
    const reg = /\\\\(.+?)\\\\/
    // 获取文本节点的内容
    const value = node.textContent
    if (reg.test(value)) 
      // 插值表达式中的值就是我们要的属性名称
      const key = RegExp.$1.trim()
      // 把插值表达式替换成具体的值
      node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])
    
  
  

  • isDirective
    • 判断元素属性名是否为指令，以 v- 开头都是指令

  isDirective(attrName) 
    return attrName.startsWith('v-')
  
  

  • isTextNode
    • 判断是否是文本节点

  isTextNode (node) 
    return node.nodeType === 3
  
  

  • isElementNode
    • 判断是否是元素节点

  isElementNode (node) 
    return node.nodeType === 1
  
  

Dep（Dependency） 类

• 功能
  • 收集依赖，添加观察者（watcher）
  • 通知所有观察者
• 结构
  • subs
  • addSub(sub)
  • notify
• 代码

class Dep 
  constructor () 
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  
  // 添加观察者
  addSub (sub) 
    if (sub && sub.update) 
      this.subs.push(sub)
    
  
  // 通知所有观察者
  notify () 
    this.subs.forEach(sub => 
      Sub.update()
    )
  

• 在 compiler.js 中收集依赖，发送通知

// defineReactive 中
// 创建 dep 对象收集依赖
const dep = new Dep()

// getter 中 --- get 的过程中收集依赖
Dep.target && dep.addSub(Dep.target)

// setter 中 --- 当数据变化制后，发送通知
dep.notify()

Watcher 类

• 功能
  • 当数据变化触发依赖，dep通知所有的 Watcher 实例更新视图
  • 自身实例化的时候往 dep 对象中添加自己
• 结构
  • vm
  • key
  • cb
  • oldValue
  • update()
• 代码

class watcher 
  co
以上是关于Vue响应式原理/双向数据绑定的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
 vue响应式原理（数据双向绑定的原理）
 (Vue -05) v-model指令 + 绑定事件 + 深度响应式
 VUE底层原理之数据双向绑定
 能说说vue的响应式原理吗？
 Vue 响应式实现原理
 Vue 响应式实现原理