Vue -- 数据绑定原理

Posted 2022-02-17 前端e站

一.实现原理

• vue.js： 是采用数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式，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，触发相应的监听回调。
• 发布-订阅者模式： 发布-订阅者模式又称为观察者模式，它定义的是一种一对多的依赖关系，当一个状态发生改变的时候，所有以来这个状态的对象都会得到通知；一般通过sub, pub的方式实现数据和视图的绑定监听，更新数据方式通常做法是 vm.set('property', value)。

首先来看一下通过控制台输出一个定义在vue初始化数据上的对象；

var vm = new Vue(
    data: 
        obj: 
            a: 1
        
    ,
    created: function () 
        console.log(this.obj);
    
);

/* 控制台打印 */
//Object __ob__: Observer
    a:1
    __ob__: Observer
    get a:function reactiveGetter()
    set a:function reactive(newVal)
    __proto__:Object

可以看到属性a有两个相对应的get和set方法；vue是通过Object.defineProperty()来实现数据劫持的。

研究下它对应的两个描述属性get和set

一般的：

var Book = 
  name: 'vue权威指南'
;
console.log(Book.name);  // vue权威指南

想要在执行console.log(book.name)的同时，直接给书名加个书名号，那要怎么处理呢？或者说要通过什么监听对象 Book 的属性值。这时候就要用到Object.defineProperty( )了：

var Book = 
var name = '';
Object.defineProperty(Book, 'name', 
  set: function (value) 
    name = value;
    console.log('我是' + value);
  ,
  get: function () 
    return '（' + name + '）'
  
)
 
Book.name = 'vue.js';  // 我是vue.js
console.log(Book.name);  // （vue.js）

通过Object.defineProperty( )设置了对象Book的name属性，对其get和set进行重写操作，顾名思义，get就是在读取name属性这个值触发的函数，set就是在设置name属性这个值触发的函数。

当执行 Book.name = 'vue权威指南' 这个语句时，控制台会打印出 "你取了一个书名叫做vue.js"；

紧接着，当读取这个属性时，就会输出 "（vue.js）"，因为我们在get函数里面对该值做了加工了。

执行语句console.log(Book);控制台会输出如下：

二、Mvvm的双向绑定

已经了解到vue是通过数据劫持的方式来做数据绑定的，其中最核心的方法便是通过Object.defineProperty()来实现对属性的劫持，达到监听数据变动的目的，无疑这个方法是本文中最重要、最基础的内容之一；

要实现mvvm的双向绑定，就必须要实现以下几点：

• 实现一个数据监听器Observer，能够对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订阅者；
• 实现一个指令解析器Compile，对每个元素节点的指令进行扫描和解析，根据指令模板替换数据，以及绑定相应的更新函数；
• 实现一个Watcher，作为连接Observer和Compile的桥梁，能够订阅并收到每个属性变动的通知，执行指令绑定的相应回调函数，从而更新视图；
• mvvm入口函数，整合以上三者；

 1.实现Observer

• Observer模式定义对象间的一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时, 所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新；JDK里提供的observer设计模式的实现由java.util.Observable类和 java.util.Observer接口组成。从名字上可以清楚的看出两者在Observer 设计模式中分别扮演的角色：Observer是观察者角色，Observable是被观察目标(subject)角色。

 利用Obeject.defineProperty()来监听属性变动

 将需要observe的数据对象进行递归遍历，包括子属性对象的属性，都加上 setter和getter；这样的话，给这个对象的某个值赋值，就会触发setter，那么就能监听到了数据变化。

实例：

var data = name: 'kindeng';
observe(data);
data.name = 'dmq'; // 哈哈哈，监听到值变化了 kindeng --> dmq
 
function observe(data) 
    if (!data || typeof data !== 'object') 
        return;
    
    // 取出所有属性遍历
    Object.keys(data).forEach(function(key) 
        defineReactive(data, key, data[key]);
    );
;
 
function defineReactive(data, key, val) 
    observe(val); // 监听子属性
    Object.defineProperty(data, key, 
        enumerable: true, // 可枚举
        configurable: false, // 不能再define
        get: function() 
            return val;
        ,
        set: function(newVal) 
            console.log('哈哈哈，监听到值变化了 ', val, ' --> ', newVal);
            val = newVal;
        
    );

这样我们已经可以监听每个数据的变化了，那么监听到变化之后就是怎么通知订阅者了，所以接下来我们需要实现一个消息订阅器，很简单，维护一个数组，用来收集订阅者，数据变动触发notify，再调用订阅者的update方法，实例优化：

// ... 省略
function defineReactive(data, key, val) 
    var dep = new Dep();
    observe(val); // 监听子属性
 
    Object.defineProperty(data, key, 
        // ... 省略
        set: function(newVal) 
            if (val === newVal) return;
            console.log('哈哈哈，监听到值变化了 ', val, ' --> ', newVal);
            val = newVal;
            dep.notify(); // 通知所有订阅者
        
    );

 
function Dep() 
    this.subs = [];

Dep.prototype = 
    addSub: function(sub) 
        this.subs.push(sub);
    ,
    notify: function() 
        this.subs.forEach(function(sub) 
            sub.update();
        );
    
;

我们已经明确订阅者应该是Watcher, 而且var dep = new Dep();是在 defineReactive方法内部定义的，所以想通过dep添加订阅者，就必须要在闭包内操作，所以我们可以在 getter里面进行控制：

// Observer.js
// ...省略
Object.defineProperty(data, key, 
    get: function() 
        // 由于需要在闭包内添加watcher，所以通过Dep定义一个全局target属性，暂存watcher, 添加完移除
        Dep.target && dep.addDep(Dep.target);
        return val;
    
    // ... 省略
);
 
// Watcher.js
Watcher.prototype = 
    get: function(key) 
        Dep.target = this;
        this.value = data[key];    // 这里会触发属性的getter，从而添加订阅者
        Dep.target = null;
    

现在已经实现了一个Observer了，已经具备了监听数据和数据变化通知订阅者的功能；

2.实现Compile

• compile主要做的事情是解析模板指令，将模板中的变量替换成数据，然后初始化渲染页面视图，并将每个指令对应的节点绑定更新函数，添加监听数据的订阅者，一旦数据有变动，收到通知，更新视图

 因为遍历解析的过程有多次操作dom节点，为提高性能和效率，会先将跟节点el转换成文档碎片fragment进行解析编译操作，解析完成，再将fragment添加回原来的真实dom节点中

function Compile(el) 
    this.$el = this.isElementNode(el) ? el : document.querySelector(el);
    if (this.$el) 
        this.$fragment = this.node2Fragment(this.$el);
        this.init();
        this.$el.appendChild(this.$fragment);
    

Compile.prototype = 
    init: function()  this.compileElement(this.$fragment); ,
    node2Fragment: function(el) 
        var fragment = document.createDocumentFragment(), child;
        // 将原生节点拷贝到fragment
        while (child = el.firstChild) 
            fragment.appendChild(child);
        
        return fragment;
    
;

compileElement方法将遍历所有节点及其子节点，进行扫描解析编译，调用对应的指令渲染函数进行数据渲染，并调用对应的指令更新函数进行绑定，详看代码及注释说明：

Compile.prototype = 
    // ... 省略
    compileElement: function(el) 
        var childNodes = el.childNodes, me = this;
        [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) 
            var text = node.textContent;
            var reg = /\\\\(.*)\\\\/;    // 表达式文本
            // 按元素节点方式编译
            if (me.isElementNode(node)) 
                me.compile(node);
             else if (me.isTextNode(node) && reg.test(text)) 
                me.compileText(node, RegExp.$1);
            
            // 遍历编译子节点
            if (node.childNodes && node.childNodes.length) 
                me.compileElement(node);
            
        );
    ,
    compile: function(node) 
        var nodeAttrs = node.attributes, me = this;
        [].slice.call(nodeAttrs).forEach(function(attr) 
            // 规定：指令以 v-xxx 命名
            // 如 <span v-text="content"></span> 中指令为 v-text
            var attrName = attr.name;    // v-text
            if (me.isDirective(attrName)) 
                var exp = attr.value; // content
                var dir = attrName.substring(2);    // text
                if (me.isEventDirective(dir)) 
                    // 事件指令, 如 v-on:click
                    compileUtil.eventHandler(node, me.$vm, exp, dir);
                 else 
                    // 普通指令
                    compileUtil[dir] && compileUtil[dir](node, me.$vm, exp);
                
            
        );
    
;
 
// 指令处理集合
var compileUtil = 
    text: function(node, vm, exp) 
        this.bind(node, vm, exp, 'text');
    ,
    // ...省略
    bind: function(node, vm, exp, dir) 
        var updaterFn = updater[dir + 'Updater'];
        // 第一次初始化视图
        updaterFn && updaterFn(node, vm[exp]);
        // 实例化订阅者，此操作会在对应的属性消息订阅器中添加了该订阅者watcher
        new Watcher(vm, exp, function(value, oldValue) 
            // 一旦属性值有变化，会收到通知执行此更新函数，更新视图
            updaterFn && updaterFn(node, value, oldValue);
        );
    
;
 
// 更新函数
var updater = 
    textUpdater: function(node, value) 
        node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
    
    // ...省略
;

这里通过递归遍历保证了每个节点及子节点都会解析编译到，包括了表达式声明的文本节点。指令的声明规定是通过特定前缀的节点属性来标记，如<span v-text="content" other-attr中v-text便是指令，而other-attr不是指令，只是普通的属性。
监听数据、绑定更新函数的处理是在compileUtil.bind()这个方法中，通过new Watcher()添加回调来接收数据变化的通知

至此，一个简单的Compile就完成了；

3.实现Watcher

• Watcher订阅者作为Observer和Compile之间通信的桥梁主要做的事情是:

       1.在自身实例化时往属性订阅器(dep)里面添加自己；
       2.自身必须有一个update()方法；
       3.待属性变动dep.notice()通知时，能调用自身的update()方法，并触发Compile中绑定的回调；

function Watcher(vm, exp, cb) 
    this.cb = cb;
    this.vm = vm;
    this.exp = exp;
    // 此处为了触发属性的getter，从而在dep添加自己，结合Observer更易理解
    this.value = this.get(); 

Watcher.prototype = 
    update: function() 
        this.run();    // 属性值变化收到通知
    ,
    run: function() 
        var value = this.get(); // 取到最新值
        var oldVal = this.value;
        if (value !== oldVal) 
            this.value = value;
            this.cb.call(this.vm, value, oldVal); // 执行Compile中绑定的回调，更新视图
        
    ,
    get: function() 
        Dep.target = this;    // 将当前订阅者指向自己
        var value = this.vm[exp];    // 触发getter，添加自己到属性订阅器中
        Dep.target = null;    // 添加完毕，重置
        return value;
    
;
// 这里再次列出Observer和Dep，方便理解
Object.defineProperty(data, key, 
    get: function() 
        // 由于需要在闭包内添加watcher，所以可以在Dep定义一个全局target属性，暂存watcher, 添加完移除
        Dep.target && dep.addDep(Dep.target);
        return val;
    
    // ... 省略
);
Dep.prototype = 
    notify: function() 
        this.subs.forEach(function(sub) 
            sub.update(); // 调用订阅者的update方法，通知变化
        );
    
;

实例化Watcher的时候，调用get()方法，通过Dep.target = watcherInstance标记订阅者是当前watcher实例，强行触发属性定义的getter方法，getter方法执行的时候，就会在属性的订阅器dep添加当前watcher实例，从而在属性值有变化的时候，watcherInstance就能收到更新通知。

4、实现MVVM

• MVVM作为数据绑定的入口，整合Observer、Compile和Watcher三者，通过Observer来监听自己的model数据变化，通过Compile来解析编译模板指令，最终利用Watcher搭起Observer和Compile之间的通信桥梁，达到数据变化 -> 视图更新；视图交互变化(input) -> 数据model变更的双向绑定效果。

一个简单的MVVM构造器：

function MVVM(options) 
    this.$options = options;
    var data = this._data = this.$options.data;
    observe(data, this);
    this.$compile = new Compile(options.el || document.body, this)

但是这里有个问题，从代码中可看出监听的数据对象是options.data，每次需要更新视图，则必须通过var vm = new MVVM(data:name: 'kindeng'); vm._data.name = 'dmq'; 这样的方式来改变数据。

显然不符合我们一开始的期望，我们所期望的调用方式应该是这样的：
var vm = new MVVM(data: name: 'kindeng'); vm.name = 'dmq';

所以这里需要给MVVM实例添加一个属性代理的方法，使访问vm的属性代理为访问vm._data的属性，优化后的代码：

function MVVM(options) 
    this.$options = options;
    var data = this._data = this.$options.data, me = this;
    // 属性代理，实现 vm.xxx -> vm._data.xxx
    Object.keys(data).forEach(function(key) 
        me._proxy(key);
    );
    observe(data, this);
    this.$compile = new Compile(options.el || document.body, this)

 
MVVM.prototype = 
    _proxy: function(key) 
        var me = this;
        Object.defineProperty(me, key, 
            configurable: false,
            enumerable: true,
            get: function proxyGetter() 
                return me._data[key];
            ,
            set: function proxySetter(newVal) 
                me._data[key] = newVal;
            
        );
    
;

这里主要还是利用了Object.defineProperty()这个方法来劫持了vm实例对象的属性的读写权，使读写vm实例的属性转成读写了vm._data的属性值。

一个简单的MVVM模块已经实现，其思想和原理大部分来自经过简化改造的vue源码。