深入浅出Vue响应式原理

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:

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。

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:

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:

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:

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。

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:

如果我们执行下面这条语句:

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

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:

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》)。

2.Watcher的简单实现

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。

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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参考文章和书籍

  • 珠峰架构课(推荐)

  • 剖析 Vue.js 内部运行机制

  • 深入浅出Vue.js

  • Vue官方文档

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  • Javascript响应式的最通俗易懂的解释(译)

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