Vue3.0 中的数据侦测
在10月05日凌晨Vue3的源代码正式发布了，来自官方的消息：
目前的版本是 Pre-Alpha ， 仓库地址： Vue-next， 可以通过 Composition API了解更多新版本的信息， 目前版本单元测试相关情况 vue-next-coverage。
文章大纲：
Vue 的核心之一就是响应式系统，通过侦测数据的变化，来驱动更新视图。
实现可响应对象的方式
通过可响应对象，实现对数据的侦测，从而告知外界数据变化。实现可响应对象的方式：
- getter 和 setter
- defineProperty
- Proxy
关于前两个 API 的使用方式不多赘述，单一的访问器 getter/setter 功能相对简单，而作为 Vue2.x 实现可响应对象的 API - defineProperty ， API 本身存在较多问题。
Vue2.x 中，实现数据的可响应，需要对 Object 和 Array 两种类型采用不同的处理方式。 Object 类型通过 Object.defineProperty 将属性转换成 getter/setter ，这个过程需要递归侦测所有的对象 key，来实现深度的侦测。
为了感知 Array 的变化，对 Array 原型上几个改变数组自身的内容的方法做了拦截，虽然实现了对数组的可响应，但同样存在一些问题，或者说不够方便的情况。 同时，defineProperty 通过递归实现 getter/setter 也存在一定的性能问题。
更好的实现方式是通过 ES6 提供的 Proxy API。
Proxy API 的一些细节
Proxy API 具有更加强大的功能， 相比旧的 defineProperty API ，Proxy 可以代理数组，并且 API 提供了多个 traps ，可以实现诸多功能。
这里主要说两个trap: get 、 set ， 以及其中的一些比较容易被忽略的细节。
细节一：trap 默认行为
let data = { foo: 'foo' }
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
return target[key]
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value')
target[key] = value // ?
}
})
p.foo = 123
// set value
复制代码通过 proxy 返回的对象 p 代理了对原始数据的操作，当对 p 设置时，便可以侦测到变化。但是这么写实际上是有问题， 当代理的对象数据是数组时，会报错。
let data = [1,2,3]
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
return target[key]
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value')
target[key] = value
}
})
p.push(4) // VM438:12 Uncaught TypeError: 'set' on proxy: trap returned falsish for property '3'
复制代码将代码更改为：
let data = [1,2,3]
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
return target[key]
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value')
target[key] = value
return true
}
})
p.push(4)
// set value // 打印2次
复制代码实际上，当代理对象是数组，通过 push 操作，并不只是操作当前数据，push 操作还触发数组本身其他属性更改。
let data = [1,2,3]
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
console.log('get value:', key)
return target[key]
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value:', key, value)
target[key] = value
return true
}
})
p.push(1)
// get value: push
// get value: length
// set value: 3 1
// set value: length 4
复制代码先看 set 操作，从打印输出可以看出，push 操作除了给数组的第 3 位下标设置值 1 ，还给数组的 length 值更改为 4。 同时这个操作还触发了 get 去获取 push 和 length 两个属性。
我们可以通过 Reflect 来返回 trap 相应的默认行为，对于 set 操作相对简单，但是一些比较复杂的默认行为处理起来相对繁琐得多，Reflect 的作用就显现出来了。
let data = [1,2,3]
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
console.log('get value:', key)
return Reflect.get(target, key, receiver)
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value:', key, value)
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
p.push(1)
// get value: push
// get value: length
// set value: 3 1
// set value: length 4
复制代码相比自己处理 set 的默认行为，Reflect 就方便得多。
细节二：多次触发 set / get
从前面的例子中可以看出，当代理对象是数组时，push 操作会触发多次 set 执行，同时，也引发 get 操作，这点非常重要，vue3 就很好的使用了这点。 我们可以从另一个例子来看这个操作：
let data = [1,2,3]
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
console.log('get value:', key)
return Reflect.get(target, key, receiver)
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value:', key, value)
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
p.unshift('a')
// get value: unshift
// get value: length
// get value: 2
// set value: 3 3
// get value: 1
// set value: 2 2
// get value: 0
// set value: 1 1
// set value: 0 a
// set value: length 4
复制代码可以看到，在对数组做 unshift 操作时，会多次触发 get 和 set 。 仔细观察输出，不难看出，get 先拿数组最末位下标，开辟新的下标 3 存放原有的末位数值，然后再将原数值都往后挪，将 0 下标设置为了 unshift 的值 a ，由此引发了多次 set 操作。
而这对于 通知外部操作 显然是不利，我们假设 set 中的 console 是触发外界渲染的 render 函数，那么这个 unshift 操作会引发 多次 render 。
我们后面会讲述如何解决相应的这个问题，继续。
细节三：proxy 只能代理一层
let data = { foo: 'foo', bar: { key: 1 }, ary: ['a', 'b'] }
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
console.log('get value:', key)
return Reflect.get(target, key, receiver)
},
set(target, key, value, receiver) {
console.log('set value:', key, value)
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
p.bar.key = 2
// get value: bar
复制代码执行代码，可以看到并没有触发 set 的输出，反而是触发了 get ，因为 set 的过程中访问了 bar 这个属性。 由此可见，proxy 代理的对象只能代理到第一层，而对象内部的深度侦测，是需要开发者自己实现的。同样的，对于对象内部的数组也是一样。
p.ary.push('c')
// get value: ary
复制代码同样只走了 get 操作，set 并不能感知到。
我们注意到 get/set 还有一个参数：receiver ，对于 receiver ，其实接收的是一个代理对象：
let data = { a: {b: {c: 1 } } }
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
console.log(receiver)
const res = Reflect.get(target, key, receiver)
return res
},
set(target, key, value, receiver) {
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
// Proxy {a: {…}}
复制代码这里 receiver 输出的是当前代理对象，注意，这是一个已经代理后的对象。
let data = { a: {b: {c: 1 } } }
let p = new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
const res = Reflect.get(target, key, receiver)
console.log(res)
return res
},
set(target, key, value, receiver) {
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
// {b: {c: 1} }
复制代码当我们尝试输出 Reflect.get 返回的值，会发现，当代理的对象是多层结构时，Reflect.get 会返回对象的内层结构。
记住这一点，Vue3 实现深度的proxy ，便是很好的使用了这点。
解决 proxy 中的细节问题
前面提到了使用 Proxy 来侦测数据变化，有几个细节问题，包括：
- 使用
Reflect来返回trap默认行为 - 对于
set操作，可能会引发代理对象的属性更改，导致set执行多次 proxy只能代理对象中的一层，对于对象内部的操作set未能感知，但是get会被执行
接下来，我们将先自己尝试解决这些问题，后面再分析 Vue3 是如何解决这些细节的。
setTimeout 解决重复 trigger
function reactive(data, cb) {
let timer = null
return new Proxy(data, {
get(target, key, receiver) {
return Reflect.get(target, key, receiver)
},
set(target, key, value, receiver) {
clearTimeout(timer)
timer = setTimeout(() => {
cb && cb()
}, 0);
return Reflect.set(target, key, value, receiver)
}
})
}
let ary = [1, 2]
let p = reactive(ary, () => {
console.log('trigger')
})
p.push(3)
// trigger
复制代码程序输出结果为一个： trigger
这里实现了 reactive 函数，接收两个参数，第一个是被代理的数据 data ，还有一个回调函数 cb， 我们这里先简单的在 cb 中打印 trigger 操作，来模拟通知外部数据的变化。
解决重复的 cb 调用有很多中方式，比方通过标志，来决定是否调用。而这里是使用了定时器 setTimeout ， 每次调用 cb 之前，都清除定时器，来实现类似于 debounce 的操作，同样可以解决重复的 callback 问题。
解决数据深度侦测
目前还有一个问题，那便是深度的数据侦测，我们可以使用递归代理的方式来实现：
function reactive(data, cb) {
let res = null
let timer = null
res = data instanceof Array ? []: {}
for (let key in data) {
if (typeof data[key] === 'object') {
res[key] = reactive(data[key], cb)
} else {
res[key] = data[key]
}
}
return new Proxy(res, {
get(target, key) {
return Reflect.get(target, key)
},
set(target, key, val) {
let res = Reflect.set(target, key, val)
clearTimeout(timer)
timer = setTimeout(() => {
cb && cb()
}, 0)
return res
}
})
}
let data = { foo: 'foo', bar: [1, 2] }
let p = reactive(data, () => {
console.log('trigger')
})
p.bar.push(3)
// trigger
复制代码对代理的对象进行遍历，对每个 key 都做一次 proxy，这是递归实现的方式。 同时，结合前面提到的 timer 避免重复 set 的问题。
这里我们可以输出代理后的对象 p ：
可以看到深度代理后的对象，都携带 proxy 的标志。
到这里，我们解决了使用 proxy 实现侦测的系列细节问题，虽然这些处理方式可以解决问题，但似乎并不够优雅，尤其是递归 proxy 是一个性能隐患， 当数据对象比较大时，递归的 proxy 会消耗比较大的性能，并且有些数据并非需要侦测，我们需要对数据侦测做更细的控制。
接下来我们就看下 Vue3 是如何使用 Proxy 实现数据侦测的。
Vue3 中的 reactivity
Vue3 项目结构采用了 lerna 做 monorepo 风格的代码管理，目前比较多的开源项目切换到了 monorepo 的模式， 比较显著的特征是项目中会有个 packages/ 的文件夹。
Vue3 对功能做了很好的模块划分，同时使用 TS 。我们直接在 packages 中找到响应式数据的模块：
其中，reactive.ts 文件提供了 reactive 函数，该函数是实现响应式的核心。 同时这个函数也挂载在了全局的 Vue 对象上。
这里对源代码做一点程度的简化：
const rawToReactive = new WeakMap()
const reactiveToRaw = new WeakMap()
// utils
function isObject(val) {
return typeof val === 'object'
}
function hasOwn(val, key) {
const hasOwnProperty = Object.prototype.hasOwnProperty
return hasOwnProperty.call(val, key)
}
// traps
function createGetter() {
return function get(target, key, receiver) {
const res = Reflect.get(target, key, receiver)
return isObject(res) ? reactive(res) : res
}
}
function set(target, key, val, receiver) {
const hadKey = hasOwn(target, key)
const oldValue = target[key]
val = reactiveToRaw.get(val) || val
const result = Reflect.set(target, key, val, receiver)
if (!hadKey) {
console.log('trigger ...')
} else if(val !== oldValue) {
console.log('trigger ...')
}
return result
}
// handler
const mutableHandlers = {
get: createGetter(),
set: set,
}
// entry
function reactive(target) {
return createReactiveObject(
target,
rawToReactive,
reactiveToRaw,
mutableHandlers,
)
}
function createReactiveObject(target, toProxy, toRaw, baseHandlers) {
let observed = toProxy.get(target)
// 原数据已经有相应的可响应数据, 返回可响应数据
if (observed !== void 0) {
return observed
}
// 原数据已经是可响应数据
if (toRaw.has(target)) {
return target
}
observed = new Proxy(target, baseHandlers)
toProxy.set(target, observed)
toRaw.set(observed, target)
return observed
}
复制代码rawToReactive 和 reactiveToRaw 是两个弱引用的 Map 结构，这两个 Map 用来保存 原始数据 和 可响应数据 ，在函数 createReactiveObject 中，toProxy 和 toRaw 传入的便是这两个 Map 。
我们可以通过它们，找到任何代理过的数据是否存在，以及通过代理数据找到原始的数据。
除了保存了代理的数据和原始数据，createReactiveObject 函数仅仅是返回了 new Proxy 代理后的对象。 重点在 new Proxy 中传入的handler参数 baseHandlers。
还记得前面提到的 Proxy 实现数据侦测的细节问题吧，我们尝试输入：
let data = { foo: 'foo', ary: [1, 2] }
let r = reactive(data)
r.ary.push(3)
复制代码打印结果：
可以看到打印输出了一次 trigger ...
问题一：如何做到深度的侦测数据的 ？
深度侦测数据是通过 createGetter 函数实现的，前面提到，当对多层级的对象操作时，set 并不能感知到，但是 get 会触发， 于此同时，利用 Reflect.get() 返回的“多层级对象中内层” ，再对“内层数据”做一次代理。
function createGetter() {
return function get(target, key, receiver) {
const res = Reflect.get(target, key, receiver)
return isObject(res) ? reactive(res) : res
}
}
复制代码可以看到这里判断了 Reflect 返回的数据是否还是对象，如果是对象，则再走一次 proxy ，从而获得了对对象内部的侦测。
并且，每一次的 proxy 数据，都会保存在 Map 中，访问时会直接从中查找，从而提高性能。
当我们打印代理后的对象时：
可以看到这个代理后的对象内层并没有代理的标志，这里仅仅是代理外层对象。
输出其中一个存储代理数据的 rawToReactive ：
对于内层 ary: [1, 2] 的代理，已经被存储在了 rawToReactive 中。
由此实现了深度的数据侦测。
问题二：如何避免多次 trigger ？
function hasOwn(val, key) {
const hasOwnProperty = Object.prototype.hasOwnProperty
return hasOwnProperty.call(val, key)
}
function set(target, key, val, receiver) {
console.log(target, key, val)
const hadKey = hasOwn(target, key)
const oldValue = target[key]
val = reactiveToRaw.get(val) || val
const result = Reflect.set(target, key, val, receiver)
if (!hadKey) {
console.log('trigger ... is a add OperationType')
} else if(val !== oldValue) {
console.log('trigger ... is a set OperationType')
}
return result
}
复制代码关于多次 trigger 的问题，vue 处理得很巧妙。
在 set 函数中 hasOwn 前打印 console.log(target, key, val) 。
输入：
let data = ['a', 'b']
let r = reactive(data)
r.push('c')
复制代码输出结果：
r.push('c') 会触发 set 执行两次，一次是值本身 'c' ，一次是 length 属性设置。
设置值 'c' 时，传入的新增索引 key 为 2，target 是原始的代理对象 ['a', 'c'] ，hasOwn(target, key) 显然返回 false ，这是一个新增的操作，此时可以执行 trigger ... is a add OperationType 。
当传入 key 为 length 时，hasOwn(target, key) ，length 是自身属性，返回 true，此时判断 val !== oldValue , val 是 3, 而 oldValue 即为 target['length'] 也是 3，此时不执行 trigger 输出语句。
所以通过 判断 key 是否为 target 自身属性，以及设置val是否跟target[key]相等 可以确定 trigger 的类型，并且避免多余的 trigger。
总结
实际上本文主要集中讲解 Vue3 中是如何使用 Proxy 来侦测数据的。 而在分析源码之前，需要讲清楚 Proxy 本身的一些特性，所以讲了很多 Proxy 的前置知识。同时，我们也通过自己的方式来解决这些问题。
最后，我们对比了 Vue3 中， 是如何处理这些细节的。可以看出，Vue3 并非简单的通过 Proxy 来递归侦测数据， 而是通过 get 操作来实现内部数据的代理，并且结合 WeakMap 来对数据保存，这将大大提高响应式数据的性能。
有兴趣的小伙伴可以针对 递归Proxy 和 这种Vue3的这种实现方式做相应的 benchmark ， 这两者的性能差距比较大。
文章还是对 reactive 做了很大程度的简化，实际上要处理的细节要复杂得多。 更多的细节还是需要查看源码获得。