vue响应式原理源码：带你一步精通vue

学过 vue 如果不了解响应式的原理，怎么能说自己熟练使用 vue，要是没有写过一个简易版的 vue 怎么能说自己精通vue，这篇文章通过300多行代码，带你写一个简易版的 vue，主要实现 vue 数据响应式 （数据劫持结合发布者-订阅者）、数组的变异方法、编译指令，数据的双向绑定的功能。

本文需要有一定 vue 基础，并不适合新手学习。在文章最后附有vue学习链接。因为本文用到了很多知识点，在文章最后也有相关知识点链接和 vue 源码地址，大家自己到文章最后看哦~

文章较长，且有些难度，建议大家，找一个安静的环境，并在看之前沐浴更衣，保持编程的神圣感。下面是实现的简易版 vue 的源码地址，一定要先下载下来！因为文章中的并非全部的代码。

github 源码地址：https://github.com/young-monk/myvue.git

在开始学习之前，我们先来了解一下什么是 MVVM ，什么是数据响应式。

我们都知道 vue 是一个典型的 MVVM 思想，由数据驱动视图。

那么什么是 MVVM 思想呢？

MVVM 是 Model-View-ViewModel，是把一个系统分为了模型（ model ）、视图（ view ）和 view-model 三个部分。

vue 在 MVVM 思想下，view 和model 之间没有直接的联系，但是 view 和 view-model 、model 和 view-model之间时交互的，当 view 视图进行 dom 操作等使数据发生变化时，可以通过 view-model 同步到 model 中，同样的 model 数据变化也会同步到 view 中。

那么实现数据响应式都有什么方法呢？

1、发布者-订阅者模式：当一个对象（发布者）状态发生改变时，所有依赖它的对象（订阅者）都会得到通知。通俗点来讲，发布者就相当于报纸，而订阅者相当于读报纸的人。

2、脏值检查：通过存储旧的数据，和当前新的数据进行对比，观察是否有变更，来决定是否更新视图。angular.js就是通过脏值检查的方式。最简单的实现方式就是通过 setInterval() 定时轮询检测数据变动，但这样无疑会增加性能，所以，angular 只有在指定的事件触发时进入脏值检测。

3、数据劫持：通过Object.defineProperty()来劫持各个属性的setter，getter，在数据变动时触发相应的方法。

vue 是如何实现数据响应式的呢？

vue.js 则是通过数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式。

(图片来自网络)

当执行 new Vue() 时，Vue 就进入了初始化阶段，vue会对指令进行解析（初始化视图，增加订阅者，绑定更新函数），同时通过Obserber 会遍历数据并通过Object.defineProperty 的 getter 和 setter 实现对的监听， 当数据发生变化的时候，Observer 中的 setter 方法被触发，setter 会立即调用Dep.notify()，Dep 开始遍历所有的订阅者，并调用订阅者的 update 方法，订阅者收到通知后对视图进行相应的更新。

我来依次介绍一下图中的重要的名词：

Observer ：数据监听器，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，内部采用Object.defineProperty 的 getter 和 setter 来实现

Compile ：指令解析器，它的作用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

Dep ：订阅者收集器或者叫消息订阅器都可以，它在内部维护了一个数组，用来收集订阅者，当数据改变触发 notify 函数，再调用订阅者的 update 方法

Watcher ：订阅者，它是连接 Observer 和 Compile 的桥梁，收到消息订阅器的通知，更新视图

Updater：视图更新

所以我们想要实现一个vue响应式，需要完成 数据劫持、依赖收集、 发布者订阅者模式。

下面我来介绍我模仿源码实现的功能：

1. 数据的响应式、双向绑定，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
2. 解析 vue 常用的指令 v-html，v-text，v-bind，v-on，v-model，包括（ @ 和 : ）
3. 数组变异方法的处理
4. 在 vue 中使用 this 访问或改变 data 中的数据

我们想要完成以上的功能，需要实现如下类和方法：

1. 实现Observer类：对所有的数据进行监听
2. 实现 array 工具方法：对变异方法的处理
3. 实现 Dep 类：维护订阅者
4. 实现 Watcher 类：接收 Dep 的更新通知，用于更新视图
5. 实现 Compile 类：用于对指令进行解析
6. 实现一个 compileUtils 工具方法，实现通过指令更新视图、绑定更新函数Watcher
7. 实现this.$data代理：实现对this.$data 代理，可以直接在vue中使用 this 获取当前数据

我是使用了webpack作为构建工具来协同开发的，所以在我实现的vue响应式中会用到ES6模块化，webpack的相关知识。知识链接在文章最后。

1、实现 Observer 类

我们都知道要用 Obeject.defineProperty() 来监听属性的数据变化，我们需要对 Observer 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，当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。当然我们在新增加数据的时候，也要对新的数据对象进行递归遍历，加上 setter 和 getter 。

但我们要注意数组，在处理数组时并不是把数组中的每一个元素都加上 setter 和 getter ，我们试想一下，一个从后端返回的数组数据是非常庞大的，如果为每个属性都加上 setter和getter ，性能消耗是十分巨大的。我们想要得到的效果和所消耗的性能不成正比，所以在数组方面，我们通过对数组的7 个变异方法来实现数据的响应式。只有通过数组变异方法来修改和删除数组时才会重新渲染页面。

那么监听到变化之后是如何通知订阅者来更新视图的呢？我们需要实现一个Dep（消息订阅器），其中有一个 notify()方法，是通知订阅者数据发生了变化，再让订阅者来更新视图。

我们怎么添加订阅者呢？我们可以通过 new Dep()，通过 Dep 中的 addSaubs() 方法来添加订阅者。我们来看一下具体代码。

我们首先需要声明一个Observer类，在创建类的时候，我们需要创建一个消息订阅器，判断一下是否是数组，如果是数组，我们便改造数组，如果是对象，我们便需要为对象的每一个属性都加入 setter和getter 。

import { arrayMethods } from './array' //数组变异方法处理 
class Observer {
  constructor(data) {
    //用于对数组进行处理,存放数组的观察者watcher
    this.dep = new Dep()
    if (Array.isArray(data)) {
      //如果是数组,使用数组的变异方法
      data.__proto__ = arrayMethods
      //把数组数据添加 __ob__ 一个Observer,当使用数组变异方法时,可以更新视图
      data.__ob__ = this
      //给数组的每一项添加数据劫持(setter/getter处理)
      this.observerArray(data)
    } else {
      //非数组数据添加数据劫持(setter/getter处理)
      this.walk(data)
    }
  }
}

在上面，我们给 data 的__proto__原型链重新赋值，我们来看一下 arrayMethods 是什么，arrayMethods 是 array.js 文件中，抛出的一个新的 Array 原型

// 获取Array的原型链
const arrayProto = Array.prototype;
// 重新创建一个含有对应原型的对象,在下面称为新Array
const arrayMethods = Object.create(arrayProto);
// 处理7个数组变异方法
['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'reverse', 'sort', 'splice'].forEach(ele => {
    //修改新Array的对应的方法
    arrayMethods[ele] = function () {
        // 执行数组的原生方法,完成其需要完成的内容
        arrayProto[ele].call(this, ...arguments)
        // 获取Observer对象
        const ob = this.__ob__
        // 更新视图
        ob.dep.notify()
    }
})
export {
    arrayMethods
}

此时呢，我们就拥有了数组的变异方法，我们还需要通过 observerArray 方法为数组的每一项添加 getter 和setter ，注意，此时的每一项只是最外面的一层，并非递归遍历。

//循环遍历数组,为数组每一项设置setter/getter
observerArray(items) {
    for (let i = 0; i < items.length; i++) {
      this.observer(items[i])
    }
}

如果是一个对象的话，我们就要对 对象 的每一个属性递归遍历，通过walk() 方法

walk(data) {
	//数据劫持
    if (data && typeof data === "object") {
      for (const key in data) {
        //绑定setter和getter
        this.defineReactive(data, key, data[key])
      }
    }
}

在上面的调用了 defineReactive() ，我们来看看这个方法是干什么的？这个方法就是设置数据劫持的，每一行都有注释。

//数据劫持,设置 setter/getteer
  defineReactive(data, key, value) {
    //如果是数组的话,需要接受返回的Observer对象
    let arrayOb = this.observer(value)
    //创建订阅者/收集依赖
    const dep = new Dep()
    //setter和getter处理
    Object.defineProperty(data, key, {
      //可枚举的
      enumerable: true,
      //可修改的
      configurable: false,
      get() {
        //当 Dep 有 watcher 时, 添加 watcher
        Dep.target && dep.addSubs(Dep.target)
        //如果是数组,则添加上数组的观察者
        Dep.target && arrayOb && arrayOb.dep.addSubs(Dep.target)
        return value
      },
      set: (newVal) => {
        //新旧数据不相等时更改
        if (value !== newVal) {
          //为新设置的数据添加setter/getter
          arrayOb = this.observer(newVal);
          value = newVal
          //通知 dep 数据发送了变化
          dep.notify()
        }
      }
    })
  }
}

我们需要注意的是，在上面的图解中，在 Observer 中，如果数据发生变化，会通知消息订阅器，那么在何时绑定消息订阅器呢？就是在设置 setter 和 getter 的时候，创建一个Dep，并为Dep添加订阅者，Dep.target && dep.addSubs(Dep.target)，通过调用 dep 的 addSubs 方法添加订阅者

2、实现 Dep

Dep是消息订阅器，它的作用就是维护一个订阅者数组，当数据发送变化是，通知对应的订阅者，Dep中有一个notify()方法，作用就是通知订阅者，数据发送了变化

// 订阅者收集器
export default class Dep {
    constructor() {
        //管理的watcher的数组
        this.subs = []
    }
    addSubs(watcher) {
        //添加watcher
        this.subs.push(watcher)
    }
    notify() {
        //通知watcher更新dom
        this.subs.forEach(w => w.update())
    }
}

3、实现 watcher

Watcher就是订阅者，watcher是 Observer 和 Compile 之间通信的桥梁，当数据改变时，接收到 Dep 的通知（Dep 的notify()方法），来调用自己的update()方法，触发 Compile 中绑定的回调，达到更新视图的目的。

import Dep from './dep'
import { complieUtils } from './utils'
export default class Watcher {
    constructor(vm, expr, cb) {
        //当前的vue实例
        this.vm = vm;
        //表达式
        this.expr = expr;
        //回调函数,更新dom
        this.cb = cb
        //获取旧的数据,此时获取旧值的时候,Dep.target会绑定上当前的this
        this.oldVal = this.getOldVal()
    }
    getOldVal() {
        //将当前的watcher绑定起来
        Dep.target = this
        //获取旧数据
        const oldVal = complieUtils.getValue(this.expr, this.vm)
        //绑定完成后,将绑定的置空,防止多次绑定
        Dep.target = null
        return oldVal
    }
    update() {
        //更新函数
        const newVal = complieUtils.getValue(this.expr, this.vm)
        if (newVal !== this.oldVal || Array.isArray(newVal)) {
            //条用更新在compile中创建watcher时传入的回调函数
            this.cb(newVal)
        }
    }
}

上面中用到了 complieUtils 中的 getValue() 方法，会在下面讲，主要作用是获取到指定表达式的值。

我们把整个流程分成两条路线的话：

new Vue() ==> Observer数据劫持 ==> 绑定Dep ==> 通知watcher ==> 更新视图

new Vue() ==> Compile解析模板指令 ==> 初始化视图 和 绑定watcher

此时，我们第一条线的内容已经实现了，我们再来实现一下第二条线。

4、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，初始化渲染页面视图。同时也要绑定更新函数，添加订阅者。

因为在解析的过程中，会多次的操作dom，为提高性能和效率，会先将vue实例根节点的 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，文档碎片知识点在文章最后面的知识点链接中。

class Complie {
    constructor(el, vm) {
        this.el = this.isNodeElement(el) ? el : document.querySelector(el);
        this.vm = vm;
        // 1、将所有的dom对象放到fragement文档碎片中,防止重复操作dom,消耗性能
        const fragments = this.nodeTofragments(this.el)
        // 2、编译模板
        this.complie(fragments)
        // 3、追加子元素到根元素
        this.el.appendChild(fragments)
    }  
}

我们可以看到，Complie 中主要进行了三步，第一步 nodeTofragments 是讲所有的dom节点放到文档碎片中操作，最后一步，是把解析好的dom元素，从文档碎片重新加入到页面中，这两步的具体方法，大家去下载我的源码，看一下就明白了，有注释。我就不再解释 了。

我们来看一下第二步，编译模板：

 complie(fragments) {
    //获取所有节点
    const nodes = fragments.childNodes;
    [...nodes].forEach(ele => {
        if (this.isNodeElement(ele)) {
            //1. 编译元素节点
            this.complieElement(ele)
        } else {
            //编译文本节点
            this.complieText(ele)
        }
        //如果有子节点,循环遍历,编译指令
        if (ele.childNodes && ele.childNodes.length) {
            this.complie(ele)
        }
    })
}

我们要知道，模板可能有两种情况，一种是文本节点（含有双大括号的插值表达式）和元素节点（含有指令）。我们获取所有节点后对每个节点进行判断，如果是元素节点，则用解析元素节点的方法，如果是文本节点，则调用解析文本的方法。

complieElement(node) {
    //1.获取所有的属性
    const attrs = node.attributes;
    //2.筛选出是属性的
    [...attrs].forEach(attr => {
        //attr是一个对象,name是属性名,value是属性值
        const {name,value} = attr
        //判断是否含有v-开头 如:v-html
        if (name.startsWith("v-")) {
            //将指令分离  text, html, on:click
            const [, directive] = name.split("-")
            //处理on:click或bind:name的情况 on,click
            const [dirName, paramName] = directive.split(":") 
            //编译模板
            complieUtils[dirName](node, value, this.vm, paramName)
            //删除属性,在页面中的dom中不会再显示v-html这种指令的属性
            node.removeAttribute(name)
        } else if (name.startsWith("@")) {
            // 如果是事件处理 @click='handleClick'
            let [, paramName] = name.split('@');
            complieUtils['on'](node, value, this.vm, paramName);
            node.removeAttribute(name);
        } else if (name.startsWith(":")) {
            // 如果是事件处理 :href='...'
            let [, paramName] = name.split(':');
            complieUtils['bind'](node, value, this.vm, paramName);
            node.removeAttribute(name);
        }
    })

}

我们在编译模板中调用了 complieUtils[dirName](node, value, this.vm, paramName)方法，这是工具类中的一个方法，用于处理指令

我们再来看看文本节点，文本节点就相对比较简单，只需要匹配{{}}形式的插值表达式就可以了，同样的调用工具方法，来解析。

complieText(node) {
    //1.获取所有的文本内容
    const text = node.textContent
    //匹配{{}}
    if (/\{\{(.+?)\}\}/.test(text)) {
        //编译模板
        complieUtils['text'](node, text, this.vm)
    }
}

上面用来这么多工具方法，我们来看看到底是什么

5、实现 complieUtils 工具方法

这个方法主要是对指令进行处理，获取指令中的值，并在页面中更新相应的值，同时我们在这里要绑定watcher的回调函数。

我来以v-text指令来解释，其他指令都有注释，大家自己看。

import Watcher from './watcher'
export const complieUtils = {
    //处理text指令
    text(node, expr, vm) {
        let value;
        if (/\{\{.+?\}\}/.test(expr)) {
            //处理 {{}}
            value = expr.replace(/\{\{(.+?)\}\}/g, (...args) => {
                //绑定观察者/更新函数
                new Watcher(vm, args[1], () => {
                    //第二个参数,传入回调函数
                    this.updater.updaterText(node, this.getContentVal(expr, vm))
                })
                return this.getValue(args[1], vm)
            })
        } else {
            //v-text
            new Watcher(vm, expr, (newVal) => {
                this.updater.updaterText(node, newVal)
            })
            //获取到value值
            value = this.getValue(expr, vm)
        }
        //调用更新函数
        this.updater.updaterText(node, value)
    },
}

text处理函数是对dom元素的textContent进行操作的，所以有两种情况，一种是使用v-text指令，会更新元素的textContent，另一种情况是{{}} 的插值表达式，也是更新元素的 textContent。

在此方法中我们先判断是哪一种情况，如果是v-text指令，那么就绑定一个watcher的回调，获取到textContent的值，调用updater.updaterText在下面讲，是更新元素的方法。如果是双大括号的话，我们就要对其进行特殊处理，首先是将双大括号替换成指定的变量的值，同时为其绑定 watcher 的回调。

//通过表达式, vm获取data中的值, person.name
getValue(expr, vm) {
    return expr.split(".").reduce((data, currentVal) => {
        return data[currentVal]
    }, vm.$data)
},

获取 textContent 的值是用一个 reduce 函数，用法在最后面的链接中，因为数据可能是 person.name 我们需要获取到最深的对象的值。

 //更新dom元素的方法
updater: {
    //更新文本
    updaterText(node, value) {
        node.textContent = value
    }
}

updater.updaterText更新dom的方法，其实就是对 textContent 重新赋值。

我们再来将一下v-model指令，实现双向的数据绑定，我们都知道，v-model其实实现的是 input 事件和 value 之间的语法糖。所以我们这里同样的监听一下当前dom元素的 input 事件，当数据改变时，调用设置新值的方法

//处理model指令
model(node, expr, vm) {
    const value = this.getValue(expr, vm)
    //绑定watcher
    new Watcher(vm, expr, (newVal) => {
        this.updater.updaterModel(node, newVal)
    })
    //双向数据绑定
    node.addEventListener("input", (e) => {
        //设值方法
        this.setVal(expr, vm, e.target.value)
    })
    this.updater.updaterModel(node, value)
},

这个方法同样是通过 reduce 方法，为对应的变量设置成新的值，此时数据改变了，会自动调用更新视图的方法，我们在之前已经实现了。

//通过表达式,vm,输入框的值,实现设置值,input中v-model双向数据绑定
setVal(expr, vm, inputVal) {
    expr.split(".").reduce((data, currentVal) => {
        data[currentVal] = inputVal
    }, vm.$data)
},

6、实现vue

最后呢，我们就要来整合这些类和工具方法，在创建一个vue实例的时候，我们先获取options中的参数，然后对起进行数据劫持和编译模板

class Vue {
    constructor(options) {
        //获取模板
        this.$el = options.el;
        //获取data中的数据
        this.$data = options.data;
        //将对象中的属性存起来,以便后续使用
        this.$options = options
        //1.数据劫持,设置setter/getter
        new Observer(this.$data)
        //2.编译模板,解析指令
        new Complie(this.$el, this)
    }
}

此时我们想要使用 vue 中的数据，比如我们想要在 vm 对象中使用person.name， 必须用 this.$data.person.name 才能获取到，如果我们想在vm对象中使用 this.person.name 直接修改数据，就需要代理一下 this.$data 。其实就是将当前的 this.$data 中的数据放到全局中进行监听。

export default class Vue {
    constructor(options) {
        //...
        //1.数据劫持,设置setter/getter
        //2.编译模板,解析指令
        if (this.$el) { //如果有模板
            //代理this
            this.proxyData(this.$data)
        }
    }
    proxyData(data) {
        for (const key in data) {
            //将当前的数据放到全局指向中
            Object.defineProperty(this, key, {
                get() {
                    return data[key];
                },
                set(newVal) {
                    data[key] = newVal
                }
            })
        }
    }
}

文章到了这里，就实现了一个简易版的vue，建议大家反复学习，仔细体验，细细品味。

在文章的最后，我通过问、答的形式，来解答一些常见的面试题：

问：什么时候页面会重新渲染？

答：数据发生改变，页面就会重新渲染，但数据驱动视图，数据必须先存在，然后才能实现数据绑定，改变数据，页面才会重新渲染。

---

问：什么时候页面不会重新渲染？

答：有3种情况不会重新渲染

1. 未经声明和未使用的变量，修改他们，都不会重新渲染页面

2. 通过索引的方式和更改长度的方式更改数组，都不会重新渲染页面

3. 增加和删除对象的属性，不会重新渲染页面

---

问：如何使 未声明/未使用的变量、增加/删除对象属性可以使页面重新渲染？

答：添加利用vm.$set/Vue.set，删除利用vm.$delete/Vue.delete方法

---

问：如何更改数组可以使页面重新渲染？

答：可以使用数组的变异方法（共 7 个）：push、pop、unshift、shift、splice、sort、reverse

---

问：数据更新后，页面会立刻重新渲染么？

答：更改数据后，页面不会立刻重新渲染，页面渲染的操作是异步执行的，执行完同步任务后，才会执行异步的

同步队列，异步队列（宏任务、微任务 ）

---

问：如果更改了数据，想要在页面重新渲染后再做操作，怎么办？

答：可以使用 vm.$nextTick 或 Vue.nextTick

---

问：来介绍一下vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 吧

答：我们来看个小例子就明白啦

{{ name }}

---

问： vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 有什么区别呢 ？

答：Vue.nextTick内部函数的this指向window，vm.$nextTick内部函数的this指向Vue实例对象。

Vue.nextTick(function () {
	console.log(this); // window
})
vm.$nextTick(function () {
	console.log(this); // vm实例
})

---

问： vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 是通过什么实现的呢 ？

答：二者都是等页面渲染后执行的任务,都是使用微任务。

  if(typeof Promise !== 'undefined') {
    // 微任务
    // 首先看一下浏览器中有没有promise
    // 因为IE浏览器中不能执行Promise
    const p = Promise.resolve();

  } else if(typeof MutationObserver !== 'undefined') {
    // 微任务
    // 突变观察
    // 监听文档中文字的变化，如果文字有变化，就会执行回调
    // vue的具体做法是：创建一个假节点，然后让这个假节点稍微改动一下，就会执行对应的函数
  } else if(typeof setImmediate !== 'undefined') {
    // 宏任务
    // 只在IE下有
  } else {
    // 宏任务
    // 如果上面都不能执行，那么则会调用setTimeout
  }

同样的这也是vue的一个小缺点：vue一直是等主线程执行完以后再执行渲染任务，如果主线程卡死，则永远渲染不出来。

---

问：利用 Object.defineProperty 实现响应式有什么缺点？

答：

1. 天生就需要进行递归
2. 监听不到数组不存在的索引的改变
3. 监听不到数组长度的改变
4. 监听不到对象的增删

vue前置知识学习链接：

vue源码地址：https://github.com/vuejs/vue-devtools

webpack 知识点链接：https://blog.csdn.net/Newbie___/article/details/104782796

es6 模块化相关知识链接：https://blog.csdn.net/Newbie___/article/details/104523097

es6 类的相关知识：https://blog.csdn.net/Newbie___/article/details/104450311

DocumentFragment 文档碎片知识点：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/DocumentFragment

Obeject.defineProperty方法的使用：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Object/defineProperty

Array.reduce() 方法使用：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Array/Reduce

事件循环相关知识：https://blog.csdn.net/Newbie___/article/details/105450311

vue基础知识学习链接：

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