上一节，我们深入分析了以data,computed为数据创建响应式系统的过程，并对其中依赖收集和派发更新的过程进行了详细的分析。然而在使用和分析过程中依然存在或多或少的问题，这一节我们将针对这些问题展开分析，最后我们也会分析一下watch的响应式过程。这篇文章将作为响应式系统分析的完结篇。
7.12 数组检测
在之前介绍数据代理章节，我们已经详细介绍过Vue数据代理的技术是利用了Object.defineProperty,Object.defineProperty让我们可以方便的利用存取描述符中的getter/setter来进行数据的监听,在get,set钩子中分别做不同的操作，达到数据拦截的目的。然而Object.defineProperty的get,set方法只能检测到对象属性的变化，对于数组的变化(例如插入删除数组元素等操作)，Object.defineProperty却无法达到目的,这也是利用Object.defineProperty进行数据监控的缺陷，虽然es6中的proxy可以完美解决这一问题，但毕竟有兼容性问题，所以我们还需要研究Vue在Object.defineProperty的基础上如何对数组进行监听检测。
7.12.1 数组方法的重写
既然数组已经不能再通过数据的getter,setter方法去监听变化了，Vue的做法是对数组方法进行重写，在保留原数组功能的前提下，对数组进行额外的操作处理。也就是重新定义了数组方法。
var arrayProto = Array.prototype;
// 新建一个继承于Array的对象
var arrayMethods = Object.create(arrayProto);
// 数组拥有的方法
var methodsToPatch = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'splice',
'sort',
'reverse'
];
arrayMethods是基于原始Array类为原型继承的一个对象类，由于原型链的继承，arrayMethod拥有数组的所有方法，接下来对这个新的数组类的方法进行改写。
methodsToPatch.forEach(function (method) {
// 缓冲原始数组的方法
var original = arrayProto[method];
// 利用Object.defineProperty对方法的执行进行改写
def(arrayMethods, method, function mutator () {});
});
function def (obj, key, val, enumerable) {
Object.defineProperty(obj, key, {
value: val,
enumerable: !!enumerable,
writable: true,
configurable: true
});
}
这里对数组方法设置了代理，当执行arrayMethods的数组方法时，会代理执行mutator函数，这个函数的具体实现，我们放到数组的派发更新中介绍。
仅仅创建一个新的数组方法合集是不够的，我们在访问数组时，如何不调用原生的数组方法，而是将过程指向这个新的类，这是下一步的重点。
回到数据初始化过程，也就是执行initData阶段，上一篇内容花了大篇幅介绍过数据初始化会为data数据创建一个Observer类，当时我们只讲述了Observer类会为每个非数组的属性进行数据拦截，重新定义getter,setter方法,除此之外对于数组类型的数据，我们有意跳过分析了。这里，我们重点看看对于数组拦截的处理。
var Observer = function Observer (value) {
this.value = value;
this.dep = new Dep();
this.vmCount = 0;
// 将__ob__属性设置成不可枚举属性。外部无法通过遍历获取。
def(value, '__ob__', this);
// 数组处理
if (Array.isArray(value)) {
if (hasProto) {
protoAugment(value, arrayMethods);
} else {
copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys);
}
this.observeArray(value);
} else {
// 对象处理
this.walk(value);
}
}
数组处理的分支分为两个，hasProto的判断条件，hasProto用来判断当前环境下是否支持__proto__属性。而数组的处理会根据是否支持这一属性来决定执行protoAugment, copyAugment过程，
// __proto__属性的判断
var hasProto = '__proto__' in {};
当支持__proto__时，执行protoAugment会将当前数组的原型指向新的数组类arrayMethods,如果不支持__proto__，则通过代理设置，在访问数组方法时代理访问新数组类中的数组方法。
//直接通过原型指向的方式
function protoAugment (target, src) {
target.__proto__ = src;
}
// 通过数据代理的方式
function copyAugment (target, src, keys) {
for (var i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
var key = keys[i];
def(target, key, src[key]);
}
}
有了这两步的处理，接下来我们在实例内部调用push, unshift等数组的方法时，会执行arrayMethods类的方法。这也是数组进行依赖收集和派发更新的前提。
7.12.2 依赖收集
由于数据初始化阶段会利用Object.definePrototype进行数据访问的改写，数组的访问同样会被getter所拦截。由于是数组，拦截过程会做特殊处理，后面我们再看看dependArray的原理。
function defineReactive###1() {
···
var childOb = !shallow && observe(val);
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: function reactiveGetter () {
var value = getter ? getter.call(obj) : val;
if (Dep.target) {
dep.depend();
if (childOb) {
childOb.dep.depend();
if (Array.isArray(value)) {
dependArray(value);
}
}
}
return value
},
set() {}
}
childOb是标志属性值是否为基础类型的标志，observe如果遇到基本类型数据，则直接返回，不做任何处理，如果遇到对象或者数组则会递归实例化Observer，会为每个子属性设置响应式数据，最终返回Observer实例。而实例化Observer又回到之前的老流程： 添加__ob__属性，如果遇到数组则进行原型重指向，遇到对象则定义getter,setter，这一过程前面分析过，就不再阐述。
在访问到数组时，由于childOb的存在，会执行childOb.dep.depend();进行依赖收集，该Observer实例的dep属性会收集当前的watcher作为依赖保存，dependArray保证了如果数组元素是数组或者对象，需要递归去为内部的元素收集相关的依赖。
function dependArray (value) {
for (var e = (void 0), i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
e = value[i];
e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend();
if (Array.isArray(e)) {
dependArray(e);
}
}
}
我们可以通过截图看最终依赖收集的结果。
收集前
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mslmxttw-1665988012210)(https://p1-jj.byteimg.com/tos...)]
收集后
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RwOxmduV-1665988012214)(https://p1-jj.byteimg.com/tos...)]
7.12.3 派发更新
当调用数组的方法去添加或者删除数据时，数据的setter方法是无法拦截的，所以我们唯一可以拦截的过程就是调用数组方法的时候，前面介绍过，数组方法的调用会代理到新类arrayMethods的方法中,而arrayMethods的数组方法是进行重写过的。具体我们看他的定义。参考Vue3源码视频讲解：进入学习
methodsToPatch.forEach(function (method) {
var original = arrayProto[method];
def(arrayMethods, method, function mutator () {
var args = [], len = arguments.length;
while ( len-- ) args[ len ] = arguments[ len ];
// 执行原数组方法
var result = original.apply(this, args);
var ob = this.__ob__;
var inserted;
switch (method) {
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args;
break
case 'splice':
inserted = args.slice(2);
break
}
if (inserted) { ob.observeArray(inserted); }
// notify change
ob.dep.notify();
return result
});
});
mutator是重写的数组方法，首先会调用原始的数组方法进行运算，这保证了与原始数组类型的方法一致性，args保存了数组方法调用传递的参数。之后取出数组的__ob__也就是之前保存的Observer实例，调用ob.dep.notify();进行依赖的派发更新，前面知道了。Observer实例的dep是Dep的实例，他收集了需要监听的watcher依赖，而notify会对依赖进行重新计算并更新。具体看Dep.prototype.notify = function notify () {}函数的分析，这里也不重复赘述。
回到代码中，inserted变量用来标志数组是否是增加了元素，如果增加的元素不是原始类型，而是数组对象类型，则需要触发observeArray方法，对每个元素进行依赖收集。
Observer.prototype.observeArray = function observeArray (items) {
for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
observe(items[i]);
}
};
总的来说。数组的改变不会触发setter进行依赖更新，所以Vue创建了一个新的数组类，重写了数组的方法，将数组方法指向了新的数组类。同时在访问到数组时依旧触发getter进行依赖收集，在更改数组时，触发数组新方法运算，并进行依赖的派发。
现在我们回过头看看Vue的官方文档对于数组检测时的注意事项：
Vue不能检测以下数组的变动:
- 当你利用索引直接设置一个数组项时，例如：
vm.items[indexOfItem] = newValue- 当你修改数组的长度时，例如：
vm.items.length = newLength
显然有了上述的分析我们很容易理解数组检测带来的弊端，即使Vue重写了数组的方法，以便在设置数组时进行拦截处理，但是不管是通过索引还是直接修改长度，都是无法触发依赖更新的。
7.13 对象检测异常
我们在实际开发中经常遇到一种场景，对象test: { a: 1 }要添加一个属性b,这时如果我们使用test.b = 2的方式去添加，这个过程Vue是无法检测到的，理由也很简单。我们在对对象进行依赖收集的时候，会为对象的每个属性都进行收集依赖，而直接通过test.b添加的新属性并没有依赖收集的过程，因此当之后数据b发生改变时也不会进行依赖的更新。
了解决这一问题，Vue提供了Vue.set(object, propertyName, value)的静态方法和vm.$set(object, propertyName, value)的实例方法，我们看具体怎么完成新属性的依赖收集过程。
Vue.set = set
function set (target, key, val) {
//target必须为非空对象
if (isUndef(target) || isPrimitive(target)
) {
warn(("Cannot set reactive property on undefined, null, or primitive value: " + ((target))));
}
// 数组场景，调用重写的splice方法，对新添加属性收集依赖。
if (Array.isArray(target) && isValidArrayIndex(key)) {
target.length = Math.max(target.length, key);
target.splice(key, 1, val);
return val
}
// 新增对象的属性存在时，直接返回新属性，触发依赖收集
if (key in target && !(key in Object.prototype)) {
target[key] = val;
return val
}
// 拿到目标源的Observer 实例
var ob = (target).__ob__;
if (target._isVue || (ob && ob.vmCount)) {
warn(
'Avoid adding reactive properties to a Vue instance or its root $data ' +
'at runtime - declare it upfront in the data option.'
);
return val
}
// 目标源对象本身不是一个响应式对象，则不需要处理
if (!ob) {
target[key] = val;
return val
}
// 手动调用defineReactive，为新属性设置getter,setter
defineReactive###1(ob.value, key, val);
ob.dep.notify();
return val
}
按照分支分为不同的四个处理逻辑：
- 目标对象必须为非空的对象，可以是数组，否则抛出异常。
- 如果目标对象是数组时，调用数组的
splice方法，而前面分析数组检测时，遇到数组新增元素的场景，会调用ob.observeArray(inserted)对数组新增的元素收集依赖。 - 新增的属性值在原对象中已经存在，则手动访问新的属性值，这一过程会触发依赖收集。
- 手动定义新属性的
getter,setter方法，并通过notify触发依赖更新。
7.14 nextTick
在上一节的内容中，我们说到数据修改时会触发setter方法进行依赖的派发更新，而更新时会将每个watcher推到队列中，等待下一个tick到来时再执行DOM的渲染更新操作。这个就是异步更新的过程。为了说明异步更新的概念，需要牵扯到浏览器的事件循环机制和最优的渲染时机问题。由于这不是文章的主线，我只用简单的语言概述。
7.14.1 事件循环机制
- 完整的事件循环机制需要了解两种异步队列：
macro-task和micro-task macro-task常见的有setTimeout, setInterval, setImmediate, script脚本, I/O操作，UI渲染micro-task常见的有promise, process.nextTick, MutationObserver等- 完整事件循环流程为：
4.1micro-task空，macro-task队列只有script脚本，推出macro-task的script任务执行，脚本执行期间产生的macro-task，micro-task推到对应的队列中
4.2 执行全部micro-task里的微任务事件
4.3 执行DOM操作，渲染更新页面
4.4 执行web worker等相关任务
4.5 循环，取出macro-task中一个宏任务事件执行，重复4的操作。
从上面的流程中我们可以发现，最好的渲染过程发生在微任务队列的执行过程中，此时他离页面渲染过程最近，因此我们可以借助微任务队列来实现异步更新，它可以让复杂批量的运算操作运行在JS层面，而视图的渲染只关心最终的结果，这大大降低了性能的损耗。
举一个这一做法好处的例子：
由于Vue是数据驱动视图更新渲染，如果我们在一个操作中重复对一个响应式数据进行计算，例如 在一个循环中执行this.num ++一千次，由于响应式系统的存在，数据变化触发setter，setter触发依赖派发更新，更新调用run进行视图的重新渲染。这一次循环，视图渲染要执行一千次，很明显这是很浪费性能的，我们只需要关注最后第一千次在界面上更新的结果而已。所以利用异步更新显得格外重要。
7.14.2 基本实现
Vue用一个queue收集依赖的执行，在下次微任务执行的时候统一执行queue中Watcher的run操作,与此同时，相同id的watcher不会重复添加到queue中,因此也不会重复执行多次的视图渲染。我们看nextTick的实现。
// 原型上定义的方法
Vue.prototype.$nextTick = function (fn) {
return nextTick(fn, this)
};
// 构造函数上定义的方法
Vue.nextTick = nextTick;
// 实际的定义
var callbacks = [];
function nextTick (cb, ctx) {
var _resolve;
// callbacks是维护微任务的数组。
callbacks.push(function () {
if (cb) {
try {
cb.call(ctx);
} catch (e) {
handleError(e, ctx, 'nextTick');
}
} else if (_resolve) {
_resolve(ctx);
}
});
if (!pending) {
pending = true;
// 将维护的队列推到微任务队列中维护
timerFunc();
}
// nextTick没有传递参数，且浏览器支持Promise,则返回一个promise对象
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(function (resolve) {
_resolve = resolve;
})
}
}
nextTick定义为一个函数，使用方式为Vue.nextTick( [callback, context] ),当callback经过nextTick封装后，callback会在下一个tick中执行调用。从实现上，callbacks是一个维护了需要在下一个tick中执行的任务的队列，它的每个元素都是需要执行的函数。pending是判断是否在等待执行微任务队列的标志。而timerFunc是真正将任务队列推到微任务队列中的函数。我们看timerFunc的实现。
1.如果浏览器执行Promise,那么默认以Promsie将执行过程推到微任务队列中。
var timerFunc;
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
var p = Promise.resolve();
timerFunc = function () {
p.then(flushCallbacks);
// 手机端的兼容代码
if (isIOS) { setTimeout(noop); }
};
// 使用微任务队列的标志
isUsingMicroTask = true;
}
flushCallbacks是异步更新的函数，他会取出callbacks数组的每一个任务，执行任务，具体定义如下：
function flushCallbacks () {
pending = false;
var copies = callbacks.slice(0);
// 取出callbacks数组的每一个任务，执行任务
callbacks.length = 0;
for (var i = 0; i < copies.length; i++) {
copies[i]();
}
}
2.不支持promise,支持MutataionObserver
else if (!isIE && typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
isNative(MutationObserver) ||
// PhantomJS and iOS 7.x
MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
)) {
var counter = 1;
var observer = new MutationObserver(flushCallbacks);
var textNode = document.createTextNode(String(counter));
observer.observe(textNode, {
characterData: true
});
timerFunc = function () {
counter = (counter + 1) % 2;
textNode.data = String(counter);
};
isUsingMicroTask = true;
}
3.如果不支持微任务方法，则会使用宏任务方法，setImmediate会先被使用
else if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
// Fallback to setImmediate.
// Techinically it leverages the (macro) task queue,
// but it is still a better choice than setTimeout.
timerFunc = function () {
setImmediate(flushCallbacks);
};
}
4.所有方法都不适合，会使用宏任务方法中的setTimeout
else {
timerFunc = function () {
setTimeout(flushCallbacks, 0);
};
}
当nextTick不传递任何参数时，可以作为一个promise用，例如：
nextTick().then(() => {})
7.14.3 使用场景
说了这么多原理性的东西，回过头来看看nextTick的使用场景，由于异步更新的原理，我们在某一时间改变的数据并不会触发视图的更新，而是需要等下一个tick到来时才会更新视图，下面是一个典型场景：
// js
data() {
show: false
},
mounted() {
this.show = true;
this.$refs.myInput.focus();// 报错
}
数据改变时，视图并不会同时改变，因此需要使用nextTick
mounted() {
this.show = true;
this.$nextTick(function() {
this.$refs.myInput.focus();// 正常
})
}
7.15 watch
到这里，关于响应式系统的分析大部分内容已经分析完毕，我们上一节还遗留着一个问题，Vue对用户手动添加的watch如何进行数据拦截。我们先看看两种基本的使用形式。
// watch选项
var vm = new Vue({
el: '#app',
data() {
return {
num: 12
}
},
watch: {
num() {}
}
})
vm.num = 111
// $watch api方式
vm.$watch('num', function() {}, {
deep: ,
immediate: ,
})
7.15.1 依赖收集
我们以watch选项的方式来分析watch的细节，同样从初始化说起，初始化数据会执行initWatch,initWatch的核心是createWatcher。
function initWatch (vm, watch) {
for (var key in watch) {
var handler = watch[key];
// handler可以是数组的形式，执行多个回调
if (Array.isArray(handler)) {
for (var i = 0; i < handler.length; i++) {
createWatcher(vm, key, handler[i]);
}
} else {
createWatcher(vm, key, handler);
}
}
}
function createWatcher (vm,expOrFn,handler,options) {
// 针对watch是对象的形式，此时回调回选项中的handler
if (isPlainObject(handler)) {
options = handler;
handler = handler.handler;
}
if (typeof handler === 'string') {
handler = vm[handler];
}
return vm.$watch(expOrFn, handler, options)
}
无论是选项的形式，还是api的形式，最终都会调用实例的$watch方法，其中expOrFn是监听的字符串，handler是监听的回调函数，options是相关配置。我们重点看看$watch的实现。
Vue.prototype.$watch = function (expOrFn,cb,options) {
var vm = this;
if (isPlainObject(cb)) {
return createWatcher(vm, expOrFn, cb, options)
}
options = options || {};
options.user = true;
var watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options);
// 当watch有immediate选项时，立即执行cb方法，即不需要等待属性变化，立刻执行回调。
if (options.immediate) {
try {
cb.call(vm, watcher.value);
} catch (error) {
handleError(error, vm, ("callback for immediate watcher \"" + (watcher.expression) + "\""));
}
}
return function unwatchFn () {
watcher.teardown();
}
};
}
$watch的核心是创建一个user watcher,options.user是当前用户定义watcher的标志。如果有immediate属性，则立即执行回调函数。
而实例化watcher时会执行一次getter求值，这时，user watcher会作为依赖被数据所收集。这个过程可以参考data的分析。
var Watcher = function Watcher() {
···
this.value = this.lazy
? undefined
: this.get();
}
Watcher.prototype.get = function get() {
···
try {
// getter回调函数，触发依赖收集
value = this.getter.call(vm, vm);
}
}
7.15.2 派发更新
watch派发更新的过程很好理解，数据发生改变时，setter拦截对依赖进行更新，而此前user watcher已经被当成依赖收集了。这个时候依赖的更新就是回调函数的执行。
7.16 小结
这一节是响应式系统构建的完结篇，data,computed如何进行响应式系统设计，这在上一节内容已经详细分析，这一节针对一些特殊场景做了分析。例如由于Object.defineProperty自身的缺陷，无法对数组的新增删除进行拦截检测，因此Vue对数组进行了特殊处理，重写了数组的方法，并在方法中对数据进行拦截。我们也重点介绍了nextTick的原理，利用浏览器的事件循环机制来达到最优的渲染时机。文章的最后补充了watch在响应式设计的原理，用户自定义的watch会创建一个依赖，这个依赖在数据改变时会执行回调。