vue的双向绑定原理及实现

理解vue的核心理念

使用vue会让人感到身心愉悦,它同时具备angular和react的优点,轻量级,api简单,文档齐全,简单强大,麻雀虽小五脏俱全.

倘若用一句话来概括vue,那么我首先想到的便是官方文档中的一句话:

Vue.js（读音 /vjuː/，类似于 view） 是一套构建用户界面的渐进式框架。

这句话可能大家并不陌生,但是真正理解这句话的可能并不多,其实,读懂了这句话,也就明白了vue的核心理念.

那么,怎样理解什么是渐进式框架?在这之前,我们首先要理解什么是框架.在最初的前端开发中,为了完成某个功能,我们需要通过js在HTML页面中获得dom节点,随后获得dom节点中的文本内容或者在dom节点上添加事件,进行一系列的程序操作,但是,如果任务量很大的情况下,代码会随着业务的增加而变得臃肿和混乱,在现实的开发中,负责的逻辑和巨大的开发量,是原生js无法完成的.

这个时候,开发人员将js代码分为了三个板块,数据(Model),逻辑控制(*),视图(View),数据板块只负责数据部分,视图板块负责更改样式,逻辑控制负责联系视图板块和数据板块,这样子有很大的好处,当需求发生变动时,只需要修改对应的板块就好

这种开发模式,就是所谓的MV结构,我们现在了解的MVC,MVP,ＭＶＶＭ都是MV的衍生物，对比这几种框架模式，我们会总结出来一个本质的特点，那就是这些开发模式都是让视图和数据间不会发生直接联系．对比用原生JS获得dom的操作，你会发现原生dom流其实是将dom作为数据，从dom中获得Ｍｏｄｅｌ，随后又更改dom来实现更新视图，视图和模型其实混在一起，所以代码自然混乱，不易维护．

在具有响应式系统的Vue实例中，DOM状态只是数据状态的一个映射 即 UI=VM(State) ，当等式右边State改变了，页面展示部分UI就会发生相应改变。很多人初次上手Vue时，觉得很好用，原因就是这个．不过，Vue的核心定位并不是一个框架，设计上也没有完全遵循MVVM模式，可以看到在图中只有State和View两部分， Vue的核心功能强调的是状态到界面的映射，对于代码的结构组织并不重视， 所以单纯只使用其核心功能时，它并不是一个框架，而更像一个视图模板引擎，这也是为什么Vue开发者把其命名成读音类似于view的原因。

上文提到，Vue的核心的功能，是一个视图模板引擎，但这不是说Vue就不能成为一个框架。如下图所示，这里包含了Vue的所有部件，在声明式渲染（视图模板引擎）的基础上，我们可以通过添加组件系统、客户端路由、大规模状态管理来构建一个完整的框架。更重要的是，这些功能相互独立，你可以在核心功能的基础上任意选用其他的部件，不一定要全部整合在一起。可以看到，所说的“渐进式”，其实就是Vue的使用方式，同时也体现了Vue的设计的理念．

探讨vue的双向绑定原理及实现

下面介绍两个内容

１．vue双向绑定的原理
２．实现简易版vue的过程，包括声明式数据渲染及一些简单的指令

vue双向绑定原理
vue的双向绑定是由数据劫持结合发布者－订阅者模式实现的，那么什么是数据劫持？vue是如何进行数据劫持的？说白了就是通过Object.defineProperty()来劫持对象属性的setter和getter操作，在数据变动时做你想要做的事情．我们可以看一下通过控制台梳齿一个定义在vue初始化数据上的对象是什么．

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

打印结果：

在打印结果中我们可以看到属性a有两个方法：get和set.为什么会有这两个方法呢，这正是vue通过Object.defineProperty()进行数据劫持的．

Object.defineProperty()这个方法是做什么的呢？文档上是这样说的

简单的说，他可以控制一个对象属性的一些特有操作，比如读写权，是否可枚举，这里我们主要研究它的get和set方法，如果想清楚更多用法，可以参考：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Object/defineProperty

我们可以很轻松的打印出一个对象的属性数据：

var Book = {
  name: '人性的弱点'
};
console.log(Book.name);  // 人性的弱点

但是如果在执行console.log(Book.name)的同时，给书的书名增加一个书名号呢，这个时候应该怎么做，这时候我们就需要用到Object.defineProperty( )了：

//在console.log(book.name)同时,直接给书加一个书号
var Book = {};
var name = '';
Object.defineProperty(Book,'name',{
    set:function(value) {
        name = value;
        console.log('你取了一个书名叫:'+value);
    },
    get:function() {
        console.log('get方法被监听到');
        return '<'+name+'>';
    }
});
Book.name = '人性的弱点';  //你取了一个书名叫:人性的弱点
console.log(Book.name);　//<人性的弱点>

通过Object.defineProperty( )这个方法设置了Book对象的name属性，对其get和set方法进行重写操作，get方法在获得name属性时被调用，set方法在设置name属性时被触发．所以在执行Book.name=‘人性的弱点’　这个语句时调用set方法，输出你取了一个书名叫：人性的弱点．当调用console.log(Book.name)时触发get方法，输出＜人性的弱点＞，如果在代码中加入这句话时，会打印出什么呢？

console.log(Book)

结果如下：

与上面vue打印数据进行对比非常类似，说明vue确实是通过这种方式进行数据劫持的．那么什么是发布者－订阅者模式呢？？

订阅者和发布者模式，通常用于消息队列中．一般有两种形式来实现消息队列，一是使用生产者和消费者来实现，二是使用订阅者－发布者模式来实现，其中订阅者和发布者实现消息队列的方式，就会用订阅者模式．

打个比方，所谓的订阅者，就像我们在日常生活中订阅报纸一样，在订阅报纸的时候，通常都得需要在报社或者一些中介机构进行注册，当有新版的报纸发刊的时候，邮递员就需要向订阅该报纸的人，依次发放报纸．

所谓的订阅者，就像我们在日常生活中，订阅报纸一样。我们订阅报纸的时候，通常都得需要在报社或者一些中介机构进行注册。当有新版的报纸发刊的时候，邮递员就需要向订阅该报纸的人，依次发放报纸。

所有如果用代码实现该模式，需要进行两个步骤：

1、初始化发布者、订阅者。
2、订阅者需要注册到发布者，发布者发布消息时，依次向订阅者发布消息。

订阅者注册

发布者发布消息

那么接下来我们将通过vue原理实现一个简单的mvvm双向绑定的demo

思路分析

要想实现mvvm，主要包含两个方面，视图变化更新数据，数据变化更新视图．

view变化更新data其实可以通过事件监听实现，比如input标签监听input事件，所有我们着重分析data变化更新view.

data变化更新view的重点是如何知道view什么时候变化了，只要知道什么时候view变化了，那么接下来的就好处理了．这个时候我们上文提到的Object.defineProperty( )就起作用了．通过Object.defineProperty( )对属性设置一个set函数，当属性变化时就会触发这个函数，所以我们只需要将一些更新的方法放在set函数中就可以实现data变化更新view了

实现过程

我们已经知道如何实现数据的双向绑定了，　那么首先要对数据进行劫持监听，所以我们首先要设置一个监听器Observer,用来监听所有的属性，当属性变化时，就需要通知订阅者Watcher,看是否需要更新．因为属性可能是多个，所以会有多个订阅者，故我们需要一个消息订阅器Dep来专门收集这些订阅者，并在监听器Observer和订阅者Watcher之间进行统一的管理．以为在节点元素上可能存在一些指令，所以我们还需要有一个指令解析器Compile，对每个节点元素进行扫描和解析，将相关指令初始化成一个订阅者Watcher，并替换模板数据并绑定相应的函数，这时候当订阅者Watcher接受到相应属性的变化，就会执行相对应的更新函数，从而更新视图．

整理上面的思路，我们需要实现三个步骤，来完成双向绑定：

1.实现一个监听器Observer，用来劫持并监听所有属性，如果有变动的，就通知订阅者。
2.实现一个订阅者Watcher，可以收到属性的变化通知并执行相应的函数，从而更新视图。
3.实现一个解析器Compile，可以扫描和解析每个节点的相关指令，并根据初始化模板数据以及初始化相应的订阅器。

流程图如下：

1.实现一个监听器Observer
数据监听器的核心方法就是Object.defineProperty( )，通过遍历循环对所有属性值进行监听，并对其进行Object.defineProperty( )处理，那么代码可以这样写：

//对所有属性都要蒋婷,递归遍历所有属性
function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);  //递归遍历所有的属性
    Object.defineProperty(data,key,{
        enumerable:true,         //当且仅当该属性的 configurable 为 true 时，该属性描述符才能够被改变，同时该属性也能从对应的对象上被删除。
        configurable:true,       //当且仅当该属性的enumerable为true时，该属性才能够出现在对象的枚举属性中
        get:function() {
            return val;
        },
        set:function(newVal) {
            val = newVal;
            console.log('属性'+key+'已经被监听,现在值为:"'+newVal.toString()+'"');
        }
    })
}
 
function observe(data) {
    if(!data || typeof data !== 'object') {
        return;
    }
    Object.keys(data).forEach(function(key){
        defineReactive(data,key,data[key]);
    });
}
 
var library = {
    book1: {
        name: ''
    },
    book2: ''
};
observe(library);
library.book1.name = 'vue权威指南'; // 属性name已经被监听了，现在值为：“vue权威指南”
library.book2 = '没有此书籍';  // 属性book2已经被监听了，现在值为：“没有此书籍”

通过observe()方法进行遍历向下找到所有的属性，并通过defineReactive()方法进行数据劫持监听．

在上面的思路中，我们需要一个可以容纳消息订阅者的消息订阅器Dep，订阅器主要收集消息订阅者，然后在属性变化时执行相应订阅者的更新函数，那么消息订阅器Dep需要有一个容器，用来存放消息订阅者．我们将上面的监听器Observer稍微修改一下：

function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);
    var dep = new Dep();
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (是否需要添加订阅者) {    //Watcher初始化触发
                dep.addSub(watcher); // 在这里添加一个订阅者
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者
        }
    });
}
 
function observe(data) {
    if(!data || typeof data !== 'object') {
        return;
    }
    Object.keys(data).forEach(function(key){
        defineReactive(data,key,data[key]);
    });
}
 
function Dep() {
    this.subs = [];
}
 
//prototype 属性使您有能力向对象添加属性和方法
//prototype这个属性只有函数对象才有，具体的说就是构造函数具有.只要你声明定义了一个函数对象，这个prototype就会存在
//对象实例是没有这个属性
Dep.prototype = {                        
    addSub:function(sub) {
        this.subs.push(sub);
    },
    notify:function() {
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update();        //通知每个订阅者检查更新
        })
    }
}
Dep.target = null;

在代码中，我们将订阅器Dep添加一个订阅者设计在get里面，这是为了让Watcher在初始化时触发，因此判断是否需要需要添加订阅者，至于具体实现的方法，我们在下文中深究．在set方法中，如果函数变化，就会通知所有的订阅者，订阅者们将会执行相对应的更新函数，到目前为止，一个比较完善的Observer已经成型了，下面我们要写订阅者Watcher.

２．实现订阅者Watcher

根据我们的思路，订阅者Wahcher在初始化时要将自己添加到订阅器Dep中，那么如何进行添加呢？

我们已经知道监听器Observer是在get函数中执行了添加订阅者的操作的，所以我们只需要在订阅者Watcher在初始化时触发相对应的get函数来执行添加订阅者的操作即可．那么怎么触发对应的get函数呢？我们只需要获取对应的属性值，就可以通过Object.defineProperty( )触发对应的get了．

在这里需要注意一个细节，我们只需要在订阅者初始化时才执行添加订阅者，所以我们需要一个判断，在Dep.target上缓存一下订阅者，添加成功后去除就行了，代码如下：

function Watcher(vm,exp,cb) {
    this.vm = vm;    //指向SelfVue的作用域
    this.exp = exp;  //绑定属性的key值
    this.cb = cb;    //闭包
    this.value = this.get();
}
 
Watcher.prototype = {
    update:function() {
        this.run();
    },
    run:function() {
        var value = this.vm.data[this.exp];
        var oldVal = this.value;
        if(value !== oldVal) {
            this.value = value;
            this.cb.call(this.vm,value,oldVal);
        }
    },
    get:function() {
        Dep.target = this;                   // 缓存自己
        var value = this.vm.data[this.exp];  // 强制执行监听器里的get函数
        Dep.target = null;                   // 释放自己
        return value;
    }
}

这个时候我们需要对监听器Observer中的defineReactive()做稍微的调整：

function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);
    var dep = new Dep();
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if(Dep.target) {   //判断是否需要添加订阅者
                 dep.addSub(Dep.target);
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者
        }
    });
}

到目前为止，一个简易版的Watcher已经成型了，我们只需要将订阅者Watcher和监听器Observer关联起来，就可以实现一个简单的双向绑定．因为这里还没有设计指令解析器，所以对于模板数据我们都进行写死处理，假设模板上有一个节点元素，且id为＇name＇,并且双向绑定的绑定变量也是’name’，且是通过两个大双括号包起来（暂时没有什么用处），模板代码如下：

<body>
    <h1 id="name">{{name}}</h1>
</body>

我们需要定义一个SelfVue类，来实现observer和watcher的关联，代码如下：

//将Observer和Watcher关联起来
function SelfVue(data,el,exp) {
    this.data = data;
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];
    new Watcher(this,exp,function(value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;
}

然后在页面上new一个SelfVue，就可以实现双向绑定了：

<body>
    <h1 id="name"{{name}}></h1>
</body>
 
<script src="../js/observer.js"></script>
<script src="../js/Watcher.js"></script>
<script src="../js/SelfVue.js"></script>
 
<script>
     var ele = document.querySelector('#name');
     var selfVue = new SelfVue({
         name:'hello world'
     },ele,'name');
 
     window.setTimeout(function() {
         console.log('name值改变了');
         selfVue.name = 'byebye world';
     },2000);
</script>

这时我们打开页面，显示的是’hello world’,２s后变成了’byebye world’,一个简单的双向绑定实现了．

对比vue,我们发现了有一个问题，我们在为属性赋值的时候形式是： ’ selfVue.data.name = ‘byebye world’ ‘,而我们理想的形式是：’ selfVue.name = ‘byebye world’ '，那么怎么实现这种形式呢，只需要在new SelfVue时做一个代理处理，让访问SelfVue的属性代理为访问selfVue.data的属性，原理还是使用Object.defineProperty( )对属性在包装一层．代码如下：

function SelfVue(data,el,exp) {
    var self = this;
    this.data = data;
    //Object.keys() 方法会返回一个由一个给定对象的自身可枚举属性组成的数组
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);     //绑定代理属性
    });
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];   // 初始化模板数据的值
    new Watcher(this,exp,function(value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;
}
 
SelfVue.prototype = {
    proxyKeys:function(key) {
        var self = this;
        Object.defineProperty(this,key,{
            enumerable:false,
            configurable:true,
            get:function proxyGetter() {
                return self.data[key];
            },
            set:function proxySetter(newVal) {
                self.data[key] = newVal;
            } 
        });
    }
}

这样我们就可以用理想的形式改变模板数据了．

３．实现指令解析器Compile

再上面的双向绑定demo中，我们发现整个过程都没有解析dom节点，而是固定某个节点进行替换数据，所以接下来我们要实现一个解析器Compile来解析和绑定工作，分析解析器的作用，实现步骤如下：

1.解析模板指令，并替换模板数据，初始化视图
2.将模板指令对应的节点绑定对应的更新函数，初始化相应的订阅器

为了解析模板，首先要获得dom元素，然后对含有dom元素上含有指令的节点进行处理，这个过程对dom元素的操作比较繁琐，所以我们可以先建一个fragment片段，将需要解析的dom元素存到fragment片段中在做处理：

nodeToFragment:function(el) {
        var fragment = document.createDocumentFragment();   //createdocumentfragment()方法创建了一虚拟的节点对象，节点对象包含所有属性和方法。
        var child = el.firstChild;
        while(child) {
            // 将Dom元素移入fragment中
            fragment.appendChild(child);
            child = el.firstChild;
        }
        return fragment;
    }

接下来需要遍历所有节点，对含有指令的节点进行特殊的处理，这里我们先处理最简单的情况，只对带有 ‘{{变量}}’ 这种形式的指令进行处理，代码如下：

//遍历各个节点,对含有相关指定的节点进行特殊处理
    compileElement:function(el) {
        var childNodes = el.childNodes;   //childNodes属性返回节点的子节点集合，以 NodeList 对象。
        var self = this;
        //slice() 方法可从已有的数组中返回选定的元素。
        [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) {
            var reg = /\{\{(.*)\}\}/;
            var text = node.textContent;  //textContent 属性设置或返回指定节点的文本内容
            if(self.isTextNode(node) && reg.test(text)) {      //判断是否符合{{}}的指令
                //exec() 方法用于检索字符串中的正则表达式的匹配。
                //返回一个数组，其中存放匹配的结果。如果未找到匹配，则返回值为 null。
                self.compileText(node,reg.exec(text)[1]);
            }
            if(node.childNodes && node.childNodes.length) {
                self.compileElement(node);    //继续递归遍历子节点
            }
        });
    },
    compileText:function(node,exp) {
        var self = this;
        var initText = this.vm[exp];
        this.updateText(node,initText);    // 将初始化的数据初始化到视图中
        new Watcher(this.vm,exp,function(value) {
            self.updateText(node,value);
        });
 
    },
    updateText:function(node,value) {
        node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '': value;
    },

获取到最外层节点后，调用compileElement函数，对所有子节点进行判断，如果节点是文本节点且匹配{{}}这种形式指令的节点就开始进行编译处理，编译处理首先需要初始化视图数据，对应上面所说的步骤1，接下去需要生成一个并绑定更新函数的订阅器，对应上面所说的步骤2。这样就完成指令的解析、初始化、编译三个过程，一个解析器Compile也就可以正常的工作了。

为了将解析器Compile与监听器Observer和订阅者Watcher关联起来，我们需要再修改一下类SelfVue函数：

function SelfVue(options) {
    var self = this;
    this.vm = this;
    this.data = options.data;
    Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);     //绑定代理属性
    });
    observe(options.data);
    new Compile(options.el,this.vm);
    return this;
}

更改后，我们就不要像之前通过传入固定的元素值进行双向绑定了，可以随便命名各种变量进行双向绑定了：

<body>
    <div id="app">
        <h1>{{title}}</h1>
        <h2>{{name}}</h2>
        <h3>{{content}}</h3>
    </div>
</body>
<script src="../js/observer2.js"></script>
<script src="../js/Watcher1.js"></script>
<script src="../js/compile1.js"></script>
<script src="../js/index3.js"></script>
 
 
<script>
    var selfVue = new SelfVue({
        el:'#app',
        data:{
            title:'aaa',
            name:'bbb',
            content:'ccc'
        }
    });
    window.setTimeout(function() {
        selfVue.title = 'ddd';
        selfVue.name = 'eee';
        selfVue.content = 'fff'
    },2000);
</script>

到这里，一个数据双向绑定功能已经基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析编译，在哪里进行更多指令的处理呢？答案很明显，只要在上文说的compileElement函数加上对其他指令节点进行判断，然后遍历其所有属性，看是否有匹配的指令的属性，如果有的话，就对其进行解析编译。这里我们再添加一个v-model指令和事件指令的解析编译，对于这些节点我们使用函数compile进行解析处理：

compile:function(node) {
        var nodeAttrs = node.attributes;   //attributes 属性返回指定节点的属性集合，即 NamedNodeMap。
        var self = this;
        //Array.prototype属性表示Array构造函数的原型，并允许为所有Array对象添加新的属性和方法。
        //Array.prototype本身就是一个Array
        Array.prototype.forEach.call(nodeAttrs,function(attr) {
            var attrName = attr.name;      //添加事件的方法名和前缀:v-on:click="onClick" ,则attrName = 'v-on:click' id="app" attrname= 'id'
            if(self.isDirective(attrName)) {     
                var exp = attr.value;      //添加事件的方法名和前缀:v-on:click="onClick" ,exp = 'onClick'
 
                //substring() 方法用于提取字符串中介于两个指定下标之间的字符。返回值为一个新的字符串
                //dir = 'on:click'
                var dir = attrName.substring(2);  
                if(self.isEventDirective(dir)) {   //事件指令
                    self.compileEvent(node,self.vm,exp,dir);
                }else {          //v-model指令
                     self.compileModel(node,self.vm,exp,dir);
                }
 
                node.removeAttribute(attrName);
            }
        });
    }

上面的compile函数是挂载Compile原型上的，它首先遍历所有节点属性，然后再判断属性是否是指令属性，如果是的话再区分是哪种指令，再进行相应的处理.

最后我们再次改造一下SelfVue，是它的格式看上去更像vue:

function SelfVue(options) {
    var self = this;
    this.data = options.data;
    this.methods = options.methods;
    Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);    
    });
    observe(options.data);
    new Compile(options.el,this);
    options.mounted.call(this);
}

测试一下：

<body>
    <div id="app">
            <h2>{{title}}</h2>
            <input v-model="name">
            <h1>{{name}}</h1>
            <button v-on:click="clickMe">click me!</button>
    </div>
</body>
 
<script src="../js/observer3.js"></script>
<script src="../js/Watcher1.js"></script>
<script src="../js/compile2.js"></script>
<script src="../js/index4.js"></script>
<script>
    new SelfVue({
        el: '#app',
        data: {
            title: 'hello world',
            name: 'canfoo'
        },
        methods: {
            clickMe: function () {
                this.title = 'hello world';
            }
        },
        mounted: function () {
            window.setTimeout(() => {
                this.title = '你好';
            }, 1000);
        }
    });
</script>

效果如下：

到目前为止，我们简易版的demo已经成功了，通过上面这个例子，我们可以更加深刻的理解vue的一些机制，比如双向绑定，声明式渲染等．