浅析 vue2 数据响应式原理
Title：浅析 vue2 数据响应式原理
Date：2022-04-27
什么是数据响应式当对象本身或对象属性被读和写的时候，我们需要知道该数据被操作了，并在这过程中执行一些函数，例如：render函数，而这一过程我把它定义为数据响应式。
那么vue具体是如何实现数据响应式的呢？接下来我们通过vue的源码探究一下响应式数据的始末。
响应式数据的源码在./src/core/observer下面
在具体实现上面，vue用到了4个核心部件：
- Observer
- Dep
- Watcher
- Scheduler
Observer
Observer的目的很简单，它主要就是把一个普通的对象转换成响应式的对象。
那Observer到底是如何做到把一个普通对象转换成响应式对象的呢？
为了实现这一点，Observer通过object.defineProperty将一个普通对象包装成一个带有getter/setter属性的特殊对象，当访问属性的时候会调用getter，修改属性的时候会调用setter，这样一来，我们就可以知道数据什么时候被读写了。
知道实现逻辑了，那我们就来实现一个简单的响应式数据吧！
首先我们先定义一个普通对象
const obj = {
a: 1,
b: 2
}
console.log(obj);
很显然，这个对象它并不具备响应式，从控制台输出就可以看得出来
接下来我们通过Object.defineProperty来改写上面的对象
let obj = {
b:2
}
let val = 1
Object.defineProperty(obj, 'a', {
enumerable: true,
configurable: true,
get() {
console.log('a被读取了')
return val
},
set(newVal) {
console.log('a被修改了')
obj.a = newVal
}
})
这下就很明显了，a属性和b属性完全不同了，当对a读写对时候会就回出发相应的getter/setter方法
Observer 的核心代码如下
export class Observer {
value: any;
dep: Dep;
vmCount: number; // number of vms that have this object as root $data
constructor (value: any) {
this.value = value
this.dep = new Dep()
this.vmCount = 0
/*
* 将Observer实例绑定到data的__ob__属性上面去，
* observe的时候会先检测是否已经有__ob__对象存放Observer实例了，
* def方法定义可以参考https://github.com/vuejs/vue/blob/dev/src/core/util/lang.js#L16
*/
def(value, '__ob__', this)
if (Array.isArray(value)) {
if (hasProto) {
protoAugment(value, arrayMethods) /*直接覆盖原型的方法来修改目标对象*/
} else {
copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys) /*定义（覆盖）目标对象或数组的某一个方法*/
}
/*如果是数组则需要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式*/
this.observeArray(value)
} else {
/*如果是对象则直接walk进行绑定*/
this.walk(value)
}
}
从Observer的源码可以看出，Observer对对象和数组的响应式处理有所不同，如果是对象就直接调用walk，遍历每一个对象并且在它们上面绑定getter与setter，如果是数组则需要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式
1.Object
walk (obj: Object) {
const keys = Object.keys(obj)
/*walk方法会遍历对象的每一个属性进行defineReactive绑定*/
for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
defineReactive(obj, keys[i])
}
}
function defineReactive (
obj: Object,
key: string,
val: any,
customSetter?: ?Function,
shallow?: boolean
) {
//...
/*对象的子对象递归进行observe并返回子节点的Observer对象*/
let childOb = !shallow && observe(val)
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: function reactiveGetter() {
/*如果原本对象拥有getter方法则执行*/
const value = getter ? getter.call(obj) : val
// ...
return value
},
set: function reactiveSetter(newVal) {
/*通过getter方法获取当前值，与新值进行比较，一致则不需要执行下面的操作*/
const value = getter ? getter.call(obj) : val
// ...
val = newVal
/*新的值需要重新进行observe，保证数据响应式*/
childOb = !shallow && observe(newVal)
}
})
}
总之就是递归遍历对象的所有属性，以完成深度属性转换
2.Array
如果是数组，vue会重写数组的一些方法，更改Array的隐式原型，之所以要这样做，是因为vue需要监听哪些方法可能改变数组数据。分别重写了这些方法：push, pop, shift, unshift, splice, sort, reverse
if (Array.isArray(value)) {
if (hasProto) {
protoAugment(value, arrayMethods) /*直接覆盖原型的方法来修改目标对象*/
} else {
copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys) /*定义（覆盖）目标对象或数组的某一个方法*/
}
/*如果是数组则需要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式*/
this.observeArray(value)
}
/* 位置：./src/core/observer/array.js
* 改变数组自身内容的7个方法
*/
const methodsToPatch = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'splice',
'sort',
'reverse'
]
/*
* 这里重写了数组的这些方法，
* 在保证不污染原生数组原型的情况下重写数组的这些方法，
* 截获数组的成员发生的变化，
*/
methodsToPatch.forEach(function (method) {
// cache original method
const original = arrayProto[method] // 缓存原生方法
def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
const result = original.apply(this, args) /*调用原生的数组方法*/
/*数组新插入的元素需要重新进行observe才能响应式*/
const ob = this.__ob__
let inserted
switch (method) {
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break
}
if (inserted) ob.observeArray(inserted)
return result
})
})
总结：Observer的目标就是，当对象的属性被读写，数组的数据被增删改时都要被vue感知到。
Dep
Observer只是让vue感知到数据被读写了，但是接下来究竟要干什么就需要Dep来解决了。
Dep的含义是Dependency，表示依赖的意思，vue会为对象中的每一个属性，对象本身，数组本身创建一个Dep实例，而每个Dep实例都会做两件事：
- 搜集依赖，即谁在使用该数据，
- 通知依赖更新，即当数据发生改变的时候，通知依赖更新，
总结一句话就是：在getter中收集依赖，在setter中通知依赖更新。
// ./src/core/observer/index.js
/*为对象defineProperty上在变化时通知的属性*/
export function defineReactive (
obj: Object,
key: string,
val: any,
customSetter?: ?Function,
shallow?: boolean
) {
/*定义一个dep对象*/
const dep = new Dep()
//...
let childOb = !shallow && observe(val)
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: function reactiveGetter() {
// ...
if (Dep.target) {
/*进行依赖收集*/
dep.depend()
if (childOb) {
/*
* 子对象进行依赖收集，
* 其实就是将同一个watcher观察者实例放进了两个depend中，
* 一个是正在本身闭包中的depend，另一个是子元素的depend
*/
childOb.dep.depend()
if (Array.isArray(value)) {
/*是数组则需要对每一个成员都进行依赖收集，如果数组的成员还是数组，则递归。*/
dependArray(value)
}
}
}
return value
},
set: function reactiveSetter(newVal) {
// ...
/*dep对象通知所有的观察者*/
dep.notify()
}
})
}
/**
* ./src/core/observer/dep.js
* A dep is an observable that can have multiple
* directives subscribing to it.
*/
export default class Dep {
static target: ?Watcher;
id: number;
subs: Array<Watcher>;
constructor () {
this.id = uid++
this.subs = []
}
/*添加一个观察者对象*/
addSub (sub: Watcher) {
this.subs.push(sub)
}
/*移除一个观察者对象*/
removeSub (sub: Watcher) {
remove(this.subs, sub)
}
/*依赖收集，当存在Dep.target的时候添加观察者对象*/
depend () {
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this)
}
}
/*通知所有订阅者*/
notify () {
// stabilize the subscriber list first
const subs = this.subs.slice()
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
// subs aren't sorted in scheduler if not running async
// we need to sort them now to make sure they fire in correct
// order
subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
}
for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
subs[i].update()
}
}
}
Watcher
Watcher又是干什么的呢？
dep收集依赖后，当数据发生改变，准备派发通知的时候，不知道该派给谁，或者说不知道谁用了该数据，于是就需要watcher了。
当某个函数在执行的过程中，使用到了响应式数据时，vue就会为响应式数据创建一个watcher实例，当数据发生改变时，vue不直接通知相关依赖更新，而是通知依赖对应的watcher实例去执行。
watcher会设置一个全局变量window.targe，让全局变量记录当前负责执行的watcher等于自己，然后在执行函数，在执行的过程中，如果发生了依赖记录dep.depenf()，那么Dep会把这个全局变量记录下来，表示有一个watcher实例用到了这个响应式数据。
watcher核心源代码
export default class Watcher {
constructor (vm,expOrFn,cb) {
this.vm = vm;
this.cb = cb;
this.getter = parsePath(expOrFn)
this.value = this.get()
}
get () {
window.target = this;
const vm = this.vm
let value = this.getter.call(vm, vm)
window.target = undefined;
return value
}
update () {
const oldValue = this.value
this.value = this.get()
this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue)
}
}
/**
* Parse simple path.
* 把一个形如'data.a.b.c'的字符串路径所表示的值，从真实的data对象中取出来
* 例如：
* data = {a:{b:{c:2}}}
* parsePath('a.b.c')(data) // 2
*/
const bailRE = /[^\w.$]/
export function parsePath (path) {
if (bailRE.test(path)) {
return
}
const segments = path.split('.')
return function (obj) {
for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
if (!obj) return
obj = obj[segments[i]]
}
return obj
}
}
我们分析Watcher类的代码实现逻辑：
- 当实例化
Watcher类时，会先执行其构造函数； - 在构造函数中调用了
this.get()实例方法； - 在
get()方法中，首先通过window.target = this把实例自身赋给了全局的一个唯一对象window.target上，然后通过let value = this.getter.call(vm, vm)获取一下被依赖的数据，获取被依赖数据的目的是触发该数据上面的getter，上文我们说过，在getter里会调用dep.depend()收集依赖，而在dep.depend()中取到挂载window.target上的值并将其存入依赖数组中，在get()方法最后将window.target释放掉。 - 而当数据变化时，会触发数据的
setter，在setter中调用了dep.notify()方法，在dep.notify()方法中，遍历所有依赖(即watcher实例)，执行依赖的update()方法，也就是Watcher类中的update()实例方法，在update()方法中调用数据变化的更新回调函数，从而更新视图。
参考文档
Scheduler
当在setter中调用了dep.notify()方法，在dep.notify()方法中，遍历所有依赖(即watcher实例)时，如果watcher执行重运行对应的函数，就会导致函数频繁执行，从而降低了效率，试想一下，如果一个函数，里面用到了a，b，c，d等响应式数据，这些数据都会记录依赖，于是当这些数据发生变化时会触发多次更新，例如：
state.a = "new value";
state.b = "new value";
state.c = "new value";
state.d = "new value";
...
// 每更新一个值触发一次更新
这样显然是不合适的，因此，当watcher收到派发的更新通知后，watcher不会立即执行，而是将自己交给一个调度器scheduler。
调度器scheduler维护一个执行队列，同一个watcher在该队列中只会存在一次，队列中的watcher不会立即执行，而是通过nextTick的工具函数执行，nextTick是一个微队列，会把需要执行的watcher放到事件循环的微队列中执行。
nextTick的具体做法是通过Promise完成的，具体实现方法专利暂时不探讨，nextTick文档
总结
-
vue首先通过
Observer类，使用Object.defineProperty方法包装了数据，使object变成一个具有getter/setter属性的数据。 -
读取数据的时候通过
getter方法读取，并在getter方法里面调用了Dep模块的dep.depend()方法收集依赖，并为该依赖创建一个对应的watcher实例。 -
通过
setter方法改变数据的时候调用了Dep模块的dep.notify()方法来通知依赖，即依赖对应的watcher实例，遍历所有的watcher实例。 -
watcher实例不直接更新视图，而是交给
scheduler调度器，scheduler维护一个事件队列通过nextTick执行事件，从而更新视图。
流程图
补充
-
Observer发生在beforeCreate和created之间， -
由于遍历时只能遍历到对象的当前属性，因此无法监测到将来动态增加或删除的属性。
// html <template> <div class="hello"> <h1>a:{{ obj.a }}h1> <h1>b:{{ obj.b }}h1> <button @click="obj.b = 2">Add Bbutton> div> template>// js <script> export default { name: "HelloWorld", data() { return { obj: { a: 1, }, }; }, };
当点击 Add B动态给obj添加b属性时，obj数据更新了，但是页面没有展示，由此可见之后动态添加和删除的数据不具备响应式特性。
因此vue提供了$set和$delete两个实例方法来解决这种情况。
// 新增
this.$set(this.obj, b, 2)
//删除
this.$delete(this.obj, b)
以上仅个人理解，如有不当之处还请不吝赐教