作者 | 浪里行舟
責編 | 胡巍巍
Vue 最獨特的特性之一，是其非侵入性的響應式系統。數據模型僅僅是普通的 JAVA 對象。而當你修改它們時，視圖會進行更新。這使得狀態管理非常簡單直接，不過理解其工作原理同樣重要，這樣你可以避開一些常見的問題。本文將針對響應式原理做一個詳細介紹，并且帶你實現一個基礎版的響應式系統。
什么是響應式
我們先來看個例子：
<divid="App">
<div>Price :￥{{ price }}</div>
<div>Total:￥{{ price * quantity }}</div>
<div>Taxes: ￥{{ totalPriceWithTax }}</div>
<button@click="changePrice">改變價格</button>
</div>
varapp = new Vue({
el: '#app',
data{
return{
price: 5.0,
quantity: 2
};
},
computed: {
totalPriceWithTax {
returnthis.price * this.quantity * 1.03;
}
},
methods: {
changePrice {
this.price = 10;
}
}
})
上例中當price 發生變化的時候，Vue就知道自己需要做三件事情：
- 更新頁面上price的值
- 計算表達式 price*quantity 的值，更新頁面
- 調用totalPriceWithTax 函數，更新頁面
數據發生變化后，會重新對頁面渲染，這就是Vue響應式，那么這一切是怎么做到的呢？
想完成這個過程，我們需要：
- 偵測數據的變化
- 收集視圖依賴了哪些數據
- 數據變化時，自動“通知”需要更新的視圖部分，并進行更新
對應專業俗語分別是：
- 數據劫持 / 數據代理
- 依賴收集
- 發布訂閱模式
如何偵測數據的變化
首先有個問題，在Java中，如何偵測一個對象的變化？其實有兩種辦法可以偵測到變化：使用 Object.defineProperty和ES6的 Proxy，這就是進行數據劫持或數據代理。這部分代碼主要參考珠峰架構課。
方法1.Object.defineProperty
Vue通過設定對象屬性的 setter/getter 方法來監聽數據的變化，通過getter進行依賴收集，而每個setter方法就是一個觀察者，在數據變更的時候通知訂閱者更新視圖。
functionrender{
console.log('模擬視圖渲染')
}
letdata = {
name: '浪里行舟',
location: { x: 100, y: 100}
}
observe(data)
functionobserve(obj) { // 我們來用它使對象變成可觀察的
// 判斷類型
if(!obj || typeofobj !== 'object') {
return
}
Object.keys(obj).forEach(key=>{
defineReactive(obj, key, obj[key])
})
functiondefineReactive(obj, key, value) {
// 遞歸子屬性
observe(value)
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true, //可枚舉（可以遍歷）
configurable: true, //可配置（比如可以刪除）
get: functionreactiveGetter{
console.log('get', value) // 監聽
returnvalue
},
set: functionreactiveSetter(newVal) {
observe(newVal) //如果賦值是一個對象，也要遞歸子屬性
if(newVal !== value) {
console.log('set', newVal) // 監聽
render
value = newVal
}
}
})
}
}
data.location = {
x: 1000,
y: 1000
} //set {x: 1000,y: 1000} 模擬視圖渲染
data.name // get 浪里行舟
上面這段代碼的主要作用在于：observe這個函數傳入一個 obj（需要被追蹤變化的對象），通過遍歷所有屬性的方式對該對象的每一個屬性都通過 defineReactive 處理,以此來達到實現偵測對象變化。值得注意的是， observe 會進行遞歸調用。那我們如何偵測Vue中 data 中的數據，其實也很簡單：
classVue{
/* Vue構造類 */
constructor(options) {
this._data = options.data;
observer(this._data);
}
}
這樣我們只要 new 一個 Vue 對象，就會將 data 中的數據進行追蹤變化。不過這種方式有幾個注意點需補充說明：
- 無法檢測到對象屬性的添加或刪除(如 data.location.a=1)。
Vue 通過 Object.defineProperty來將對象的key轉換成 getter/setter的形式來追蹤變化，但 getter/setter只能追蹤一個數據是否被修改，無法追蹤新增屬性和刪除屬性。如果是刪除屬性，我們可以用 vm.$delete實現，那如果是新增屬性，該怎么辦呢？
1）可以使用 Vue.set(location,a,1) 方法向嵌套對象添加響應式屬性;2）也可以給這個對象重新賦值，比如 data.location={...data.location,a:1}
- Object.defineProperty 不能監聽數組的變化，需要進行數組方法的重寫，具體代碼如下：
functionrender{
console.log('模擬視圖渲染')
}
letobj = [1, 2, 3]
letmethods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']
// 先獲取到原來的原型上的方法
letarrayProto = Array.prototype
// 創建一個自己的原型 并且重寫methods這些方法
letproto = Object.create(arrayProto)
methods.forEach(method=>{
proto[method] = function{
// AOP
arrayProto[method].call(this, ...arguments)
render
}
})
functionobserver(obj) {
// 把所有的屬性定義成set/get的方式
if(Array.isArray(obj)) {
obj.__proto__ = proto
return
}
if(typeofobj == 'object') {
for(letkey inobj) {
defineReactive(obj, key, obj[key])
}
}
}
functiondefineReactive(data, key, value) {
observer(value)
Object.defineProperty(data, key, {
get {
returnvalue
},
set(newValue) {
observer(newValue)
if(newValue !== value) {
render
value = newValue
}
}
})
}
observer(obj)
function$set(data, key, value) {
defineReactive(data, key, value)
}
obj.push(123, 55)
console.log(obj) //[1, 2, 3, 123, 55]
這種方法將數組的常用方法進行重寫，進而覆蓋掉原生的數組方法，重寫之后的數組方法需要能夠被攔截。但有些數組操作Vue時攔截不到的，當然也就沒辦法響應，比如：
obj.length-- // 不支持數組的長度變化
obj[0]=1// 修改數組中第一個元素，也無法偵測數組的變化
ES6提供了元編程的能力，所以有能力攔截，Vue3.0可能會用ES6中Proxy 作為實現數據代理的主要方式。
方法2.Proxy
Proxy 是 Java 2015 的一個新特性。Proxy 的代理是針對整個對象的，而不是對象的某個屬性，因此不同于 Object.defineProperty 的必須遍歷對象每個屬性， Proxy 只需要做一層代理就可以監聽同級結構下的所有屬性變化，當然對于深層結構，遞歸還是需要進行的。此外 Proxy支持代理數組的變化。
functionrender{
console.log('模擬視圖的更新')
}
letobj = {
name: '前端工匠',
age: { age: 100},
arr: [1, 2, 3]
}
lethandler = {
get(target, key) {
// 如果取的值是對象就在對這個對象進行數據劫持
if(typeoftarget[key] == 'object'&& target[key] !== null) {
returnnewProxy(target[key], handler)
}
returnReflect.get(target, key)
},
set(target, key, value) {
if(key === 'length') returntrue
render
returnReflect.set(target, key, value)
}
}
letproxy = newProxy(obj, handler)
proxy.age.name = '浪里行舟'// 支持新增屬性
console.log(proxy.age.name) // 模擬視圖的更新 浪里行舟
proxy.arr[0] = '浪里行舟'//支持數組的內容發生變化
console.log(proxy.arr) // 模擬視圖的更新 ['浪里行舟', 2, 3 ]
proxy.arr.length-- // 無效
以上代碼不僅精簡，而且還是實現一套代碼對對象和數組的偵測都適用。不過 Proxy兼容性不太好！
為什么要收集依賴
我們之所以要觀察數據，其目的在于當數據的屬性發生變化時，可以通知那些曾經使用了該數據的地方。比如第一例子中，模板中使用了price 數據，當它發生變化時，要向使用了它的地方發送通知。那如果多個Vue實例中共用一個變量，如下面這個例子：
letglobalData = {
text: '浪里行舟'
};
lettest1 = newVue({
template:
`<div>
<span>{{text}}</span>
<div>`,
data: globalData
});
lettest2 = newVue({
template:
`<div>
<span>{{text}}</span>
<div>`,
data: globalData
});
如果我們執行下面這條語句：
globalData.text= '前端工匠';
此時我們需要通知 test1 以及 test2 這兩個Vue實例進行視圖的更新,我們只有通過收集依賴才能知道哪些地方依賴我的數據，以及數據更新時派發更新。那依賴收集是如何實現的？其中的核心思想就是“事件發布訂閱模式”。接下來我們先介紹兩個重要角色-- 訂閱者 Dep和觀察者 Watcher ，然后闡述收集依賴的如何實現的。
訂閱者 Dep
1.為什么引入 Dep
收集依賴需要為依賴找一個存儲依賴的地方，為此我們創建了Dep,它用來收集依賴、刪除依賴和向依賴發送消息等。
于是我們先來實現一個訂閱者 Dep 類，用于解耦屬性的依賴收集和派發更新操作，說得具體點，它的主要作用是用來存放 Watcher 觀察者對象。我們可以把Watcher理解成一個中介的角色，數據發生變化時通知它，然后它再通知其他地方。
2. Dep的簡單實現
classDep{
constructor{
/* 用來存放Watcher對象的數組 */
this.subs = [];
}
/* 在subs中添加一個Watcher對象 */
addSub (sub) {
this.subs.push(sub);
}
/* 通知所有Watcher對象更新視圖 */
notify {
this.subs.forEach((sub) =>{
sub.update;
})
}
}
以上代碼主要做兩件事情：
- 用 addSub 方法可以在目前的 Dep 對象中增加一個 Watcher 的訂閱操作；
- 用 notify 方法通知目前 Dep 對象的 subs 中的所有 Watcher 對象觸發更新操作。
所以當需要依賴收集的時候調用 addSub，當需要派發更新的時候調用 notify。調用也很簡單：
let dp = newDep
dp.addSub(=>{
console.log('emit here')
})
dp.notify
觀察者 Watcher
1.為什么引入Watcher
Vue 中定義一個 Watcher 類來表示觀察訂閱依賴。至于為啥引入Watcher，《深入淺出vue.js》給出了很好的解釋:
當屬性發生變化后，我們要通知用到數據的地方，而使用這個數據的地方有很多，而且類型還不一樣，既有可能是模板，也有可能是用戶寫的一個watch,這時需要抽象出一個能集中處理這些情況的類。然后，我們在依賴收集階段只收集這個封裝好的類的實例進來，通知也只通知它一個，再由它負責通知其他地方。
依賴收集的目的是將觀察者 Watcher 對象存放到當前閉包中的訂閱者 Dep 的 subs 中。形成如下所示的這樣一個關系（圖參考《剖析 Vue.js 內部運行機制》）。
2.Watcher的簡單實現
classWatcher{
constructor(obj, key, cb) {
// 將 Dep.target 指向自己
// 然后觸發屬性的 getter 添加監聽
// 最后將 Dep.target 置空
Dep.target = this
this.cb = cb
this.obj = obj
this.key = key
this.value = obj[key]
Dep.target = null
}
update {
// 獲得新值
this.value = this.obj[this.key]
// 我們定義一個 cb 函數，這個函數用來模擬視圖更新，調用它即代表更新視圖
this.cb(this.value)
}
}
以上就是 Watcher 的簡單實現，在執行構造函數的時候將 Dep.target 指向自身，從而使得收集到了對應的 Watcher，在派發更新的時候取出對應的 Watcher ,然后執行 update 函數。
收集依賴
所謂的依賴，其實就是Watcher。至于如何收集依賴，總結起來就一句話，在getter中收集依賴，在setter中觸發依賴。先收集依賴，即把用到該數據的地方收集起來，然后等屬性發生變化時，把之前收集好的依賴循環觸發一遍就行了。
具體來說，當外界通過Watcher讀取數據時，便會觸發getter從而將Watcher添加到依賴中，哪個Watcher觸發了getter，就把哪個Watcher收集到Dep中。當數據發生變化時，會循環依賴列表，把所有的Watcher都通知一遍。
最后我們對 defineReactive 函數進行改造，在自定義函數中添加依賴收集和派發更新相關的代碼,實現了一個簡易的數據響應式。
functionobserve(obj) {
// 判斷類型
if(!obj || typeofobj !== 'object') {
return
}
Object.keys(obj).forEach(key=>{
defineReactive(obj, key, obj[key])
})
functiondefineReactive(obj, key, value) {
observe(value) // 遞歸子屬性
letdp = newDep //新增
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true, //可枚舉（可以遍歷）
configurable: true, //可配置（比如可以刪除）
get: functionreactiveGetter{
console.log('get', value) // 監聽
// 將 Watcher 添加到訂閱
if(Dep.target) {
dp.addSub(Dep.target) // 新增
}
returnvalue
},
set: functionreactiveSetter(newVal) {
observe(newVal) //如果賦值是一個對象，也要遞歸子屬性
if(newVal !== value) {
console.log('set', newVal) // 監聽
render
value = newVal
// 執行 watcher 的 update 方法
dp.notify //新增
}
}
})
}
}
classVue{
constructor(options) {
this._data = options.data;
observer(this._data);
/* 新建一個Watcher觀察者對象，這時候Dep.target會指向這個Watcher對象 */
newWatcher;
console.log('模擬視圖渲染');
}
}
當 render function 被渲染的時候,讀取所需對象的值，會觸發 reactiveGetter 函數把當前的 Watcher 對象（存放在 Dep.target 中）收集到 Dep 類中去。之后如果修改對象的值，則會觸發 reactiveSetter 方法，通知 Dep 類調用 notify 來觸發所有 Watcher 對象的 update 方法更新對應視圖。
總結
最后我們依照下圖（參考《深入淺出vue.js》），再來回顧下整個過程：
- 在 newVue 后， Vue 會調用 _init 函數進行初始化，也就是init 過程，在 這個過程Data通過Observer轉換成了getter/setter的形式，來對數據追蹤變化，當被設置的對象被讀取的時候會執行 getter 函數，而在當被賦值的時候會執行 setter函數。
- 當render function 執行的時候，因為會讀取所需對象的值，所以會觸發getter函數從而將Watcher添加到依賴中進行依賴收集。
- 在修改對象的值的時候，會觸發對應的 setter， setter通知之前依賴收集得到的 Dep 中的每一個 Watcher，告訴它們自己的值改變了，需要重新渲染視圖。這時候這些 Watcher就會開始調用 update 來更新視圖。
- 剖析 Vue.js 內部運行機制
- 深入淺出Vue.js
- Vue官方文檔
- 前端面試之道
- 前端開發核心知識進階
- Java響應式的最通俗易懂的解釋(譯)
作者簡介：浪里行舟，碩士研究生，專注于前端，運營有個人公眾號前端工匠，致力于打造適合初中級工程師能夠快速吸收的一系列優質文章。
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