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详解Vue响应式原理

2019年07月11日 14:29  | 萬仟网IT编程  | 我要评论

摘要: 搞懂vue响应式原理!

fundebug经授权转载,版权归原作者所有。

前言

vue 最独特的特性之一,是其非侵入性的响应式系统。数据模型仅仅是普通的 javascript 对象。而当你修改它们时,视图会进行更新。这使得状态管理非常简单直接,不过理解其工作原理同样重要,这样你可以避开一些常见的问题。----官方文档

本文将针对响应式原理做一个详细介绍,并且带你实现一个基础版的响应式系统。本文的代码请猛戳github博客

什么是响应式

我们先来看个例子:

<div id="app">
    <div>price :¥{{ price }}</div>
    <div>total:¥{{ price * quantity }}</div>
    <div>taxes: ¥{{ totalpricewithtax }}</div>
    <button @click="changeprice">改变价格</button>
</div>
var app = new vue({
  el: '#app',
  data() {
    return {
      price: 5.0,
      quantity: 2
    };
  },
  computed: {
    totalpricewithtax() {
      return this.price * this.quantity * 1.03;
    }
  },
  methods: {
    changeprice() {
      this.price = 10;
    }
  }
})

上例中当price 发生变化的时候,vue就知道自己需要做三件事情:

  • 更新页面上price的值
  • 计算表达式 price*quantity 的值,更新页面
  • 调用totalpricewithtax 函数,更新页面

数据发生变化后,会重新对页面渲染,这就是vue响应式,那么这一切是怎么做到的呢?

想完成这个过程,我们需要:

  • 侦测数据的变化
  • 收集视图依赖了哪些数据
  • 数据变化时,自动“通知”需要更新的视图部分,并进行更新

对应专业俗语分别是:

  • 数据劫持 / 数据代理
  • 依赖收集
  • 发布订阅模式

如何侦测数据的变化

首先有个问题,在javascript中,如何侦测一个对象的变化?

其实有两种办法可以侦测到变化:使用object.defineproperty和es6的proxy,这就是进行数据劫持或数据代理。这部分代码主要参考珠峰架构课。

方法1. object.defineproperty实现

vue通过设定对象属性的 setter/getter 方法来监听数据的变化,通过getter进行依赖收集,而每个setter方法就是一个观察者,在数据变更的时候通知订阅者更新视图。

function render () {
  console.log('模拟视图渲染')
}
let data = {
  name: '浪里行舟',
  location: { x: 100, y: 100 }
}
observe(data)
function observe (obj) { // 我们来用它使对象变成可观察的
  // 判断类型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  object.keys(obj).foreach(key => {
    definereactive(obj, key, obj[key])
  })
  function definereactive (obj, key, value) {
    // 递归子属性
    observe(value)
    object.defineproperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚举(可以遍历)
      configurable: true, //可配置(比如可以删除)
      get: function reactivegetter () {
        console.log('get', value) // 监听
        return value
      },
      set: function reactivesetter (newval) {
        observe(newval) //如果赋值是一个对象,也要递归子属性
        if (newval !== value) {
          console.log('set', newval) // 监听
          render()
          value = newval
        }
      }
    })
  }
}
data.location = {
  x: 1000,
  y: 1000
} //set {x: 1000,y: 1000} 模拟视图渲染
data.name // get 浪里行舟

上面这段代码的主要作用在于:observe这个函数传入一个 obj(需要被追踪变化的对象),通过遍历所有属性的方式对该对象的每一个属性都通过 definereactive 处理,以此来达到实现侦测对象变化。值得注意的是,observe 会进行递归调用。

那我们如何侦测vue中data 中的数据,其实也很简单:

class vue {
    /* vue构造类 */
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
    }
}

这样我们只要 new 一个 vue 对象,就会将 data 中的数据进行追踪变化。
不过这种方式有几个注意点需补充说明:

  • 无法检测到对象属性的添加或删除(如data.location.a=1)。

这是因为 vue 通过object.defineproperty来将对象的key转换成getter/setter的形式来追踪变化,但getter/setter只能追踪一个数据是否被修改,无法追踪新增属性和删除属性。如果是删除属性,我们可以用vm.$delete实现,那如果是新增属性,该怎么办呢?
1)可以使用 vue.set(location, a, 1) 方法向嵌套对象添加响应式属性;
2)也可以给这个对象重新赋值,比如data.location = {...data.location,a:1}

  • object.defineproperty 不能监听数组的变化,需要进行数组方法的重写,具体代码如下:
function render() {
  console.log('模拟视图渲染')
}
let obj = [1, 2, 3]
let methods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']
// 先获取到原来的原型上的方法
let arrayproto = array.prototype
// 创建一个自己的原型 并且重写methods这些方法
let proto = object.create(arrayproto)
methods.foreach(method => {
  proto[method] = function() {
    // aop
    arrayproto[method].call(this, ...arguments)
    render()
  }
})
function observer(obj) {
  // 把所有的属性定义成set/get的方式
  if (array.isarray(obj)) {
    obj.__proto__ = proto
    return
  }
  if (typeof obj == 'object') {
    for (let key in obj) {
      definereactive(obj, key, obj[key])
    }
  }
}
function definereactive(data, key, value) {
  observer(value)
  object.defineproperty(data, key, {
    get() {
      return value
    },
    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]

这种方法将数组的常用方法进行重写,进而覆盖掉原生的数组方法,重写之后的数组方法需要能够被拦截。但有些数组操作vue时拦截不到的,当然也就没办法响应,比如:

obj.length-- // 不支持数组的长度变化
obj[0]=1  // 修改数组中第一个元素,也无法侦测数组的变化

es6提供了元编程的能力,所以有能力拦截,vue3.0可能会用es6中proxy 作为实现数据代理的主要方式。

方法2. proxy实现

proxy 是 javascript 2015 的一个新特性。proxy 的代理是针对整个对象的,而不是对象的某个属性,因此不同于 object.defineproperty 的必须遍历对象每个属性,proxy 只需要做一层代理就可以监听同级结构下的所有属性变化,当然对于深层结构,递归还是需要进行的。此外proxy支持代理数组的变化。

function render() {
  console.log('模拟视图的更新')
}
let obj = {
  name: '前端工匠',
  age: { age: 100 },
  arr: [1, 2, 3]
}
let handler = {
  get(target, key) {
    // 如果取的值是对象就在对这个对象进行数据劫持
    if (typeof target[key] == 'object' && target[key] !== null) {
      return new proxy(target[key], handler)
    }
    return reflect.get(target, key)
  },
  set(target, key, value) {
    if (key === 'length') return true
    render()
    return reflect.set(target, key, value)
  }
}

let proxy = new proxy(obj, handler)
proxy.age.name = '浪里行舟' // 支持新增属性
console.log(proxy.age.name) // 模拟视图的更新 浪里行舟
proxy.arr[0] = '浪里行舟' //支持数组的内容发生变化
console.log(proxy.arr) // 模拟视图的更新 ['浪里行舟', 2, 3 ]
proxy.arr.length-- // 无效

以上代码不仅精简,而且还是实现一套代码对对象和数组的侦测都适用。不过proxy兼容性不太好!

为什么要收集依赖

我们之所以要观察数据,其目的在于当数据的属性发生变化时,可以通知那些曾经使用了该数据的地方。比如第一例子中,模板中使用了price 数据,当它发生变化时,要向使用了它的地方发送通知。那如果多个vue实例中共用一个变量,如下面这个例子:

let globaldata = {
    text: '浪里行舟'
};
let test1 = new vue({
    template:
        `<div>
            <span>{{text}}</span> 
        <div>`,
    data: globaldata
});
let test2 = new vue({
    template:
        `<div>
            <span>{{text}}</span> 
        <div>`,
    data: globaldata
});

如果我们执行下面这条语句:

globaldata.text = '前端工匠';

此时我们需要通知 test1 以及 test2 这两个vue实例进行视图的更新,我们只有通过收集依赖才能知道哪些地方依赖我的数据,以及数据更新时派发更新。那依赖收集是如何实现的?其中的核心思想就是“事件发布订阅模式”。接下来我们先介绍两个重要角色-- 订阅者 dep和观察者 watcher ,然后阐述收集依赖的如何实现的。

订阅者 dep

1.为什么引入 dep

收集依赖需要为依赖找一个存储依赖的地方,为此我们创建了dep,它用来收集依赖、删除依赖和向依赖发送消息等。

于是我们先来实现一个订阅者 dep 类,用于解耦属性的依赖收集和派发更新操作,说得具体点,它的主要作用是用来存放 watcher 观察者对象。我们可以把watcher理解成一个中介的角色,数据发生变化时通知它,然后它再通知其他地方。

2. dep的简单实现

class dep {
    constructor () {
        /* 用来存放watcher对象的数组 */
        this.subs = [];
    }
    /* 在subs中添加一个watcher对象 */
    addsub (sub) {
        this.subs.push(sub);
    }
    /* 通知所有watcher对象更新视图 */
    notify () {
        this.subs.foreach((sub) => {
            sub.update();
        })
    }
}

以上代码主要做两件事情:

  • 用 addsub 方法可以在目前的 dep 对象中增加一个 watcher 的订阅操作;
  • 用 notify 方法通知目前 dep 对象的 subs 中的所有 watcher 对象触发更新操作。

所以当需要依赖收集的时候调用 addsub,当需要派发更新的时候调用 notify。调用也很简单:

let dp = new dep()
dp.addsub(() => {
    console.log('emit here')
})
dp.notify()

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观察者 watcher

1.为什么引入watcher

vue 中定义一个 watcher 类来表示观察订阅依赖。至于为啥引入watcher,《深入浅出vue.js》给出了很好的解释:

当属性发生变化后,我们要通知用到数据的地方,而使用这个数据的地方有很多,而且类型还不一样,既有可能是模板,也有可能是用户写的一个watch,这时需要抽象出一个能集中处理这些情况的类。然后,我们在依赖收集阶段只收集这个封装好的类的实例进来,通知也只通知它一个,再由它负责通知其他地方。

依赖收集的目的是将观察者 watcher 对象存放到当前闭包中的订阅者 dep 的 subs 中。形成如下所示的这样一个关系(图参考《剖析 vue.js 内部运行机制》)。

2. watcher的简单实现

class watcher {
  constructor(obj, key, cb) {
    // 将 dep.target 指向自己
    // 然后触发属性的 getter 添加监听
    // 最后将 dep.target 置空
    dep.target = this
    this.cb = cb
    this.obj = obj
    this.key = key
    this.value = obj[key]
    dep.target = null
  }
  update() {
    // 获得新值
    this.value = this.obj[this.key]
   // 我们定义一个 cb 函数,这个函数用来模拟视图更新,调用它即代表更新视图
    this.cb(this.value)
  }
}

以上就是 watcher 的简单实现,在执行构造函数的时候将 dep.target 指向自身,从而使得收集到了对应的 watcher,在派发更新的时候取出对应的 watcher ,然后执行 update 函数。

收集依赖

所谓的依赖,其实就是watcher。至于如何收集依赖,总结起来就一句话,在getter中收集依赖,在setter中触发依赖。先收集依赖,即把用到该数据的地方收集起来,然后等属性发生变化时,把之前收集好的依赖循环触发一遍就行了。

具体来说,当外界通过watcher读取数据时,便会触发getter从而将watcher添加到依赖中,哪个watcher触发了getter,就把哪个watcher收集到dep中。当数据发生变化时,会循环依赖列表,把所有的watcher都通知一遍。

最后我们对 definereactive 函数进行改造,在自定义函数中添加依赖收集和派发更新相关的代码,实现了一个简易的数据响应式。

function observe (obj) {
  // 判断类型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  object.keys(obj).foreach(key => {
    definereactive(obj, key, obj[key])
  })
  function definereactive (obj, key, value) {
    observe(value)  // 递归子属性
    let dp = new dep() //新增
    object.defineproperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚举(可以遍历)
      configurable: true, //可配置(比如可以删除)
      get: function reactivegetter () {
        console.log('get', value) // 监听
     // 将 watcher 添加到订阅
       if (dep.target) {
         dp.addsub(dep.target) // 新增
       }
        return value
      },
      set: function reactivesetter (newval) {
        observe(newval) //如果赋值是一个对象,也要递归子属性
        if (newval !== value) {
          console.log('set', newval) // 监听
          render()
          value = newval
     // 执行 watcher 的 update 方法
          dp.notify() //新增
        }
      }
    })
  }
}

class vue {
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
        /* 新建一个watcher观察者对象,这时候dep.target会指向这个watcher对象 */
        new watcher();
        console.log('模拟视图渲染');
    }
}

当 render function 被渲染的时候,读取所需对象的值,会触发 reactivegetter 函数把当前的 watcher 对象(存放在 dep.target 中)收集到 dep 类中去。之后如果修改对象的值,则会触发 reactivesetter 方法,通知 dep 类调用 notify 来触发所有 watcher 对象的 update 方法更新对应视图。

总结

最后我们依照下图(参考《深入浅出vue.js》),再来回顾下整个过程:

  • new vue() 后, vue 会调用_init 函数进行初始化,也就是init 过程,在 这个过程data通过observer转换成了getter/setter的形式,来对数据追踪变化,当被设置的对象被读取的时候会执行getter 函数,而在当被赋值的时候会执行 setter函数。
  • 当外界通过watcher读取数据时,会触发getter从而将watcher添加到依赖中。
  • 在修改对象的值的时候,会触发对应的settersetter通知之前依赖收集得到的 dep 中的每一个 watcher,告诉它们自己的值改变了,需要重新渲染视图。这时候这些 watcher就会开始调用 update 来更新视图。

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参考

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