vue 响应式实现原理

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2022年12月04日 10:03 · 阅读数 28

准备工作

数据驱动
响应式的核心原理
发布订阅模式和观察者模式

数据驱动

数据响应式、双向绑定、数据驱动
- 数据响应式
  - 数据模型仅仅是普通的 JS 对象，而当我们修改数据时，试图回进行更新，避免了繁琐的 DOM 操作，提高开发效率
- 双向绑定
  - 数据改变，视图改变；视图改变，数据也随之改变
  - 我们可以使用 v-model 在表单元素上创建双向数据绑定
- 数据驱动是 Vue 最独特的特性之一
  - 开发过程中仅需关注数据本身，不需要关心数据是如何渲染到视图

响应式的核心原理

vue2

浏览器兼容 IE8 以上（不兼容 IE8）

单个属性

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = {
  msg: 'hello'
}

// 模拟 vue 的实例
let vm = {}

// 数据劫持：当访问或者设置 vm 中的成员的时候，做一些干预操作
object.defineProperty(vm, 'msg', {
  // 可枚举（可遍历）
  enumerable: true,
  // 可配置（可以使用 delete 删除，可以通过 defineProperty 重新定义）
  configurable: true,
  // 当获取值的时候执行
  get () {
    console.log('get', data.msg)
    return data.msg
  },
  // 当设置值的时候执行
  set (newValue) {
    console.log('set', newValue)
    if (newValue === data.msg) {
      return
    }
    data.msg = newValue
    // 数据更改，更新 DOM 的值
    document.querySelector('#app').textContent = data.msg
  }
})

// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

多个属性

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = {
  msg: 'hello',
  count: 10
}

// 模拟 vue 的实例
let vm = {}

proxyData(data)

function proxyData(data) {
  // 遍历 data 对象的所有属性
  Object.keys(data).forEach(key => {
    // 把 data 中的属性，转换成 vm 的 setter/getter
    Object.defineProperty(vm, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get () {
        console.log('get', data.msg)
        return data[key]
      },
      set (newValue) {
        console.log('set', newValue)
        if (newValue === data[key]) return
        data[key] = newValue
        document.querySelector('#app').textContent = data[key]
      }
    })
  })
}

// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

vue3

直接监听对象，而非属性。 ES 6中新增，IE 不支持，性能由浏览器优化

// 模拟 vue 中的 data 选项
let data = {
  msg: 'hello',
  count: 0
}

// 模拟 vue 实例
let vm = new Proxy(data, {
  // 当访问 vm 的成员会执行
  get (target, key) {
    console.log('get, key：', key, target[key])
    return target[key]
  }
  // 当设置 vm 的成员会执行
  set (target, key, newValue) {
    console.log('set, key：', key, newValue)
    if (target[key] === newValue) return
    target[key] = newValue
    document.querySelector('#app').textContent = target[key]
  }
})
// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

发布订阅模式和观察者模式

发布订阅

订阅者
发布者
信号中心

什么是 “发布/订阅模式” (publish-subscribe pattern)

我们假定，存在一个 “信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心 “发布”(publish) 一个信号，其他任务可以向信号中心 “订阅”(subscribe) 这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行

一家超市，存在一个公众号，或者小程序，也就是上述的 “信号中心”

每当这家超市出现折扣，就向小程序或者公众号发布活动信息，也就是上述的 “向信号中心发布一个信号”

这家超市的会员可以关注小程序或者公众号，这样在超市发布活动时，自己就知道什么时候去薅羊毛，也就是上述的 “其他任务向信号中心订阅这个信号，从而知道自己什么时候可以开始执行”

Vue 的自定义事件

let vm = new Vue()

vm.$on('dataChange', () => {
  console.log('dataChange')
})

vm.$on('dataChange', () => {
  console.log('dataChange1')
})

vm.$emit('dataChange')

这段代码中我们无法直观地感受到事件发布与订阅，所以我们可以借助下边的场景来更直观的感受发布与订阅模式

兄弟组件通信过程

// eventBus.js
// 事件中心
let eventHub = new Vue()

// ComponentA.vue --- 发布者
addTodo: function () {
  // 发布消息（事件）
  eventHub.$emit('add-todo', {text: this.newTodoText})
  this.newTodoText = ''
}

// ComponentB.vue --- 订阅者
created: function () {
  // 订阅消息
  eventHub.$on('add-todo', this.addTodo)
}

通过 eventBus 我们就可以感受到事件的订阅与发布
这段代码中 ComponentA 就相当于上述举例的 超市的小程序或者公众号 ，ComponentB 就相当于上述举例的 关注了这家超市公众号的会员
当 发布者 通过 $emit 触发了一个叫做 add-todo 的事件后，那么通过 $on 订阅了 add-todo 的订阅者，就会执行对应的事件

模拟 Vue 自定义事件的实现

class EventEmitter {
  constructor () {
    // { eventType: [handler1, handler2] }
    this.subs = {}
  }

  // 订阅通知
  $on (eventType, handler) {
    this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
    this.subs[eventType].push(handler)
  }

  // 发布通知
  $emit (eventType) {
    if (this.subs[eventType]) {
      this.subs[eventType].forEach(handler => {
        handler()
      })
    }
  }
}

// 测试
var bus = new EventEmitter()

// 注册事件
bus.$on('click', function () {
  console.log('click')
})

bus.$on('click', function () {
  console.log('click1')
})

// 触发事件
bus.$emit('click')

观察者

观察者（订阅者）--- Watcher
- update()：当事件发生时，具体要做的事情
目标（发布者）--- Dep
- subs 数组：存储所有的观察者
- addSub()：添加观察者
- notify()：当事件发生，调用所有观察者的 update() 方法
没有事件中心

// 目标（发布者）
// Dependency
class Dep {
  constructor () {
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  }
  // 添加观察者
  addSub (sub) {
    if (sub && sub.update) {
      this.subs.push(sub)
    }
  }
  // 通知所有观察者
  notify () {
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update()
    })
  }
}

// 观察者（订阅者）
class Watcher {
  update () {
    console.log('update')
  }
}

// 测试
let dep = new Dep()
let watcher = new Watcher()
dep.addSub(watcher)
dep.notify()

总结

观察者模式 是由具体目标调度，比如当事件触发，Dep 就回去调用观察者的方法，所以观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的
发布/订阅模式 是由统一调度中心调用，因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在

vue 响应式实现原理

Vue 响应式原理模拟

整体分析

Vue 基本结构
打印 Vue 实例观察
整体结构

vue 响应式实现原理

Vue
- 把 data 中的成员注入到 Vue 实例，并且把 data 中的成员转成 getter/setter
Observer
- 能够把数据对象的所有属性进行监听，如有变动可拿到最新值并通知 Dep
Compiler
- 解析每个元素中的指令/插值表达式，并替换成相应的数据
Dep
- 添加观察者（watcher），当数据变化通知所有观察者
Watcher
- 数据变化更新视图

Vue 类

功能
- 接收初始化的参数（选项）
- 把 data 中的属性注入到 Vue 实例，转换成 getter/setter
- 调用 observer 监听 data 中所有属性的变化
- 调用 compiler 解析指令/插值表达式
结构
- $options
- $el
- $data
- _proxyData() 静态方法不对外暴露

代码

class Vue {
  constructor (options) {
    // 1. 保存选项的数据
    this.$options = options || {}
    this.$data = options.data || {}
    const el = options.el
    this.$el = typeof options.el === 'string' ? document.querySelector(el) : el

    // 2. 负责把 data 注入到 Vue 实例
    this._proxyData(this.$data)

    // 3. 负责调用 Oberver 实现数据劫持
    // 4. 负责调用 Compiler 解析指令/插值表达式等
  }

  _proxyData (data) {
    // 遍历 data 的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key => {
      Object.defineProperty(this, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get () {
          return data[key]
        },
        set (newValue) {
          if (data[key] == newValue) return
          data[key] = newValue
      })
    })
  }
}

Observer 类

功能
- 把 data 选项中的属性转换成响应式数据
- data 中的某个属性也是对象，把该属性转换成响应式数据
- 数据变化发送通知
结构
- walk(data)
- defineReactive(data, key, value)

代码

// 负责数据劫持
// 把 $data 中的成员转换成 getter/setter
class Observer {
  constructor (data) {
    this.walk(data)
  }
  // 1. 判断数据是否是对象，如果不是对象返回
  // 2. 如果是对象，遍历对象的所有属性，设置为 getter/setter
  walk (data) {
    if (!data || typeof data !== 'object') return
    // 遍历 data 的所有成员
    Object.keys(data).forEach(key => {
      this.defineReactive(data, key, data[key])
    })
  }
  // 定义响应式成员
  defineReactive (data, key, val) {
    const that = this
    // 如果 val 是对象，继续设置它下面的成员为响应式数据
    this.walk(val)
    Object.defineProperty(data, key, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get () {
        return val
      },
      set (newValue) {
        if (newValue === val) return
        // 如果 newValue 是对象，设置 newValue 的成员为响应式
        this.walk(newValue)
        val = newValue
      }
    })
  }
}

Compiler 类

功能
- 负责编译模板，解析指令/插值表达式
- 负责页面的首次渲染
- 当数据变化后重新渲染视图
结构
- 属性
  - el
  - vm
- 方法
  - compile(el)
  - compileElement(node)
  - compileText(node)
  - isDirective(attrName)
  - isTextNode(node)
  - isElementNode(node)

代码

compile
- 负责解析指令/插值表达式

// 负责解析指令/插值表达式
class Compiler {
  constructor (vm) {
    this.vm = vm
    this.el = vm.$el
    // 编译模板
    this.compile(this.el)
  }
  // 编译模板
  // 处理文本节点和元素节点
  compile (el) {
    const nodes = el.childNodes
    Arrat.from(nodes).forEach(node => {
      // 判断是文本节点还是元素节点
      if (this.isTextNode(node)) {
        this.compileText(node)
      } else if (this.isElementNode(node)) {
        this.compileElement(node)
      }

      if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
        // 如果当前节点中还有子节点，递归编译
        this.compile(node)
      }
    })
  }
  // 判断是否是文本节点
  isTextNode (node) {
    return node.nodeType === 3
  }
  // 判断是否是节点属性
  isElementNode (node) {
    return node.nodeType === 1
  }
  // 判断是否是以 v- 开头的指令
  isDirective (attrName) {
    return attrName.startswith('v-')
  }
  // 编译文本节点
  compileText (node) {

  }
  // 编译属性节点
  compileElement (node) {

  }
}

compileElement
- 负责编译元素的指令
- 处理 v-text 的首次渲染
- 处理 v-model 的首次渲染

// 编译属性节点
compileElement (node) {
  // 遍历元素节点中的所有属性，找到指令
  Array.form(node.attributes).forEach(attr => {
    // 获取元素属性的名称
    let attrName = attr.name

    // 判断当前的属性名称是否是指令
    if (this.isDirective(attrName)) {
      // attrName 的形式 v-text v-model
      // 截取属性的名称，获取 text model
      attrName = attrName.substr(2)
      // 获取属性的名称，属性的名称就是我们数据对象的属性 v-text='name'，获取的是 name
      const key = attr.value
      // 处理不同的指令
      this.update(node, key, attrName)
    }
  })
}

// 负责更新 DOM
// 创建 watcher
update (node, key, dir) {
  // node 节点，key 数据的属性名称，dir 指令的前半部分
  const updaterFn = this[dir + 'Updater']
  updaterFn && updaterFn(node, this.vm[key])
}

// v-text 指令的更新方法
textUpdater (node, value) {
  node.textContent = value
}
// v-model 指令的更新方法
modelUpdater (node, value) {
  node.value = value
}

compileText
- 负责编译插值表达式

// 编译文本节点
compileText (node) {
  const reg = /\{\{(.+?)\}\}/
  // 获取文本节点的内容
  const value = node.textContent
  if (reg.test(value)) {
    // 插值表达式中的值就是我们要的属性名称
    const key = RegExp.$1.trim()
    // 把插值表达式替换成具体的值
    node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])
  }
}

isDirective
- 判断元素属性名是否为指令，以 v- 开头都是指令

isDirective(attrName) {
  return attrName.startsWith('v-')
}

isTextNode
- 判断是否是文本节点

isTextNode (node) {
  return node.nodeType === 3
}

isElementNode
- 判断是否是元素节点

isElementNode (node) {
  return node.nodeType === 1
}

Dep（Dependency）类

vue 响应式实现原理

功能
- 收集依赖，添加观察者（watcher）
- 通知所有观察者
结构
- subs
- addSub(sub)
- notify
代码

class Dep {
  constructor () {
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  }
  // 添加观察者
  addSub (sub) {
    if (sub && sub.update) {
      this.subs.push(sub)
    }
  }
  // 通知所有观察者
  notify () {
    this.subs.forEach(sub => {
      Sub.update()
    })
  }
}

在 compiler.js 中收集依赖，发送通知

// defineReactive 中
// 创建 dep 对象收集依赖
const dep = new Dep()

// getter 中 --- get 的过程中收集依赖
Dep.target && dep.addSub(Dep.target)

// setter 中 --- 当数据变化制后，发送通知
dep.notify()

Watcher 类

vue 响应式实现原理

功能
- 当数据变化触发依赖，dep通知所有的 Watcher 实例更新视图
- 自身实例化的时候往 dep 对象中添加自己
结构
- vm
- key
- cb
- oldValue
- update()
代码

class watcher {
  constructor (vm, key, cb) {
    this.vm = vm
    // data 中的属性名称
    this.key = key
    // 当数据变化的时候，调用 cb 更新视图
    this.cb = cb
    // 在 Dep 的静态属性上记录当前 watcher 对象，当访问数据的时候把 watcher 添加到 dep 的 subs 中
    Dep.target = this
    // 触发一次 getter，让 dep 为当前 key 记录 watcher
    this.oldValue = vm[key]
    // 清空 target
    Dep.target = null
  }
  update () {
    const newValue = this.vm[this.key]
    if (this.oldValue === newValue) return
    this.cb(newValue)
  }
}

在 compiler.js 中为每一个指令 / 插值表达式创建 watcher 对象，监视数据的变化

update(node, key, attrName) {
  let updateFn = this[attrName + 'Updater']
  // 因为在 textUpdater 等方法中要使用 this
  updateFn && updateFn.call(this, node, this.vm[key], key)
}

// v-text 指令的更新方法
textUpdater (node, value, key) {
  node.textContent = value
  // 每一个指令中创建一个 watcher，观察数据的变化
  new Watcher(this.vm, key, value => {
    node.textContent = value
  })
}

总结

vue 响应式实现原理

Vue
- 记录传入的选项，设置 $data/$el
- 把 data 的成员注入到 Vue 实例
- 负责调用 Observer 实现数据响应式处理（数据劫持）
- 负责调用 Compiler 编译指令 / 插值表达式等
Observer
- 数据劫持
  - 负责把 data 中的成员转换成 getter/setter
  - 负责把多层属性转换成 getter/setter
  - 如果给属性赋值为新对象，把新对象的成员设置为 getter/setter
- 添加 Dep 和 Watcher 的依赖关系
- 数据变化发送通知
Compiler
- 负责编译模板，解析指令/插值表达式
- 负责页面的首次渲染过程
- 当数据变化后重新渲染
Dep
- 收集依赖，添加订阅者(watcher)
- 通知所有订阅者
Watcher
- 自身实例化的时候往 dep 对象中添加自己
- 当数据变化 dep 通知所有的 Watcher 实例更新视图

vue 响应式实现原理

准备工作

数据驱动

响应式的核心原理

vue2

vue3

发布订阅模式和观察者模式

发布订阅

什么是 “发布/订阅模式” (publish-subscribe pattern)

Vue 的自定义事件

兄弟组件通信过程

模拟 Vue 自定义事件的实现

观察者

总结

Vue 响应式原理模拟

整体分析

Vue 类

Observer 类

Compiler 类

Dep（Dependency） 类

Watcher 类

总结

Dep（Dependency）类