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纯干货！图解Vue响应式原理

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阅读本文能够帮助你什么？

  • 在学习vue源码的时候发现组件化过程很绕？
  • 在响应式过程中Observer、Dep、Watcher三大对象傻傻分不清？
  • 搞不清楚对象、数组依赖收集、派发更新的流程？dep、watcher互调造成混乱？
  • 学了一遍好像懂了又好像不全懂的感觉？而且缺乏大体流程概念？
  • 或者像我一样，有段时间没看vue源码好像有点遗忘？但是想快速回顾却无从下手？

本文主要分为1. 组件化；2. 响应式原理；3. 彩蛋(computed和watch)进行讲解。本文调试源码的vue版本是v2.6.14。整篇将采用源码讲解 + 流程图的方式详细还原整个Vue响应式原理的全过程。你可以了解到Dep.target、pushTarget、popTarget；响应式中的三大Watcher；Dep、Wathcer多对多的，互相收集的关系。

这篇是进阶的 Vue 响应式源码解析，文章比较长，内容比较深，大家可以先mark后看。看不懂的不要强行看，可以先看看其他作者的偏简单一点的源码解析文章，然后好好消化。等过段时间再回来看这篇，相信你由浅入深后再看本文，一定会有意想不到的收获～

一、组件化流程

在讲解整个响应式原理之前，先介绍一下Vue中另一个比较核心的概念——组件化，个人认为这也是学习响应式的前置核心。搞懂组件化，响应式学习如虎添翼！

1. 整个new Vue阶段做了什么？

  1. 执行init操作。包括且不限制initLifecycle、initState等
  2. 执行mount。进行元素挂载
  3. compiler步骤在runtime-only版本中没有。
    • compiler步骤对template属性进行编译，生成render函数。
    • 一般在项目中是在.vue文件开发，通过vue-loader处理生成render函数。
  4. 执行render。生成vnode
    • render例子，如下
    <div id="app">{{ message }}</div>
    • 对应手写的render函数
    render (h) {
  return h('div', {
     attrs: {
        id: 'app'
      },
  }, this.message)
}
  5. patch。新旧vnode经过diff后，渲染到真实dom上 纯干货！图解Vue响应式原理

2. 普通dom元素如何渲染到页面？

  1. 执行$mount。
    • 实际执行mountComponent
    • 这里会实例化一个Watcher
    • Watcher中会执行get方法，触发updateComponent
  2. 执行updateComponent。执行vm._update(vm._render(), hydrating)
  3. 执行vm.render()。
    • render其实调用createElment(h函数)
    • 根据tag的不同，生成组件、原生VNode并返回
  4. 执行vm.update()。createElm() 到 createChildren() 递归调用
  5. 将VNode转化为真实的dom，并且最终渲染到页面 纯干货！图解Vue响应式原理

3. 组件如何渲染到页面？

  • 这里以如下代码案例讲解更加清晰～没错，就是这么熟悉！就是一个初始化的Vue项目

    // mian.js
import Vue from 'vue'
import App from './App.vue'

new Vue({
  render: h => h(App),
}).$mount('#app')

    // App.vue
<template>
    <div id="app">
      <p>{{ msg }}</p>
    </div>
</template>
<script>
    export default {
        name: 'App',
        data () {
            return {
                msg: 'hello world'
            }
        }
    }
</script>

  • 主要讲解组件跟普通元素的不同之处，主要有2点：

    1. 如何生成VNode——创建组件VNodecreateComponent

      • (注意：这一步对应上图render流程的紫色块的展开！！！)
      • 区分普通元素VNode
        • 普通VNode：tag是html的保留标签，如tag: 'div'
        • 组件VNode：tag是以vue-component开头，如tag: 'vue-component-1-App' 纯干货！图解Vue响应式原理

    2. 如何patch——组件new Vue到patch流程createComponent

      • (注意：这一步对应上图patch流程的紫色块的展开！！！)
      1. $vnode：占位符vnode。最终渲染vnode挂载的地方。所有的组件通过递归调用createComponent直至不再存在组件VNode，最终都会转化成普通的dom。
      {
    tag: 'vue-component-1-App',
    componentInstance: {组件实例},
    componentOptions: {Ctor, ..., }
}
      1. _vnode：渲染vnode。
      {
    tag: 'div',
    {
        "attrs": {
            "id": "app"
        }
    },
    // 对应占位符vnode: $vnode
    parent: {
        tag: 'vue-component-1-App',
        componentInstance: {组件实例},
        componentOptions: {Ctor, ..., }
    },
    children: [
        // 对应p标签
        { 
            tag: 'p',
            // 对应p标签内的文本节点{{ msg }}
            children: [{ text: 'hello world' }]
        }, {
          // 如果还有组件VNode其实也是一样的
          tag: 'vue-component-2-xxx'
        }              
    ]
}

纯干货！图解Vue响应式原理

4. Vue组件化简化流程

  • 相信你看完细粒度的Vue组件化过程可能已经晕头转向了，这里会用一个简化版的流程图进行回顾，加深理解 纯干货！图解Vue响应式原理

二、响应式流程

  • 案例代码 
    // 案例
export default {
    name: 'App',
    data () {
        return {
            msg: 'hello world',
            arr = [1, 2, 3]
        }
    }
}

1. 依赖收集

这里会从Observer、Dep、Watcher三个对象进行讲解，分 object、array 两种依赖收集方式。

  • 一定要注意！数组 的依赖收集 跟 对象的属性 是不一样的。对象属性经过深度遍历后，最终就是以一个基本类型的数据为单位收集依赖，但是数组仍然是一个引用类型。

  • 如果这里不懂，先想一个问题： 我们用 this.msg = 'xxx' 能触发 setter 派发更新，但是我们修改数组并不是用 this.arr = xxx ，而是用 this.arr.push(xxx) 等修改数组的方法。很显然，这时候并不是通过触发 arr 的 setter 去派发更新的。那是怎么做的呢？先带着这个问题继续往下看吧！

  1. 三个核心对象：Observer(蓝)、Dep(绿)、Watcher(紫)

    纯干货！图解Vue响应式原理

  1. 依赖收集准备阶段——Observer、Dep的实例化
    • 注意 对象 、 数组 的不同处理方式。这里以 核心代码 + 图 进行讲解
    // 以下是initData调用的方法讲解，排列遵循调用顺序
function observe (value, asRootData) {
  if (!isObject(value)) return // 非对象则不处理
  // 实例化Observer对象
  var ob;
  ob = new Observer(value);
  return ob
}

function Observer (value) {
  this.value = value; // 保存当前的data
  this.dep = new Dep(); // 实例化dep，数组进行依赖收集的dep（对应案例中的arr）
  def(value, '__ob__', this);    
  if (Array.isArray(value)) {
    if (hasProto) {
      // 这里会改写数组原型。__proto__指向重写数组方法的对象
      protoAugment(value, arrayMethods); 
    } else {
      copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys);
    }
    this.observeArray(value);
  } else {
    this.walk(value); 
  }
}
// 遍历数组元素，执行对每一项调用observe，也就是说数组中有对象会转成响应式对象
Observer.prototype.observeArray = function observeArray (items) {
  for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
    observe(items[i]);
  }
}
// 遍历对象的全部属性，调用defineReactive
Observer.prototype.walk = function walk (obj) {
  var keys = Object.keys(obj);
  // 如案例代码，这里的 keys = ['msg', 'arr']
  for (var i = 0; i < keys.length; i++) {        
    defineReactive(obj, keys[i]);
  }
}
    • 接下来核心分析 defineReactive 做了什么。注意 childOb ，这是数组进行依赖收集的地方（也就是为什么我们 this.arr.push(4) 能找到 Watcher 进行派发更新）
    function defineReactive (obj, key, val) {
  // 产生一个闭包dep
  var dep = new Dep();
  // 如果val是object类型，递归调用observe，案例代码中的arr会走这个逻辑
  var childOb = !shallow && observe(val);
  Object.defineProperty(obj, key, {    
    get: function reactiveGetter () { 
      // 求value的值
      var value = getter ? getter.call(obj) : val;
      if (Dep.target) { // Dep.target就是当前的Watcher
        // 这里是闭包dep
        dep.depend();
        if (childOb) {
          // 案例代码中arr会走到这个逻辑
          childOb.dep.depend(); // 这里是Observer里的dep，数组arr在此依赖收集
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value);
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      // 下文派发更新里进行讲解
    }
  });
}

纯干货！图解Vue响应式原理

  1. 依赖收集触发阶段——Wather实例化、访问数据、触发依赖收集
    • Dep.target相关讲解
      • targetStack：栈结构，用来保存Watcher
      • pushTarget：往targetStack中push当前的Watcher（排在前一个Watcher的后面），并把Dep.target赋值给当前Watcher
      • popTarget：先把targetStack最后一个元素弹出(.pop)，再把Dep.target赋值给最后一个Watcher(也就是还原了前一个Watcher)
      • 通过上述实现，vue保证了全局唯一的Watcher，准确赋值在Dep.target中
    // new Wathcer核心
function Watcher (vm, expOrFn, cb, options, isRenderWatcher) {
  if (typeof expOrFn === 'function') {
  // 渲染watcher中，这里传入的expOrFn是updateComponent = vm.update(vm.render())
  // this.getter等价于vm.update(vm.render())
    this.getter = expOrFn; 
  } else {
    ...
  }
  // 这里进行判断，lazy为true时(计算属性)则什么都不执行，否则执行get
  this.value = this.lazy
    ? undefined
    : this.get(); // 本次为渲染Watcher，执行get，继续往下看～
}

// Watcher的get方法
Watcher.prototype.get = function get () {
  // 这里很关键，pushTarget就是把当前的Wather赋值给“Dep.target”
  pushTarget(this);
  var value;
  var vm = this.vm;
  try {
    // 1. 这里调用getter，也就是执行vm.update(vm.render())
    // 2. 执行vm.render函数就会访问到响应式数据，触发get进行依赖收集
    // 3. 此时的Dep.target为当前的渲染Watcher，数据就可以理所应当的把Watcher加入自己的subs中
    // 4. 所以此时，Watcher就能监测到数据变化，实现响应式
    value = this.getter.call(vm, vm);
  } catch (e) {
    ...
  } finally {
    popTarget();
    /*
    * cleanupDeps是个优化操作，会移除Watcher对本次render没被使用的数据的观测
    * 效果：处于v-if为false中的响应式数据改变不会触发Watcher的update
    * 感兴趣的可以自己去debugger调试，这里就不展开了
    */
    this.cleanupDeps(); 
  }
  return value
}

纯干货！图解Vue响应式原理

  1. 细节太多绕晕了？来个整体流程，从宏观角度再过一遍(computed部分可看完彩蛋后再回来重温一下)

纯干货！图解Vue响应式原理

2. 派发更新

  • 派发更新区分对象属性、数组方法进行讲解
  • 如果想要深入了解组件的异步更新，戳这里，了解Vue组件异步更新之nextTick。本文只针对派发更新流程，不会对异步更新DOM进行展开讲解～
  • 这里可以先想一下，以下操作会发生什么？
    • this.msg = 'new val'
    • this.arr.push(4)
  • 是的，毫无疑问都会先触发他们之中的get，那再触发什么呢？我们接下来看
  1. 对象属性修改触发set，派发更新。this.msg = 'new val' 
    ...
Object.defineProperty (obj, key, {
    get () {...},
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      var value = getter ? getter.call(obj) : val;
      // 判断新值相比旧值是否已经改变
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      // 如果新值是引用类型，则将其转化为响应式
      childOb = !shallow && observe(newVal);
      // 这里通知dep的所有watcher进行更新
      dep.notify();
    }
}        
...

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  1. 数组调用方法。this.arr.push(4)
    • 这里可以联合数组的依赖收集再看一遍，你就恍然大悟了。为什么 对象的属性 、数组 的依赖收集方式不一样
    // 数组方法改写是在 Observer 方法中
function Observer () {
    if (hasProto) { 
        // 用案例讲解，也就是this.arr.__proto__ = arrayMethods
        protoAugment(value, arrayMethods); 
    }
}   

// 以下是数组方法重写的实现
var arrayProto = Array.prototype; // 保存真实数组的原型
var arrayMethods = Object.create(arrayProto); // 以真数组为原型创建对象
// 可以看成：arrayMethods.__proto__ = Array.prototype
var methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
];

// 一个装饰器模型，重写7个数组方法
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // 保存原生的数组方法
  var original = arrayProto[method];
  // 劫持arrayMethods对象中的数组方法
  def(arrayMethods, method, function mutator () {
    var args = [], len = arguments.length;
    while ( len-- ) args[ len ] = arguments[ len ];

    var result = original.apply(this, args);
    var ob = this.__ob__; // 当我门调用this.arr.push()，这里就能到数组对象的ob实例
    var inserted;
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args;
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2);
        break
    }
    if (inserted) { ob.observeArray(inserted); }
    // 由于数组对象在new Observer中实例化了一个dep，并通过childOb逻辑收集了依赖，这里就能在ob实例中拿到dep属性
    ob.dep.notify();
    return result
  });
})

纯干货！图解Vue响应式原理

  • 整个new Vue阶段、到依赖收集、派发更新的全部流程就到这里结束了。可以纵观流程图看出，Vue应用就是一个个Vue组件组成的，虽然整个组件化、响应式流程很多，但核心的路径一旦走通，你就会恍然大悟。

三、彩蛋篇

1. computed依赖收集

  • 案例代码
<template>
    <div id="app">
        {{ name }}
    </div>
</template>
<script>
export default {
    name: 'App',
    computed: {
      name () {
        return this.firstName + this.secondName
      }
    },
    data () {
        return {
            firstName: 'jing',
            secondName: 'boran'
        }
    }
}
</script>
  • 我们先看流程图。图有点大～大家可以放大看看，每个核心步骤都附有文字说明 纯干货！图解Vue响应式原理
  • 根据案例概括一下，加深理解 
    // 访问computed时触发get的核心代码 
function createComputedGetter (key) {
  return function computedGetter () {
    var watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key];
    if (watcher) {
      if (watcher.dirty) { // dirty第一次为true
        watcher.evaluate(); // 这里是对computed进行求值，对computed watcher执行依赖收集
      }
      if (Dep.target) {
        watcher.depend(); // 这里是对渲染Watcher进行依赖收集
      }
      return watcher.value
    }
  }
}
    1. computed中的name其实就是一个computed Watcher，这个Watcher在init阶段生成
    2. 当App组件render的阶段，render函数会访问到模版中的{{ name }}，则会触发computed的求值，也就是执行上面代码computedGetter()。
      • 代码中判断watcher.dirty标志是什么？有什么用？
        1. 只有computed的值发生改变（也就是其依赖的数据改变），watcher.dirty才会被设为true
        2. 只有watcher.dirty为true才会对computed进行 求值 或 重新求值
        3. 总结：也就是组件每次render，如果computed的值没改变，直接返回value值（是不需要重新计算的），这也是computed的一个特点
    3. 执行watcher.evaluate()。也就是执行wathcer.get。上文依赖收集的第3点：依赖收集触发阶段有对get方法进行讲解，忘了的可以上去回顾一下
      • 首先pushTarget把Dep.target从App组件的渲染Watcher改为name的computed Watcher
      • 其次执行cb：function() { return this.firstName + this.secondName }
      • 执行cb的过程中，必然会访问到firstName、secondName，这时候就是我们熟悉的依赖收集阶段了。firstName、secondName都会把name这个computed watcher收集到自己的dep.subs[]中
      • 最后popTarget把name的computed Watcher弹出栈，并恢复Dep.target为当前App组件的渲染Watcher
    4. 执行watcher.depend() 
      Watcher.prototype.depend = function depend () {
  var i = this.deps.length;
  while (i--) {
    // 也就是调用Dep.depend => Watcher.addDep => dep.addSub
    this.deps[i].depend(); 
  }
}
      • 遍历computed watcher的deps。其实就是firstName、secondName实例的Dep
      • dep.depend也就是调用watcher.addDep（把Dep收集进watcher.deps中），再由watcher.appDep调用dep.addSub（把Watcher收集进dep.subs中）
      • 这样一来，就完成了firstName、secondName对App组件的渲染watcher进行收集
      • 结果如下。响应式数据中会存在两个Watcher
      // this.firstName和this.secondName的dep.subs
dep.subs: [name的computed watcher, App组件的渲染Watcher]
      • 至于为什么响应式数据要收集2个watcher？下文computed派发更新会讲解
  • 讲到这里，我以自己的理解讲解下文章开头引言的问题：为什么Watcher、Dep多对多且相互收集？ 这可能也是大家阅读Vue源码中一直存在的一个疑惑（包括我自己刚开始读也是这样）
    1. 对的，当然是为了computed中的响应式数据收集渲染Watcher啦！！！
    2. 还有！！！ 还记得前文中依赖收集的第3点——依赖收集触发阶段的代码讲解中我写了很多注释的cleanupDeps吗？
      • cleanupDeps的作用就是清除掉当前没有使用到的响应式数据。怎么清除？我们往下看
      • 首先看个案例回答个问题，代码如下。当flag为true时，msg2并没有渲染在页面中，那么此时我们点击按钮修改msg2的值会不会、或者应不应该触发这个组件的重新渲染呢？
      • 答案肯定是不会、不应该。所以：cleanupDeps就是为此而存在的
      // 此时flag为true，也就是说msg2没有渲染在页面中
<div v-if="flag">{{ msg1 }}</div>
<div v-else>{{ msg2 }}</div>
<button @click=() => { this.msg2 = 'change' }>changeMsg2</button>
      • 那cleanupDeps是怎么工作的呢？接着看下面代码
      function cleanupDeps () {
  var i = this.deps.length;
  while (i--) {
    // 这里对watcher所观测的响应式数据的dep进行遍历
    // 对的，这样一来，是不是watcher中的deps就发挥作用了呢？
    var dep = this.deps[i];
    if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
      // 这里对当前渲染中没有访问到的响应式数据进行依赖移除
      dep.removeSub(this); 
    }
  }
  ...
}
    • 到此，你是否已经懂得了watcher中为什么要收集自己观测的响应式数据对应的dep呢？

2. computed派发更新

  • 派发相对来说比较简单了～跟响应式的派发更新基本一致，继续以案例来讲解吧！
    1. 当我们修改firstName会发生什么？this.firstName = 'change'
    2. 首先触发firstName的set，最终会调用dep.notify()。firstName的dep.subs中有2个watcher，分别执行对应watcher的notify
    Watcher.prototype.update = function update () {      
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true; // computed会走到这里，然后就结束了
  } else if (this.sync) {
    this.run();
  } else {
    queueWatcher(this); // 渲染watcher会走到这里
  }
}
    1. computed watcher：将dirty属性置为true。
    2. 渲染watcher会执行派发更新流程（如本文响应式流程——2.派发更新一致）
    3. nextTick阶段执行flushSchedulerQueue，则会执行watcher.run()
    4. watcher.run会执行watcher.get方法，也就是重新执行render、update的流程
    5. 执行render又会访问到name的computed，从而又会执行computedGetter
    6. 此时的watcher.dirty在本步骤3已经置为true，又会执行watcher.evaluate()进行computed的求值，执行watcher.depend()......后续的流程就是派发更新的流程了～

3. user Watcher依赖收集

  • user Watcher的依赖收集相比computed会简单一点，这里不会赘述太多，只说核心区别，还有watch的常用配置immediate、deep、sync
    1. user Watcher在init阶段会执行一次watcher.get()，在这里会访问我们watch的响应式数据，从而进行依赖收集。回顾下computed，computed在这个阶段什么也没做。
    // 没错，又是这段熟悉的代码
this.value = this.lazy
  ? undefined
  : this.get(); // user Watcher和渲染 Watcher都在new Watcher阶段执行get()
    1. 如果userWatcher设置的immediate: true，则会在new Watcher后主动触发一次cb的执行
    Vue.prototype.$watch = function (expOrFn, cb, options) {
  ...
  var watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options);
  if (options.immediate) {
    // immediate则会执行我们传入的callback
    try {
      cb.call(vm, watcher.value);
    } catch (error) {
      
    }
  }
  return function unwatchFn () {
    watcher.teardown();
  }
};
    1. deep逻辑很简单，大概讲下：深度遍历这个对象，访问到该对象的所有属性，以此来触发所有属性的getter。这样，所有属性都会把当前的user Watcher收集到自己的dep中。因此，深层的属性值修改（触发set派发更新能通知到user Watcher），watch自然就能监测到数据改变～感兴趣的同学可以自己去看看源码中traverse的实现。
    2. sync。当前tick执行，以此能先于渲染Wathcer执行。不设置同步的watcher都会放到nextTick中执行。
    Watcher.prototype.update = function update () {
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true; // 计算属性
  } else if (this.sync) {
    this.run(); // 同步的user Wathcer
  } else {
    queueWatcher(this); // 普通user Watcher和渲染Watcher
  }
}

纯干货！图解Vue响应式原理

  • 总体来说，Vue的源码其实是比较好上手的，整体代码流程非常的清晰。但是想要深入某一块逻辑，最好结合流程图加debugger方式亲自上手实践。毕竟真正搞懂一门框架的源码并非易事，我也是通过不断debugger调试，一遍遍走核心流程，才能较好的学习理解vue的实现原理～

写在最后，这篇文章也算是自己的一个知识沉淀吧，毕竟很早之前就学习过Vue的源码了，但是也一直没做笔记。现在回顾一下，发现很多都有点忘了，但是缺乏一个快速记忆、回顾的笔记。如果要直接硬磕源码重新记忆，还是比较费时费力的～作为知识分享，希望可以帮助到想学习源码，想要进阶的你，大家彼此共勉，一同进步！

转载自:https://juejin.cn/post/7074422512318152718
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