关于javascript:一步一步实现-Vue-3-Reactivity

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Vue 3 中的响应式原理堪称是十分之重要，通过学习 Vue3 的响应式原理，不仅能让咱们学习到 Vue.js 的一些设计模式和思维，还能 帮忙咱们进步我的项目开发效率和代码调试能力。

在这之前，我也写了一篇《摸索 Vue.js 响应式原理》，次要介绍 Vue 2 响应式的原理，这篇补上 Vue 3 的。

于是最近在 Vue Mastery 上重新学习 Vue3 Reactivity 的常识，这次播种更大。本文将带大家从头开始学习如何实现简略版 Vue 3 响应式，帮忙大家理解其外围，前面浏览 Vue 3 响应式相干的源码可能更加得心应手。

一、Vue 3 响应式应用

1. Vue 3 中的应用

当咱们在学习 Vue 3 的时候，能够通过一个简略示例，看看什么是 Vue 3 中的响应式：

<!-- HTML 内容 -->
<div id="app">
    <div>Price: {{price}}</div>
    <div>Total: {{price * quantity}}</div>
    <div>getTotal: {{getTotal}}</div>
</div>
const app = Vue.createApp({ // ① 创立 APP 实例
    data() {
        return {
            price: 10,
            quantity: 2
        }
    },
    computed: {getTotal() {return this.price * this.quantity * 1.1}
    }
})
app.mount('#app')  // ② 挂载 APP 实例

通过创立 APP 实例和挂载 APP 实例即可，这时能够看到页面中别离显示对应数值：

当咱们批改 price 或 quantity 值的时候，页面上援用它们的中央，内容也能失常展现变动后的后果。这时，咱们会好奇为何数据发生变化后，相干的数据也会跟着变动，那么咱们接着往下看。

2. 实现单个值的响应式

在一般 JS 代码执行中，并不会有响应式变动，比方在控制台执行上面代码：

let price = 10, quantity = 2;
const total = price * quantity;
console.log(`total: ${total}`); // total: 20
price = 20;
console.log(`total: ${total}`); // total: 20

从这能够看出，在批改 price 变量的值后，total 的值并没有产生扭转。

那么如何批改下面代码，让 total 可能自动更新呢？咱们其实能够将批改 total 值的办法保存起来，等到与 total 值相干的变量（如 price 或 quantity 变量的值）发生变化时，触发该办法，更新 total 即可。咱们能够这么实现：

let price = 10, quantity = 2, total = 0;
const dep = new Set(); // ① 
const effect = () => { total = price * quantity};
const track = () => { dep.add(effect) };  // ②
const trigger = () => { dep.forEach( effect => effect() )};  // ③

track();
console.log(`total: ${total}`); // total: 0
trigger();
console.log(`total: ${total}`); // total: 20
price = 20;
trigger();
console.log(`total: ${total}`); // total: 40

下面代码通过 3 个步骤，实现对 total 数据进行响应式变动：

① 初始化一个 Set 类型的 dep 变量，用来寄存须要执行的副作用（effect 函数），这边是批改 total 值的办法；

② 创立 track() 函数，用来将须要执行的副作用保留到 dep 变量中（也称收集副作用）；

③ 创立 trigger() 函数，用来执行 dep 变量中的所有副作用；

在每次批改 price 或 quantity 后，调用 trigger() 函数执行所有副作用后，total 值将自动更新为最新值。

（图片起源：Vue Mastery）

3. 实现单个对象的响应式

通常，咱们的对象具备多个属性，并且每个属性都须要本人的 dep。咱们如何存储这些？比方：

let product = {price: 10, quantity: 2};

从后面介绍咱们晓得，咱们将所有副作用保留在一个 Set 汇合中，而该汇合不会有反复项，这里咱们引入一个 Map 类型汇合（即 depsMap），其 key 为对象的属性（如：price 属性），value 为后面保留副作用的 Set 汇合（如：dep 对象），大抵构造如下图：


（图片起源：Vue Mastery）

实现代码：

let product = {price: 10, quantity: 2}, total = 0;
const depsMap = new Map(); // ① 
const effect = () => { total = product.price * product.quantity};
const track = key => {     // ②
    let dep = depsMap.get(key);
  if(!dep) {depsMap.set(key, (dep = new Set()));
  }
    dep.add(effect);
}

const trigger = key => {  // ③
    let dep = depsMap.get(key);
  if(dep) {dep.forEach( effect => effect() );
  }
};

track('price');
console.log(`total: ${total}`); // total: 0
effect();
console.log(`total: ${total}`); // total: 20
product.price = 20;
trigger('price');
console.log(`total: ${total}`); // total: 40

下面代码通过 3 个步骤，实现对 total 数据进行响应式变动：

① 初始化一个 Map 类型的 depsMap 变量，用来保留每个须要响应式变动的对象属性（key 为对象的属性，value 为后面 Set 汇合）；

② 创立 track() 函数，用来将须要执行的副作用保留到 depsMap 变量中对应的对象属性下（也称收集副作用）；

③ 创立 trigger() 函数，用来执行 dep 变量中指定对象属性的所有副作用；

这样就实现监听对象的响应式变动，在 product 对象中的属性值发生变化，total 值也会跟着更新。

4. 实现多个对象的响应式

如果咱们有多个响应式数据，比方同时须要察看对象 a 和对象 b  的数据，那么又要如何跟踪每个响应变动的对象？

这里咱们引入一个 WeakMap 类型的对象，将须要察看的对象作为 key，值为后面用来保留对象属性的 Map 变量。代码如下：

let product = {price: 10, quantity: 2}, total = 0;
const targetMap = new WeakMap();     // ① 初始化 targetMap，保留察看对象
const effect = () => { total = product.price * product.quantity};
const track = (target, key) => {     // ② 收集依赖
  let depsMap = targetMap.get(target);
  if(!depsMap){targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
  }
    let dep = depsMap.get(key);
  if(!dep) {depsMap.set(key, (dep = new Set()));
  }
    dep.add(effect);
}

const trigger = (target, key) => {  // ③ 执行指定对象的指定属性的所有副作用
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if(!depsMap) return;
    let dep = depsMap.get(key);
  if(dep) {dep.forEach( effect => effect() );
  }
};

track(product, 'price');
console.log(`total: ${total}`); // total: 0
effect();
console.log(`total: ${total}`); // total: 20
product.price = 20;
trigger(product, 'price');
console.log(`total: ${total}`); // total: 40

下面代码通过 3 个步骤，实现对 total 数据进行响应式变动：

① 初始化一个 WeakMap 类型的 targetMap 变量，用来要察看每个响应式对象；

② 创立 track() 函数，用来将须要执行的副作用保留到指定对象（target）的依赖中（也称收集副作用）；

③ 创立 trigger() 函数，用来执行指定对象（target）中指定属性（key）的所有副作用；

这样就实现监听对象的响应式变动，在 product 对象中的属性值发生变化，total 值也会跟着更新。

大抵流程如下图：


（图片起源：Vue Mastery）

二、Proxy 和 Reflect

在上一节内容中，介绍了如何在数据发生变化后，自动更新数据，但存在的问题是，每次须要手动通过触发 track() 函数收集依赖，通过 trigger() 函数执行所有副作用，达到数据更新目标。

这一节未来解决这个问题，实现这两个函数主动调用。

1. 如何实现主动操作

这里咱们引入 JS 对象拜访器的概念，解决办法如下：

  • 在读取（GET 操作）数据时，主动执行 track() 函数主动收集依赖；
  • 在批改（SET 操作）数据时，主动执行 trigger() 函数执行所有副作用；

那么如何拦挡 GET 和 SET 操作？接下来看看 Vue2 和 Vue3 是如何实现的：

  • 在 Vue2 中，应用 ES5 的 Object.defineProperty() 函数实现；
  • 在 Vue3 中，应用 ES6 的 Proxy 和 Reflect API 实现；

须要留神的是：Vue3 应用的 Proxy 和 Reflect API 并不反对 IE。

Object.defineProperty() 函数这边就不多做介绍，能够浏览文档，下文将次要介绍 Proxy 和 Reflect API。

2. 如何应用 Reflect

通常咱们有三种办法读取一个对象的属性：

  1. 应用 . 操作符：leo.name；
  2. 应用 []：leo['name']；
  3. 应用 Reflect API：Reflect.get(leo, 'name')。

这三种形式输入后果雷同。

3. 如何应用 Proxy

Proxy 对象用于创立一个对象的代理，从而实现基本操作的拦挡和自定义（如属性查找、赋值、枚举、函数调用等）。语法如下：

const p = new Proxy(target, handler)

参数如下：

  • target : 要应用 Proxy 包装的指标对象（能够是任何类型的对象，包含原生数组，函数，甚至另一个代理）。
  • handler : 一个通常以函数作为属性的对象，各属性中的函数别离定义了在执行各种操作时代理 p 的行为。

咱们通过官网文档，体验一下 Proxy API：

let product = {price: 10, quantity: 2};
let proxiedProduct = new Proxy(product, {get(target, key){console.log('正在读取的数据：',key);
    return target[key];
  }
})
console.log(proxiedProduct.price); 
// 正在读取的数据：price
// 10

这样就保障咱们每次在读取 proxiedProduct.price 都会执行到其中代理的 get 处理函数。其过程如下：


（图片起源：Vue Mastery）

而后联合 Reflect 应用，只需批改 get 函数：

    get(target, key, receiver){console.log('正在读取的数据：',key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  }

输入后果还是一样。

接下来减少 set 函数，来拦挡对象的批改操作：

let product = {price: 10, quantity: 2};
let proxiedProduct = new Proxy(product, {get(target, key, receiver){console.log('正在读取的数据：',key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set(target, key, value, receiver){console.log('正在批改的数据：', key, ', 值为：', value);
      return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  }
})
proxiedProduct.price = 20;
console.log(proxiedProduct.price); 
// 正在批改的数据：price , 值为：20
// 正在读取的数据：price
// 20

这样便实现 get 和 set 函数来拦挡对象的读取和批改的操作。为了不便比照 Vue 3 源码，咱们将下面代码形象一层，使它看起来更像 Vue3 源码：

function reactive(target){
    const handler = {  // ① 封装对立处理函数对象
      get(target, key, receiver){console.log('正在读取的数据：',key);
      return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set(target, key, value, receiver){console.log('正在批改的数据：', key, ', 值为：', value);
      return Reflect.set(target, key, value, receiver);
    }
  }
  
  return new Proxy(target, handler); // ② 对立调用 Proxy API
}

let product = reactive({price: 10, quantity: 2}); // ③ 将对象转换为响应式对象
product.price = 20;
console.log(product.price); 
// 正在批改的数据：price , 值为：20
// 正在读取的数据：price
// 20

这样输入后果依然不变。

4. 批改 track 和 trigger 函数

通过下面代码，咱们曾经实现一个简略 reactive() 函数，用来 将一般对象转换为响应式对象。然而还短少主动执行 track() 函数和 trigger() 函数，接下来批改下面代码：

const targetMap = new WeakMap();
let total = 0;
const effect = () => { total = product.price * product.quantity};
const track = (target, key) => {let depsMap = targetMap.get(target);
  if(!depsMap){targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
  }
    let dep = depsMap.get(key);
  if(!dep) {depsMap.set(key, (dep = new Set()));
  }
    dep.add(effect);
}

const trigger = (target, key) => {const depsMap = targetMap.get(target);
  if(!depsMap) return;
    let dep = depsMap.get(key);
  if(dep) {dep.forEach( effect => effect() );
  }
};

const reactive = (target) => {
    const handler = {get(target, key, receiver){console.log('正在读取的数据：',key);
      const result = Reflect.get(target, key, receiver);
      track(target, key);  // 主动调用 track 办法收集依赖
      return result;
    },
    set(target, key, value, receiver){console.log('正在批改的数据：', key, ', 值为：', value);
      const oldValue = target[key];
      const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if(oldValue != result){trigger(target, key);  // 主动调用 trigger 办法执行依赖
      }
      return result;
    }
  }
  
  return new Proxy(target, handler);
}

let product = reactive({price: 10, quantity: 2}); 
effect();
console.log(total); 
product.price = 20;
console.log(total); 
// 正在读取的数据：price
// 正在读取的数据：quantity
// 20
// 正在批改的数据：price , 值为：20
// 正在读取的数据：price
// 正在读取的数据：quantity
// 40


（图片起源：Vue Mastery）

三、activeEffect 和 ref

在上一节代码中，还存在一个问题：track 函数中的依赖（effect 函数）是内部定义的，当依赖发生变化，track 函数收集依赖时都要手动批改其依赖的办法名。

比方当初的依赖为 foo 函数，就要批改 track 函数的逻辑，可能是这样：

const foo = () => { /**/};
const track = (target, key) => {     // ②
  // ...
    dep.add(foo);
}

那么如何解决这个问题呢？

1. 引入 activeEffect 变量

接下来引入 activeEffect 变量，来保留以后运行的 effect 函数。

let activeEffect = null;
const effect = eff => {
    activeEffect = eff; // 1. 将 eff 函数赋值给 activeEffect
  activeEffect();     // 2. 执行 activeEffect
  activeEffect = null;// 3. 重置 activeEffect
}

而后在 track 函数中将 activeEffect 变量作为依赖：

const track = (target, key) => {if (activeEffect) {  // 1. 判断以后是否有 activeEffect
        let depsMap = targetMap.get(target);
        if (!depsMap) {targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
        }
        let dep = depsMap.get(key);
        if (!dep) {depsMap.set(key, (dep = new Set()));
        }
        dep.add(activeEffect);  // 2. 增加 activeEffect 依赖
    }
}

应用形式批改为：

effect(() => {total = product.price * product.quantity});

这样就能够解决手动批改依赖的问题，这也是 Vue3 解决该问题的办法。欠缺一下测试代码后，如下：

const targetMap = new WeakMap();
let activeEffect = null; // 引入 activeEffect 变量

const effect = eff => {
    activeEffect = eff; // 1. 将副作用赋值给 activeEffect
  activeEffect();     // 2. 执行 activeEffect
  activeEffect = null;// 3. 重置 activeEffect
}

const track = (target, key) => {if (activeEffect) {  // 1. 判断以后是否有 activeEffect
        let depsMap = targetMap.get(target);
        if (!depsMap) {targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
        }
        let dep = depsMap.get(key);
        if (!dep) {depsMap.set(key, (dep = new Set()));
        }
        dep.add(activeEffect);  // 2. 增加 activeEffect 依赖
    }
}

const trigger = (target, key) => {const depsMap = targetMap.get(target);
    if (!depsMap) return;
    let dep = depsMap.get(key);
    if (dep) {dep.forEach(effect => effect());
    }
};

const reactive = (target) => {
    const handler = {get(target, key, receiver) {const result = Reflect.get(target, key, receiver);
            track(target, key);
            return result;
        },
        set(target, key, value, receiver) {const oldValue = target[key];
            const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
            if (oldValue != result) {trigger(target, key);
            }
            return result;
        }
    }

    return new Proxy(target, handler);
}

let product = reactive({price: 10, quantity: 2});
let total = 0, salePrice = 0;
// 批改 effect 应用形式，将副作用作为参数传给 effect 办法
effect(() => {total = product.price * product.quantity});
effect(() => {salePrice = product.price * 0.9});
console.log(total, salePrice);  // 20 9
product.quantity = 5;
console.log(total, salePrice);  // 50 9
product.price = 20;
console.log(total, salePrice);  // 100 18

思考一下，如果把第一个 effect 函数中 product.price 换成 salePrice 会如何：

effect(() => {total = salePrice * product.quantity});
effect(() => {salePrice = product.price * 0.9});
console.log(total, salePrice);  // 0 9
product.quantity = 5;
console.log(total, salePrice);  // 45 9
product.price = 20;
console.log(total, salePrice);  // 45 18

失去的后果齐全不同，因为 salePrice 并不是响应式变动，而是须要调用第二个 effect 函数才会变动，也就是 product.price 变量值发生变化。

代码地址：
https://github.com/Code-Pop/vue-3-reactivity/blob/master/05-activeEffect.js

2. 引入 ref 办法

相熟 Vue3 Composition API 的敌人可能会想到 Ref，它接管一个值，并返回一个响应式可变的 Ref 对象，其值能够通过 value 属性获取。

ref：承受一个外部值并返回一个响应式且可变的 ref 对象。ref 对象具备指向外部值的单个 property .value。

官网的应用示例如下：

const count = ref(0)
console.log(count.value) // 0

count.value++
console.log(count.value) // 1

咱们有 2 种办法实现 ref 函数：

  1. 应用 rective 函数
const ref = intialValue => reactive({value: intialValue});

这样是能够的，尽管 Vue3 不是这么实现。

  1. 应用对象的属性拜访器（计算属性）

属性形式去包含：getter 和 setter。

const ref = raw => {
    const r = {get value(){track(r, 'value');
      return raw;
    },
    
    set value(newVal){
        raw = newVal;
      trigger(r, 'value');
    }
  }
    return r;
}

应用形式如下：

let product = reactive({price: 10, quantity: 2});
let total = 0, salePrice = ref(0);
effect(() => {salePrice.value = product.price * 0.9});
effect(() => {total = salePrice.value * product.quantity});
console.log(total, salePrice.value); // 18 9
product.quantity = 5;
console.log(total, salePrice.value); // 45 9
product.price = 20;
console.log(total, salePrice.value); // 90 18

在 Vue3 中 ref 实现的外围也是如此。

代码地址：
https://github.com/Code-Pop/vue-3-reactivity/blob/master/06-ref.js

四、实现繁难 Computed 办法

用过 Vue 的同学可能会好奇，下面的 salePrice 和 total 变量为什么不应用 computed 办法呢？

没错，这个能够的，接下来一起实现个简略的 computed 办法。

const computed = getter => {let result = ref();
    effect(() => result.value = getter());
    return result;
}

let product = reactive({price: 10, quantity: 2});
let salePrice = computed(() => {return product.price * 0.9;})
let total = computed(() => {return salePrice.value * product.quantity;})

console.log(total.value, salePrice.value);
product.quantity = 5;
console.log(total.value, salePrice.value);
product.price = 20;
console.log(total.value, salePrice.value);

这里咱们将一个函数作为参数传入 computed 办法，computed 办法内通过 ref 办法构建一个 ref 对象，而后通过 effct 办法，将 getter 办法返回值作为 computed 办法的返回值。

这样咱们实现了个简略的 computed 办法，执行成果和后面一样。

五、源码学习倡议

1. 构建 reactivity.cjs.js

这一节介绍如何去从 Vue 3 仓库打包一个 Reactivity 包来学习和应用。

筹备流程如下：

  1. 从 Vue 3 仓库下载最新 Vue3 源码；
git clone https://github.com/vuejs/vue-next.git
  1. 装置依赖：
yarn install
  1. 构建 Reactivity 代码：
yarn build reactivity
  1. 复制 reactivity.cjs.js 到你的学习 demo 目录：

上一步构建完的内容，会保留在 packages/reactivity/dist目录下，咱们只有在本人的学习 demo 中引入该目录的  reactivity.cjs.js 文件即可。

  1. 学习 demo 中引入：
const {reactive, computed, effect} = require("./reactivity.cjs.js");

2. Vue3 Reactivity 文件目录

在源码的 packages/reactivity/src目录下，有以下几个次要文件：

  1. effect.ts：用来定义 effect / track / trigger；
  2. baseHandlers.ts：定义 Proxy 处理器（get 和 set）；
  3. reactive.ts：定义 reactive 办法并创立 ES6 Proxy；
  4. ref.ts：定义 reactive 的 ref 应用的对象拜访器；
  5. computed.ts：定义计算属性的办法；


（图片起源：Vue Mastery）

六、总结

本文带大家从头开始学习如何实现简略版 Vue 3 响应式，实现了 Vue3 Reactivity 中的外围办法（effect / track / trigger / computed /ref 等办法），帮忙大家理解其外围，进步我的项目开发效率和代码调试能力。

参考文章

  • Vue Mastery

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2021-06-25
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