关于前端:浅析-vue2-数据响应式原理

Title：浅析 vue2 数据响应式原理

Date：2022-04-28

Source：ITgo

什么是数据响应式？当对象自身或对象属性被读和写的时候，咱们须要晓得该数据被操作了，并在这过程中执行一些函数，例如：render函数，而这一过程我把它定义为数据响应式。

那么vue具体是如何实现数据响应式的呢？接下来咱们通过vue的源码探索一下响应式数据的始末。

响应式数据的源码在./src/core/observer上面

在具体实现下面，vue用到了4个核心部件：

Observer
Dep
Watcher
Scheduler

Observer

Observer的目标很简略，它次要就是把一个一般的对象转换成响应式的对象。

那Observer到底是如何做到把一个一般对象转换成响应式对象的呢？

为了实现这一点，Observer通过object.defineProperty将一个一般对象包装成一个带有getter/setter属性的非凡对象，当拜访属性的时候会调用getter，批改属性的时候会调用setter，这样一来，咱们就能够晓得数据什么时候被读写了。

晓得实现逻辑了，那咱们就来实现一个简略的响应式数据吧！

首先咱们先定义一个一般对象

const obj = {
    a: 1,
    b: 2
}

console.log(obj);

很显然，这个对象它并不具备响应式，从控制台输入就能够看得出来

接下来咱们通过Object.defineProperty来改写下面的对象

let obj = {
  b:2
}
let val = 1
Object.defineProperty(obj, 'a', {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get() {
        console.log('a被读取了')
        return val
    },
    set(newVal) {
        console.log('a被批改了')
        obj.a = newVal
    }
})

这下就很显著了，a属性和b属性齐全不同了，当对a读写对时候会就回登程相应的getter/setter办法

Observer 的外围代码如下

export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // number of vms that have this object as root $data

  constructor (value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    /* 
     * 将Observer实例绑定到data的__ob__属性下面去，
     * observe的时候会先检测是否曾经有__ob__对象寄存Observer实例了，
     * def办法定义能够参考https://github.com/vuejs/vue/blob/dev/src/core/util/lang.js#L16 
     */
    def(value, '__ob__', this)
    if (Array.isArray(value)) {
      if (hasProto) {
        protoAugment(value, arrayMethods)  /*间接笼罩原型的办法来批改指标对象*/
      } else {
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)  /*定义（笼罩）指标对象或数组的某一个办法*/
      }
      /*如果是数组则须要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式*/
      this.observeArray(value)
    } else {
      /*如果是对象则间接walk进行绑定*/
      this.walk(value)
    }
  }

从Observer的源码能够看出，Observer对对象和数组的响应式解决有所不同，如果是对象就间接调用walk，遍历每一个对象并且在它们下面绑定getter与setter，如果是数组则须要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式

1.Object

walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    /*walk办法会遍历对象的每一个属性进行defineReactive绑定*/
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
    
  //...
  
  /*对象的子对象递归进行observe并返回子节点的Observer对象*/
  let childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
       /*如果本来对象领有getter办法则执行*/
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // ...
      return value
    },
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      /*通过getter办法获取以后值，与新值进行比拟，统一则不须要执行上面的操作*/
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // ...
      val = newVal
      
      /*新的值须要从新进行observe，保证数据响应式*/
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      
    }
  })
}

总之就是递归遍历对象的所有属性，以实现深度属性转换

2.Array

如果是数组，vue会重写数组的一些办法，更改Array的隐式原型，之所以要这样做，是因为vue须要监听哪些办法可能扭转数组数据。别离重写了这些办法：push, pop, shift, unshift, splice, sort, reverse

if (Array.isArray(value)) {
      if (hasProto) {
        protoAugment(value, arrayMethods)  /*间接笼罩原型的办法来批改指标对象*/
      } else {
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)  /*定义（笼罩）指标对象或数组的某一个办法*/
      }
      /*如果是数组则须要遍历数组,将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式*/
      this.observeArray(value)
}

/* 地位：./src/core/observer/array.js
 * 扭转数组本身内容的7个办法
 */
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]

/*
 * 这里重写了数组的这些办法，
 * 在保障不净化原生数组原型的状况下重写数组的这些办法，
 * 截获数组的成员产生的变动，
 */
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // cache original method
  const original = arrayProto[method]     // 缓存原生办法
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    const result = original.apply(this, args)  /*调用原生的数组办法*/
    /*数组新插入的元素须要从新进行observe能力响应式*/
    const ob = this.__ob__
    let inserted
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2)
        break
    }
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    return result
  })
})

总结：Observer的指标就是，当对象的属性被读写，数组的数据被增删改时都要被vue感知到。

Dep

Observer只是让vue感知到数据被读写了，然而接下来到底要干什么就须要Dep来解决了。

Dep的含意是Dependency，示意依赖的意思，vue会为对象中的每一个属性，对象自身，数组自身创立一个Dep实例，而每个Dep实例都会做两件事：

收集依赖，即谁在应用该数据，
告诉依赖更新，即当数据产生扭转的时候，告诉依赖更新，

总结一句话就是：在getter中收集依赖，在setter中告诉依赖更新。


// ./src/core/observer/index.js
/*为对象defineProperty上在变动时告诉的属性*/
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  /*定义一个dep对象*/
  const dep = new Dep() 
  
    //...
  
  let childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
           // ...
      if (Dep.target) {
        /*进行依赖收集*/
        dep.depend()
        if (childOb) {
           /* 
            * 子对象进行依赖收集，
            * 其实就是将同一个watcher观察者实例放进了两个depend中，
            * 一个是正在自身闭包中的depend，另一个是子元素的depend
            */
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            /*是数组则须要对每一个成员都进行依赖收集，如果数组的成员还是数组，则递归。*/
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      
      // ...
      
      /*dep对象告诉所有的观察者*/
      dep.notify()
    }
  })
}

/**
 * ./src/core/observer/dep.js
 * A dep is an observable that can have multiple
 * directives subscribing to it.
 */
export default class Dep {
  static target: ?Watcher;
  id: number;
  subs: Array<Watcher>;

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = []
  }

  /*增加一个观察者对象*/
  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  /*移除一个观察者对象*/
  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  /*依赖收集，当存在Dep.target的时候增加观察者对象*/
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }

  /*告诉所有订阅者*/
  notify () {
    // stabilize the subscriber list first
    const subs = this.subs.slice()
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
      // subs aren't sorted in scheduler if not running async
      // we need to sort them now to make sure they fire in correct
      // order
      subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
    }
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

Watcher

Watcher又是干什么的呢？

dep收集依赖后，当数据产生扭转，筹备派发告诉的时候，不晓得该派给谁，或者说不晓得谁用了该数据，于是就须要watcher了。

当某个函数在执行的过程中，应用到了响应式数据时，vue就会为响应式数据创立一个watcher实例，当数据产生扭转时，vue不间接告诉相干依赖更新，而是告诉依赖对应的watcher实例去执行。

watcher会设置一个全局变量window.targe，让全局变量记录以后负责执行的watcher等于本人，而后在执行函数，在执行的过程中，如果产生了依赖记录dep.depenf()，那么Dep会把这个全局变量记录下来，示意有一个watcher实例用到了这个响应式数据。

watcher外围源代码

export default class Watcher {
  constructor (vm,expOrFn,cb) {
    this.vm = vm;
    this.cb = cb;
    this.getter = parsePath(expOrFn)
    this.value = this.get()
  }
  get () {
    window.target = this;
    const vm = this.vm
    let value = this.getter.call(vm, vm)
    window.target = undefined;
    return value
  }
  update () {
    const oldValue = this.value
    this.value = this.get()
    this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue)
  }
}

/**
 * Parse simple path.
 * 把一个形如'data.a.b.c'的字符串门路所示意的值，从实在的data对象中取出来
 * 例如：
 * data = {a:{b:{c:2}}}
 * parsePath('a.b.c')(data)  // 2
 */
const bailRE = /[^\w.$]/
export function parsePath (path) {
  if (bailRE.test(path)) {
    return
  }
  const segments = path.split('.')
  return function (obj) {
    for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
      if (!obj) return
      obj = obj[segments[i]]
    }
    return obj
  }
}

咱们剖析Watcher类的代码实现逻辑：

当实例化Watcher类时，会先执行其构造函数；
在构造函数中调用了this.get()实例办法；
在get()办法中，首先通过window.target = this把实例本身赋给了全局的一个惟一对象window.target上，而后通过let value = this.getter.call(vm, vm)获取一下被依赖的数据，获取被依赖数据的目标是触发该数据下面的getter，上文咱们说过，在getter里会调用dep.depend()收集依赖，而在dep.depend()中取到挂载window.target上的值并将其存入依赖数组中，在get()办法最初将window.target开释掉。
而当数据变动时，会触发数据的setter，在setter中调用了dep.notify()办法，在dep.notify()办法中，遍历所有依赖(即watcher实例)，执行依赖的update()办法，也就是Watcher类中的update()实例办法，在update()办法中调用数据变动的更新回调函数，从而更新视图。

参考文档

Scheduler

当在setter中调用了dep.notify()办法，在dep.notify()办法中，遍历所有依赖(即watcher实例)时，如果watcher执行重运行对应的函数，就会导致函数频繁执行，从而升高了效率，试想一下，如果一个函数，外面用到了a，b，c，d等响应式数据，这些数据都会记录依赖，于是当这些数据发生变化时会触发屡次更新，例如：

state.a = "new value";
state.b = "new value";
state.c = "new value";
state.d = "new value";
...
// 每更新一个值触发一次更新

这样显然是不适合的，因而，当watcher收到派发的更新告诉后，watcher不会立刻执行，而是将本人交给一个调度器scheduler。

调度器scheduler保护一个执行队列，同一个watcher在该队列中只会存在一次，队列中的watcher不会立刻执行，而是通过nextTick的工具函数执行，nextTick是一个微队列，会把须要执行的watcher放到事件循环的微队列中执行。

nextTick的具体做法是通过Promise实现的，具体实现办法专利临时不探讨，nextTick文档

总结

vue首先通过Observer类，应用Object.defineProperty办法包装了数据，使object变成一个具备getter/setter属性的数据。
读取数据的时候通过getter办法读取，并在getter办法外面调用了Dep模块的dep.depend()办法收集依赖，并为该依赖创立一个对应的watcher实例。
通过setter办法扭转数据的时候调用了Dep模块的dep.notify()办法来告诉依赖，即依赖对应的watcher实例，遍历所有的watcher实例。
watcher实例不间接更新视图，而是交给scheduler调度器，scheduler保护一个事件队列通过nextTick执行事件，从而更新视图。

流程图

补充

Observer产生在beforeCreate和created之间，

因为遍历时只能遍历到对象的以后属性，因而无奈监测到未来动静减少或删除的属性。

// html
<template>
  <div class="hello">
    <h1>a:{{ obj.a }}</h1>
    <h1>b:{{ obj.b }}</h1>
    <button @click="obj.b = 2">Add B</button>
  </div>
</template>

// js
<script>
export default {
  name: "HelloWorld",
  data() {
    return {
      obj: {
        a: 1,
      },
    };
  },
};

当点击 Add B动静给obj增加b属性时，obj数据更新了，然而页面没有展现，由此可见之后动静增加和删除的数据不具备响应式个性。

因而vue提供了$set和$delete两个实例办法来解决这种状况。

// 新增
this.$set(this.obj, b, 2)

//删除
this.$delete(this.obj, b)

以上仅集体了解，如有不当之处还请不吝赐教

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