詳解Vue響應式原理

摘要：搞懂Vue響應式原理！

作者：浪裡行舟
原文：深入淺出Vue響應式原理

Fundebug

經授權轉載，版權歸原作者所有。

前言

Vue 最獨特的特性之一，是其非侵入性的響應式系統。資料模型僅僅是普通的 JavaScript 對象。而當你修改它們時，視圖會進行更新。這使得狀态管理非常簡單直接，不過了解其工作原理同樣重要，這樣你可以避開一些常見的問題。----官方文檔

本文将針對響應式原理做一個詳細介紹，并且帶你實作一個基礎版的響應式系統。本文的代碼請猛戳

Github部落格

什麼是響應式

我們先來看個例子：

<div id="app">
    <div>Price :￥{{ price }}</div>
    <div>Total:￥{{ price * quantity }}</div>
    <div>Taxes: ￥{{ totalPriceWithTax }}</div>
    <button @click="changePrice">改變價格</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;
    }
  }
})

上例中當price 發生變化的時候，Vue就知道自己需要做三件事情：

更新頁面上price的值
計算表達式 price*quantity 的值，更新頁面
調用totalPriceWithTax 函數，更新頁面

資料發生變化後，會重新對頁面渲染，這就是Vue響應式，那麼這一切是怎麼做到的呢？

想完成這個過程，我們需要：

偵測資料的變化
收集視圖依賴了哪些資料
資料變化時，自動“通知”需要更新的視圖部分，并進行更新

對應專業俗語分别是：

資料劫持 / 資料代理
依賴收集
釋出訂閱模式

如何偵測資料的變化

首先有個問題，在Javascript中，如何偵測一個對象的變化？

其實有兩種辦法可以偵測到變化：使用

Object.defineProperty

和ES6的

Proxy

，這就是進行資料劫持或資料代理。這部分代碼主要參考珠峰架構課。

方法1. Object.defineProperty實作

Vue通過設定對象屬性的 setter/getter 方法來監聽資料的變化，通過getter進行依賴收集，而每個setter方法就是一個觀察者，在資料變更的時候通知訂閱者更新視圖。

function render () {
  console.log('模拟視圖渲染')
}
let data = {
  name: '浪裡行舟',
  location: { x: 100, y: 100 }
}
observe(data)
function observe (obj) { // 我們來用它使對象變成可觀察的
  // 判斷類型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key])
  })
  function defineReactive (obj, key, value) {
    // 遞歸子屬性
    observe(value)
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚舉（可以周遊）
      configurable: true, //可配置（比如可以删除）
      get: function reactiveGetter () {
        console.log('get', value) // 監聽
        return value
      },
      set: function reactiveSetter (newVal) {
        observe(newVal) //如果指派是一個對象，也要遞歸子屬性
        if (newVal !== value) {
          console.log('set', newVal) // 監聽
          render()
          value = newVal
        }
      }
    })
  }
}
data.location = {
  x: 1000,
  y: 1000
} //set {x: 1000,y: 1000} 模拟視圖渲染
data.name // get 浪裡行舟

上面這段代碼的主要作用在于：

observe

這個函數傳入一個

obj

（需要被追蹤變化的對象），通過周遊所有屬性的方式對該對象的每一個屬性都通過

defineReactive

處理,以此來達到實作偵測對象變化。值得注意的是，

observe

會進行遞歸調用。

那我們如何偵測Vue中

data

中的資料，其實也很簡單：

class Vue {
    /* Vue構造類 */
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
    }
}

這樣我們隻要 new 一個 Vue 對象，就會将

data

中的資料進行追蹤變化。

不過這種方式有幾個注意點需補充說明：

無法檢測到對象屬性的添加或删除(如 data.location.a=1 )。

這是因為 Vue 通過

Object.defineProperty

來将對象的key轉換成

getter/setter

的形式來追蹤變化，但

getter/setter

隻能追蹤一個資料是否被修改，無法追蹤新增屬性和删除屬性。如果是删除屬性，我們可以用

vm.$delete

實作，那如果是新增屬性，該怎麼辦呢？

1）可以使用

Vue.set(location, a, 1)

方法向嵌套對象添加響應式屬性;

2）也可以給這個對象重新指派，比如

data.location = {...data.location,a:1}

Object.defineProperty 不能監聽數組的變化，需要進行數組方法的重寫，具體代碼如下：

function render() {
  console.log('模拟視圖渲染')
}
let obj = [1, 2, 3]
let methods = ['pop', 'shift', 'unshift', 'sort', 'reverse', 'splice', 'push']
// 先擷取到原來的原型上的方法
let arrayProto = Array.prototype
// 建立一個自己的原型 并且重寫methods這些方法
let proto = Object.create(arrayProto)
methods.forEach(method => {
  proto[method] = function() {
    // AOP
    arrayProto[method].call(this, ...arguments)
    render()
  }
})
function observer(obj) {
  // 把所有的屬性定義成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]

這種方法将數組的常用方法進行重寫，進而覆寫掉原生的數組方法，重寫之後的數組方法需要能夠被攔截。但有些數組操作Vue時攔截不到的，當然也就沒辦法響應，比如：

obj.length-- // 不支援數組的長度變化
obj[0]=1  // 修改數組中第一個元素，也無法偵測數組的變化

ES6提供了元程式設計的能力，是以有能力攔截，Vue3.0可能會用ES6中Proxy 作為實作資料代理的主要方式。

方法2. Proxy實作

Proxy

是 JavaScript 2015 的一個新特性。

Proxy

的代理是針對整個對象的，而不是對象的某個屬性，是以不同于

Object.defineProperty

的必須周遊對象每個屬性，

Proxy

隻需要做一層代理就可以監聽同級結構下的所有屬性變化，當然對于深層結構，遞歸還是需要進行的。此外

Proxy

支援代理數組的變化。

function render() {
  console.log('模拟視圖的更新')
}
let obj = {
  name: '前端工匠',
  age: { age: 100 },
  arr: [1, 2, 3]
}
let handler = {
  get(target, key) {
    // 如果取的值是對象就在對這個對象進行資料劫持
    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 = '浪裡行舟' // 支援新增屬性
console.log(proxy.age.name) // 模拟視圖的更新 浪裡行舟
proxy.arr[0] = '浪裡行舟' //支援數組的内容發生變化
console.log(proxy.arr) // 模拟視圖的更新 ['浪裡行舟', 2, 3 ]
proxy.arr.length-- // 無效

以上代碼不僅精簡，而且還是實作一套代碼對對象和數組的偵測都适用。不過

Proxy

相容性不太好！

為什麼要收集依賴

我們之是以要觀察資料，其目的在于當資料的屬性發生變化時，可以通知那些曾經使用了該資料的地方。比如第一例子中，模闆中使用了price 資料，當它發生變化時，要向使用了它的地方發送通知。那如果多個Vue執行個體中共用一個變量，如下面這個例子：

let globalData = {
    text: '浪裡行舟'
};
let test1 = new Vue({
    template:
        `<div>
            <span>{{text}}</span> 
        <div>`,
    data: globalData
});
let test2 = new Vue({
    template:
        `<div>
            <span>{{text}}</span> 
        <div>`,
    data: globalData
});

如果我們執行下面這條語句：

globalData.text = '前端工匠';

此時我們需要通知 test1 以及 test2 這兩個Vue執行個體進行視圖的更新,我們隻有通過收集依賴才能知道哪些地方依賴我的資料，以及資料更新時派發更新。那依賴收集是如何實作的？其中的核心思想就是“事件釋出訂閱模式”。接下來我們先介紹兩個重要角色-- 訂閱者 Dep和觀察者 Watcher ，然後闡述收集依賴的如何實作的。

訂閱者 Dep

1.為什麼引入 Dep

收集依賴需要為依賴找一個存儲依賴的地方，為此我們建立了Dep,它用來收集依賴、删除依賴和向依賴發送消息等。

于是我們先來實作一個訂閱者 Dep 類，用于解耦屬性的依賴收集和派發更新操作，說得具體點，它的主要作用是用來存放 Watcher 觀察者對象。我們可以把Watcher了解成一個中介的角色，資料發生變化時通知它，然後它再通知其他地方。

2. Dep的簡單實作

class Dep {
    constructor () {
        /* 用來存放Watcher對象的數組 */
        this.subs = [];
    }
    /* 在subs中添加一個Watcher對象 */
    addSub (sub) {
        this.subs.push(sub);
    }
    /* 通知所有Watcher對象更新視圖 */
    notify () {
        this.subs.forEach((sub) => {
            sub.update();
        })
    }
}

以上代碼主要做兩件事情：

用 addSub 方法可以在目前的 Dep 對象中增加一個 Watcher 的訂閱操作；
用 notify 方法通知目前 Dep 對象的 subs 中的所有 Watcher 對象觸發更新操作。

是以當需要依賴收集的時候調用 addSub，當需要派發更新的時候調用 notify。調用也很簡單：

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

給大家推薦一個好用的BUG監控工具

，歡迎免費試用！

觀察者 Watcher

1.為什麼引入Watcher

Vue 中定義一個 Watcher 類來表示觀察訂閱依賴。至于為啥引入Watcher，《深入淺出vue.js》給出了很好的解釋:

當屬性發生變化後，我們要通知用到資料的地方，而使用這個資料的地方有很多，而且類型還不一樣，既有可能是模闆，也有可能是使用者寫的一個watch,這時需要抽象出一個能集中處理這些情況的類。然後，我們在依賴收集階段隻收集這個封裝好的類的執行個體進來，通知也隻通知它一個，再由它負責通知其他地方。

依賴收集的目的是将觀察者 Watcher 對象存放到目前閉包中的訂閱者 Dep 的 subs 中。形成如下所示的這樣一個關系（圖參考《剖析 Vue.js 内部運作機制》）。

2. Watcher的簡單實作

class Watcher {
  constructor(obj, key, cb) {
    // 将 Dep.target 指向自己
    // 然後觸發屬性的 getter 添加監聽
    // 最後将 Dep.target 置空
    Dep.target = this
    this.cb = cb
    this.obj = obj
    this.key = key
    this.value = obj[key]
    Dep.target = null
  }
  update() {
    // 獲得新值
    this.value = this.obj[this.key]
   // 我們定義一個 cb 函數，這個函數用來模拟視圖更新，調用它即代表更新視圖
    this.cb(this.value)
  }
}

以上就是 Watcher 的簡單實作，在執行構造函數的時候将

Dep.target

指向自身，進而使得收集到了對應的 Watcher，在派發更新的時候取出對應的 Watcher ,然後執行

update

函數。

收集依賴

所謂的依賴，其實就是Watcher。至于如何收集依賴，總結起來就一句話，在getter中收集依賴，在setter中觸發依賴。先收集依賴，即把用到該資料的地方收集起來，然後等屬性發生變化時，把之前收集好的依賴循環觸發一遍就行了。

具體來說，當外界通過Watcher讀取資料時，便會觸發getter進而将Watcher添加到依賴中，哪個Watcher觸發了getter，就把哪個Watcher收集到Dep中。當資料發生變化時，會循環依賴清單，把所有的Watcher都通知一遍。

最後我們對 defineReactive 函數進行改造，在自定義函數中添加依賴收集和派發更新相關的代碼,實作了一個簡易的資料響應式。

function observe (obj) {
  // 判斷類型
  if (!obj || typeof obj !== 'object') {
    return
  }
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key])
  })
  function defineReactive (obj, key, value) {
    observe(value)  // 遞歸子屬性
    let dp = new Dep() //新增
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true, //可枚舉（可以周遊）
      configurable: true, //可配置（比如可以删除）
      get: function reactiveGetter () {
        console.log('get', value) // 監聽
     // 将 Watcher 添加到訂閱
       if (Dep.target) {
         dp.addSub(Dep.target) // 新增
       }
        return value
      },
      set: function reactiveSetter (newVal) {
        observe(newVal) //如果指派是一個對象，也要遞歸子屬性
        if (newVal !== value) {
          console.log('set', newVal) // 監聽
          render()
          value = newVal
     // 執行 watcher 的 update 方法
          dp.notify() //新增
        }
      }
    })
  }
}

class Vue {
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
        /* 建立一個Watcher觀察者對象，這時候Dep.target會指向這個Watcher對象 */
        new Watcher();
        console.log('模拟視圖渲染');
    }
}

當 render function 被渲染的時候,讀取所需對象的值，會觸發 reactiveGetter 函數把目前的 Watcher 對象（存放在 Dep.target 中）收集到 Dep 類中去。之後如果修改對象的值，則會觸發 reactiveSetter 方法，通知 Dep 類調用 notify 來觸發所有 Watcher 對象的 update 方法更新對應視圖。

總結

最後我們依照下圖（參考《深入淺出vue.js》），再來回顧下整個過程：

在 new Vue() 後， Vue 會調用 _init 函數進行初始化，也就是init 過程，在這個過程Data通過Observer轉換成了getter/setter的形式，來對資料追蹤變化，當被設定的對象被讀取的時候會執行 getter 函數，而在當被指派的時候會執行 setter
當外界通過Watcher讀取資料時，會觸發getter進而将Watcher添加到依賴中。
在修改對象的值的時候，會觸發對應的 setter ， setter 通知之前依賴收集得到的 Dep 中的每一個 Watcher，告訴它們自己的值改變了，需要重新渲染視圖。這時候這些 Watcher就會開始調用 update 來更新視圖。

參考

關于Fundebug

專注于JavaScript、微信小程式、微信小遊戲、支付寶小程式、React Native、Node.js和Java線上應用實時BUG監控。自從2016年雙十一正式上線，Fundebug累計處理了10億+錯誤事件，付費客戶有陽光保險、核桃程式設計、荔枝FM、掌門1對1、微脈、青團社等衆多品牌企業。歡迎大家免費試用！

詳解Vue響應式原理

前言

什麼是響應式

如何偵測資料的變化

方法1. Object.defineProperty實作

方法2. Proxy實作

為什麼要收集依賴

訂閱者 Dep

1.為什麼引入 Dep

2. Dep的簡單實作

觀察者 Watcher

1.為什麼引入Watcher

2. Watcher的簡單實作

收集依賴

總結

參考

關于Fundebug

繼續閱讀

主流浏覽器四大綜合性能測試

JavaScript自學筆記【4】函數的聲明與調用目錄二、函數的聲明三、函數的調用

請求逾時VUE axios重新再次請求

nodejs微信開發---授權登入+擷取使用者資訊微信網頁授權

debian9更新4.9.0核心到4.19.2核心過程

Javascript建構Bingo卡片遊戲

JavaScript的那些坑之事件代理事件代理事件階段

javascript的for (var i in data)慎用javascript中的for (var i in data)謹慎用

tab滑鼠經過菜單切換

vue （vue2.0）使用總結(從大體結構總結)

vue搭建過程及出現問題

/\B(?=(?:\d{3})+$)/g 一條令人費解的正規表達式

适用于JavaScript的ECMAScript 2020規範向前發展

JS生成uuid的四種方法

layui多任務上傳添加進度條