作者：chanwahfung
转发链接：https://www.cnblogs.com/chanwahfung/p/13175515.html
前言
响应式原理作为 Vue 的核心，使用数据劫持实现数据驱动视图。在面试中是经常考查的知识点，也是面试加分项。
本文将会循序渐进的解析响应式原理的工作流程，主要以下面结构进行：
- 分析主要成员，了解它们有助于理解流程
- 将流程拆分，理解其中的作用
- 结合以上特点，理解整体流程
文章稍长，但部分是代码，还请耐心观看。为了方便理解原理，文中的代码会进行简化，如果可以请对照源码学习。
主要成员
在响应式原理中，Observe、Dep、Watcher 这三个类是构成完整原理的主要成员。
- Observe，响应式原理的入口，根据数据类型处理观测逻辑
- Dep，依赖收集器，属性都会有一个Dep，方便发生变化时能够找到对应的依赖触发更新
- Watcher，用于执行更新渲染，组件会拥有一个渲染Watcher，我们常说的收集依赖，就是收集 Watcher
下面来看看这些类的实现，包含哪些主要属性和方法。
Observe：我会对数据进行观测
温馨提示：代码里的序号对应代码块下面序号的讲解
// 源码位置：/src/core/observer/index.js
class Observe {
constructor(data) {
this.dep = new Dep()
// 1
def(data, '__ob__', this)
if (Array.isArray(data)) {
// 2
protoAugment(data, arrayMethods)
// 3
this.observeArray(data)
} else {
// 4
this.walk(data)
}
}
walk(data) {
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key, data[key])
})
}
observeArray(data) {
data.forEach(item => {
observe(item)
})
}
}- 为观测的属性添加 __ob__ 属性，它的值等于 this，即当前 Observe 的实例
- 为数组添加重写的数组方法，比如：push、unshift、splice 等方法，重写目的是在调用这些方法时，进行更新渲染
- 观测数组内的数据，observe 内部会调用 new Observe，形成递归观测
- 观测对象数据，defineReactive 为数据定义 get 和 set ，即数据劫持
Dep：我会为数据收集依赖
// 源码位置：/src/core/observer/dep.js
let id = 0
class Dep{
constructor() {
this.id = ++id // dep 唯一标识
this.subs = [] // 存储 Watcher
}
// 1
depend() {
Dep.target.addDep(this)
}
// 2
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher)
}
// 3
notify() {
this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
}
}
// 4
Dep.target = null
export function pushTarget(watcher) {
Dep.target = watcher
}
export function popTarget(){
Dep.target = null
}
export default Dep- 数据收集依赖的主要方法，Dep.target 是一个 watcher 实例
- 添加 watcher 到数组中，也就是添加依赖
- 属性在变化时会调用 notify 方法，通知每一个依赖进行更新
- Dep.target 用来记录 watcher 实例，是全局唯一的，主要作用是为了在收集依赖的过程中找到相应的 watcher
pushTarget 和 popTarget 这两个方法显而易见是用来设置 Dep.target的。Dep.target 也是一个关键点，这个概念可能初次查看源码会有些难以理解，在后面的流程中，会详细讲解它的作用，需要注意这部分的内容。
Watcher：我会触发视图更新
// 源码位置：/src/core/observer/watcher.js
let id = 0
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.id = ++id // watcher 唯一标识
this.vm = vm
this.cb = cb
this.options = options
// 1
this.getter = exprOrFn
this.deps = []
this.depIds = new Set()
this.get()
}
run() {
this.get()
}
get() {
pushTarget(this)
this.getter()
popTarget(this)
}
// 2
addDep(dep) {
// 防止重复添加 dep
if (!this.depIds.has(dep.id)) {
this.depIds.add(dep.id)
this.deps.push(dep)
dep.addSub(this)
}
}
// 3
update() {
queueWatcher(this)
}
}- this.getter 存储的是更新视图的函数
- watcher 存储 dep，同时 dep 也存储 watcher，进行双向记录
- 触发更新，queueWatcher 是为了进行异步更新，异步更新会调用 run 方法进行更新页面
响应式原理流程
对于以上这些成员具有的功能，我们都有大概的了解。下面结合它们，来看看这些功能是如何在响应式原理流程中工作的。
数据观测
数据在初始化时会通过 observe 方法来调用 Observe
// 源码位置：/src/core/observer/index.js
export function observe(data) {
// 1
if (!isObject(data)) {
return
}
let ob;
// 2
if (data.hasOwnProperty('__ob__') && data.__ob__ instanceof Observe) {
ob = data.__ob__
} else {
// 3
ob = new Observe(data)
}
return ob
}在初始化时，observe 拿到的 data 就是我们在 data 函数内返回的对象。
- observe 函数只对 object 类型数据进行观测
- 观测过的数据都会被添加上 __ob__ 属性，通过判断该属性是否存在，防止重复观测
- 创建 Observe 实例，开始处理观测逻辑
对象观测
进入 Observe 内部，由于初始化的数据是一个对象，所以会调用 walk 方法:
walk(data) {
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key, data[key])
})
}defineReactive 方法内部使用 Object.defineProperty 对数据进行劫持，是实现响应式原理最核心的地方。
function defineReactive(obj, key, value) {
// 1
let childOb = observe(value)
// 2
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
// 3
dep.depend()
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
// 4
childOb = observe(newVal)
// 5
dep.notify()
return value
}
})
}- 由于值可能是对象类型，这里需要调用 observe 进行递归观测
- 这里的 dep 就是上面讲到的每一个属性都会有一个 dep，它是作为一个闭包的存在，负责收集依赖和通知更新
- 在初始化时，Dep.target 是组件的渲染 watcher，这里 dep.depend 收集的依赖就是这个 watcher，childOb.dep.depend 主要是为数组收集依赖
- 设置的新值可能是对象类型，需要对新值进行观测
- 值发生改变，dep.notify 通知 watcher 更新，这是我们改变数据后能够实时更新页面的出发点
通过 Object.defineProperty 对属性定义后，属性的获取触发 get 回调，属性的设置触发 set 回调，实现响应式更新。
通过上面的逻辑，也能得出为什么 Vue3.0 要使用 Proxy 代替 Object.defineProperty 了。Object.defineProperty 只能对单个属性进行定义，如果属性是对象类型，还需要递归去观测，会很消耗性能。而 Proxy 是代理整个对象，只要属性发生变化就会触发回调。
数组观测
对于数组类型观测，会调用 observeArray 方法：
observeArray(data) {
data.forEach(item => {
observe(item)
})
}与对象不同，它执行 observe 对数组内的对象类型进行观测，并没有对数组的每一项进行 Object.defineProperty 的定义，也就是说数组内的项是没有 dep 的。
所以，我们通过数组索引对项进行修改时，是不会触发更新的。但可以通过 this.$set 来修改触发更新。那么问题来了，为什么 Vue 要这样设计？
结合实际场景，数组中通常会存放多项数据，比如列表数据。这样观测起来会消耗性能。还有一点原因，一般修改数组元素很少会直接通过索引将整个元素替换掉。例如：
export default {
data() {
return {
list: [
{id: 1, name: 'Jack'},
{id: 2, name: 'Mike'}
]
}
},
cretaed() {
// 如果想要修改 name 的值，一般是这样使用
this.list[0].name = 'JOJO'
// 而不是以下这样
// this.list[0] = {id:1, name: 'JOJO'}
// 当然你可以这样更新
// this.$set(this.list, '0', {id:1, name: 'JOJO'})
}
}数组方法重写
当数组元素新增或删除，视图会随之更新。这并不是理所当然的，而是 Vue 内部重写了数组的方法，调用这些方法时，数组会更新检测，触发视图更新。这些方法包括：
- push()
- pop()
- shift()
- unshift()
- splice()
- sort()
- reverse()
回到 Observe 的类中，当观测的数据类型为数组时，会调用 protoAugment 方法。
if (Array.isArray(data)) {
protoAugment(data, arrayMethods)
// 观察数组
this.observeArray(data)
} else {
// 观察对象
this.walk(data)
}这个方法里把数组原型替换为 arrayMethods ，当调用改变数组的方法时，优先使用重写后的方法。
function protoAugment(data, arrayMethods) {
data.__proto__ = arrayMethods
}接下来看看 arrayMethods 是如何实现的:
// 源码位置：/src/core/observer/array.js
// 1
let arrayProto = Array.prototype
// 2
export let arrayMethods = Object.create(arrayProto)
let methods = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'reverse',
'sort',
'splice'
]
methods.forEach(method => {
arrayMethods[method] = function(...args) {
// 3
let res = arrayProto[method].apply(this, args)
let ob = this.__ob__
let inserted = ''
switch(method){
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break;
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break;
}
// 4
inserted && ob.observeArray(inserted)
// 5
ob.dep.notify()
return res
}
})- 将数组的原型保存起来，因为重写的数组方法里，还是需要调用原生数组方法的
- arrayMethods 是一个对象，用于保存重写的方法，这里使用 Object.create(arrayProto) 创建对象是为了使用者在调用非重写方法时，能够继承使用原生的方法
- 调用原生方法，存储返回值，用于设置重写函数的返回值
- inserted 存储新增的值，若 inserted 存在，对新值进行观测
- ob.dep.notify 触发视图更新
依赖收集
依赖收集是视图更新的前提，也是响应式原理中至关重要的环节。
伪代码流程
为了方便理解，这里写一段伪代码，大概了解依赖收集的流程：
// data 数据
let data = {
name: 'joe'
}
// 渲染watcher
let watcher = {
run() {
dep.tagret = watcher
document.write(data.name)
}
}
// dep
let dep = [] // 存储依赖
dep.tagret = null // 记录 watcher
// 数据劫持
let oldValue = data.name
Object.defineProperty(data, 'name', {
get(){
// 收集依赖
dep.push(dep.tagret)
return oldValue
},
set(newVal){
oldValue = newVal
dep.forEach(watcher => {
watcher.run()
})
}
})初始化：
- 首先会对 name 属性定义 get 和 set
- 然后初始化会执行一次 watcher.run 渲染页面
- 这时候获取 data.name，触发 get 函数收集依赖。
更新：
修改 data.name，触发 set 函数，调用 run 更新视图。
真正流程
下面来看看真正的依赖收集流程是如何进行的。
function defineReactive(obj, key, value) {
let childOb = observe(value)
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
dep.depend() // 收集依赖
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
childOb = observe(newVal)
dep.notify()
return value
}
})
}首先初始化数据，调用 defineReactive 函数对数据进行劫持。
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.getter = exprOrFn
this.get()
}
get() {
pushTarget(this)
this.getter()
popTarget(this)
}
}初始化将 watcher 挂载到 Dep.target，this.getter 开始渲染页面。渲染页面需要对数据取值，触发 get 回调，dep.depend 收集依赖。
class Dep{
constructor() {
this.id = id++
this.subs = []
}
depend() {
Dep.target.addDep(this)
}
}Dep.target 为 watcher，调用 addDep 方法，并传入 dep 实例。
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.deps = []
this.depIds = new Set()
}
addDep(dep) {
if (!this.depIds.has(dep.id)) {
this.depIds.add(dep.id)
this.deps.push(dep)
dep.addSub(this)
}
}
}addDep 中添加完 dep 后，调用 dep.addSub 并传入当前 watcher 实例。
class Dep{
constructor() {
this.id = id++
this.subs = []
}
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher)
}
}将传入的 watcher 收集起来，至此依赖收集流程完毕。
补充一点，通常页面上会绑定很多属性变量，渲染会对属性取值，此时每个属性收集的依赖都是同一个 watcher，即组件的渲染 watcher。
数组的依赖收集
methods.forEach(method => {
arrayMethods[method] = function(...args) {
let res = arrayProto[method].apply(this, args)
let ob = this.__ob__
let inserted = ''
switch(method){
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break;
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break;
}
// 对新增的值观测
inserted && ob.observeArray(inserted)
// 更新视图
ob.dep.notify()
return res
}
})还记得重写的方法里，会调用 ob.dep.notify 更新视图，__ob__ 是我们在 Observe 为观测数据定义的标识，值为 Observe 实例。那么 ob.dep 的依赖是在哪里收集的？
function defineReactive(obj, key, value) {
// 1
let childOb = observe(value)
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
dep.depend()
// 2
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
childOb = observe(newVal)
dep.notify()
return value
}
})
}- observe 函数返回值为 Observe 实例
- childOb.dep.depend 执行，为 Observe 实例的 dep 添加依赖
所以在数组更新时，ob.dep 内已经收集到依赖了。
整体流程
下面捋一遍初始化流程和更新流程，如果你是初次看源码，不知道从哪里看起，也可以参照以下的顺序。由于源码实现比较多，下面展示的源码会稍微删减一些代码
初始化流程
入口文件：
// 源码位置：/src/core/instance/index.js
import { initMixin } from './init'
import { stateMixin } from './state'
import { renderMixin } from './render'
import { eventsMixin } from './events'
import { lifecycleMixin } from './lifecycle'
import { warn } from '../util/index'
function Vue (options) {
this._init(options)
}
initMixin(Vue)
stateMixin(Vue)
eventsMixin(Vue)
lifecycleMixin(Vue)
renderMixin(Vue)
export default Vue_init：
// 源码位置：/src/core/instance/init.js
export function initMixin (Vue: Class<Component>) {
Vue.prototype._init = function (options?: Object) {
const vm: Component = this
// a uid
vm._uid = uid++
// merge options
if (options && options._isComponent) {
// optimize internal component instantiation
// since dynamic options merging is pretty slow, and none of the
// internal component options needs special treatment.
initInternalComponent(vm, options)
} else {
// mergeOptions 对 mixin 选项和传入的 options 选项进行合并
// 这里的 $options 可以理解为 new Vue 时传入的对象
vm.$options = mergeOptions(
resolveConstructorOptions(vm.constructor),
options || {},
vm
)
}
// expose real self
vm._self = vm
initLifecycle(vm)
initEvents(vm)
initRender(vm)
callHook(vm, 'beforeCreate')
initInjections(vm) // resolve injections before data/props
// 初始化数据
initState(vm)
initProvide(vm) // resolve provide after data/props
callHook(vm, 'created')
if (vm.$options.el) {
// 初始化渲染页面 挂载组件
vm.$mount(vm.$options.el)
}
}
}上面主要关注两个函数，initState 初始化数据，vm.$mount(vm.$options.el) 初始化渲染页面。
先进入 initState：
// 源码位置：/src/core/instance/state.js
export function initState (vm: Component) {
vm._watchers = []
const opts = vm.$options
if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
if (opts.data) {
// data 初始化
initData(vm)
} else {
observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
}
if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
initWatch(vm, opts.watch)
}
}
function initData (vm: Component) {
let data = vm.$options.data
// data 为函数时，执行 data 函数，取出返回值
data = vm._data = typeof data === 'function'
? getData(data, vm)
: data || {}
// proxy data on instance
const keys = Object.keys(data)
const props = vm.$options.props
const methods = vm.$options.methods
let i = keys.length
while (i--) {
const key = keys[i]
if (props && hasOwn(props, key)) {
process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
`The data property "${key}" is already declared as a prop. ` +
`Use prop default value instead.`,
vm
)
} else if (!isReserved(key)) {
proxy(vm, `_data`, key)
}
}
// observe data
// 这里就开始走观测数据的逻辑了
observe(data, true /* asRootData */)
}observe 内部流程在上面已经讲过，这里再简单过一遍：
- new Observe 观测数据
- defineReactive 对数据进行劫持
initState 逻辑执行完毕，回到开头，接下来执行vm.$mount(vm.$options.el) 渲染页面：
$mount:
// 源码位置：/src/platforms/web/runtime/index.js
Vue.prototype.$mount = function ( el?: string | Element,
hydrating?: boolean): Component {
el = el && inBrowser ? query(el) : undefined
return mountComponent(this, el, hydrating)
}mountComponent:
// 源码位置：/src/core/instance/lifecycle.js
export function mountComponent ( vm: Component,
el: ?Element,
hydrating?: boolean): Component {
vm.$el = el
callHook(vm, 'beforeMount')
let updateComponent
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
updateComponent = () => {
const name = vm._name
const id = vm._uid
const startTag = `vue-perf-start:${id}`
const endTag = `vue-perf-end:${id}`
mark(startTag)
const vnode = vm._render()
mark(endTag)
measure(`vue ${name} render`, startTag, endTag)
mark(startTag)
vm._update(vnode, hydrating)
mark(endTag)
measure(`vue ${name} patch`, startTag, endTag)
}
} else {
// 数据改变时 会调用此方法
updateComponent = () => {
// vm._render() 返回 vnode，这里面会就对 data 数据进行取值
// vm._update 将 vnode 转为真实dom，渲染到页面上
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
}
// 执行 Watcher，这个就是上面所说的渲染wacther
new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
before () {
if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
callHook(vm, 'beforeUpdate')
}
}
}, true /* isRenderWatcher */)
hydrating = false
// manually mounted instance, call mounted on self
// mounted is called for render-created child components in its inserted hook
if (vm.$vnode == null) {
vm._isMounted = true
callHook(vm, 'mounted')
}
return vm
}Watcher:
// 源码位置：/src/core/observer/watcher.js
let uid = 0
export default class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.id = ++id
this.vm = vm
this.cb = cb
this.options = options
// exprOrFn 就是上面传入的 updateComponent
this.getter = exprOrFn
this.deps = []
this.depIds = new Set()
this.get()
}
get() {
// 1. pushTarget 将当前 watcher 记录到 Dep.target，Dep.target 是全局唯一的
pushTarget(this)
let value
const vm = this.vm
try {
// 2. 调用 this.getter 相当于会执行 vm._render 函数，对实例上的属性取值，
//由此触发 Object.defineProperty 的 get 方法，在 get 方法内进行依赖收集（dep.depend），这里依赖收集就需要用到 Dep.target
value = this.getter.call(vm, vm)
} catch (e) {
if (this.user) {
handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
} else {
throw e
}
} finally {
// "touch" every property so they are all tracked as
// dependencies for deep watching
if (this.deep) {
traverse(value)
}
// 3. popTarget 将 Dep.target 置空
popTarget()
this.cleanupDeps()
}
return value
}
}至此初始化流程完毕，初始化流程的主要工作是数据劫持、渲染页面和收集依赖。
更新流程
数据发生变化，触发 set ，执行 dep.notify
// 源码位置：/src/core/observer/dep.js
let uid = 0
/**
* 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 = []
}
addSub (sub: Watcher) {
this.subs.push(sub)
}
removeSub (sub: Watcher) {
remove(this.subs, sub)
}
depend () {
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this)
}
}
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++) {
// 执行 watcher 的 update 方法
subs[i].update()
}
}
}wathcer.update：
// 源码位置：/src/core/observer/watcher.js
/**
* Subscriber interface.
* Will be called when a dependency changes.
*/
update () {
/* istanbul ignore else */
if (this.lazy) { // 计算属性更新
this.dirty = true
} else if (this.sync) { // 同步更新
this.run()
} else {
// 一般的数据都会进行异步更新
queueWatcher(this)
}
}queueWatcher:
// 源码位置：/src/core/observer/scheduler.js
// 用于存储 watcher
const queue: Array<Watcher> = []
// 用于 watcher 去重
let has: { [key: number]: ?true } = {}
/**
* Flush both queues and run the watchers.
*/
function flushSchedulerQueue () {
let watcher, id
// 对 watcher 排序
queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
// do not cache length because more watchers might be pushed
// as we run existing watchers
for (index = 0; index < queue.length; index++) {
watcher = queue[index]
id = watcher.id
has[id] = null
// run方法更新视图
watcher.run()
}
}
/**
* Push a watcher into the watcher queue.
* Jobs with duplicate IDs will be skipped unless it's
* pushed when the queue is being flushed.
*/
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
const id = watcher.id
if (has[id] == null) {
has[id] = true
// watcher 加入数组
queue.push(watcher)
// 异步更新
nextTick(flushSchedulerQueue)
}
}nextTick：
// 源码位置：/src/core/util/next-tick.js
const callbacks = []
let pending = false
function flushCallbacks () {
pending = false
const copies = callbacks.slice(0)
callbacks.length = 0
// 遍历回调函数执行
for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
copies[i]()
}
}
let timerFunc
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
const p = Promise.resolve()
timerFunc = () => {
p.then(flushCallbacks)
}
}
export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
let _resolve
// 将回调函数加入数组
callbacks.push(() => {
if (cb) {
cb.call(ctx)
}
})
if (!pending) {
pending = true
// 遍历回调函数执行
timerFunc()
}
// $flow-disable-line
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(resolve => {
_resolve = resolve
})
}
}这一步是为了使用微任务将回调函数异步执行，也就是上面的p.then。最终，会调用 watcher.run 更新页面。
至此更新流程完毕。
写在最后
如果没有接触过源码的同学，我相信看完可能还是会有点懵的，这很正常。建议对照源码再自己多看几遍就能知道流程了。对于有基础的同学就当做是复习了。
想要变强，学会看源码是必经之路。在这过程中，不仅能学习框架的设计思想，还能培养自己的逻辑思维。万事开头难，迟早都要迈出这一步，不如就从今天开始。
作者：chanwahfung
转发链接：https://www.cnblogs.com/chanwahfung/p/13175515.html
