深入淺出 Vue 響應式原理

作者 | 浪里行舟

責編 | 胡巍巍

Vue 最獨特的特性之一，是其非侵入性的響應式系統。數據模型僅僅是普通的 JavaScript 對象。而當你修改它們時，視圖會進行更新。這使得狀態管理非常簡單直接，不過理解其工作原理同樣重要，這樣你可以避開一些常見的問題。本文將針對響應式原理做一個詳細介紹，並且帶你實現一個基礎版的響應式系統。

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

數據發生變化後，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：

• 偵測數據的變化

• 收集視圖依賴了哪些數據

• 數據變化時，自動「通知」需要更新的視圖部分，並進行更新

對應專業俗語分別是：

• 數據劫持 / 數據代理

• 依賴收集

• 發布訂閱模式

如何偵測數據的變化

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，這就是進行數據劫持或數據代理。這部分代碼主要參考珠峰架構課。

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

function render {

console.log("模擬視圖渲染")

}

let data = {

name: "浪里行舟",

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（可以遍歷）

configurable: true, //可配置（比如可以刪除）

get: function reactiveGetter {

console.log("get", value) // 監聽

return value

},

set: function reactiveSetter (newVal) {

observe(newVal) //如果賦值是一個對象，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} 模擬視圖渲染

data.name // get 浪里行舟

上面這段代碼的主要作用在於：observe這個函數傳入一個 obj（需要被追蹤變化的對象），通過遍歷所有屬性的方式對該對象的每一個屬性都通過 defineReactive 處理,以此來達到實現偵測對象變化。值得注意的是， observe 會進行遞歸調用。那我們如何偵測Vue中 data 中的數據，其實也很簡單：

class Vue {

/* Vue構造類 */

constructor(options) {

this._data = options.data;

observer(this._data);

}

}

這樣我們只要 new 一個 Vue 對象，就會將 data 中的數據進行追蹤變化。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刪除(如 data.location.a=1)。

Vue 通過 Object.defineProperty來將對象的key轉換成 getter/setter的形式來追蹤變化，但 getter/setter只能追蹤一個數據是否被修改，無法追蹤新增屬性和刪除屬性。如果是刪除屬性，我們可以用 vm.$delete實現，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賦值，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("模擬視圖渲染")

}

let obj = [1, 2, 3]

let methods = ["pop", "shift", "unshift", "sort", "reverse", "splice", "push"]

// 先獲取到原來的原型上的方法

let arrayProto = Array.prototype

// 創建一個自己的原型 並且重寫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]

這種方法將數組的常用方法進行重寫，進而覆蓋掉原生的數組方法，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-- // 不支持數組的長度變化obj[0]=1 // 修改數組中第一個元素，也無法偵測數組的變化

ES6提供了元編程的能力，所以有能力攔截，Vue3.0可能會用ES6中Proxy 作為實現數據代理的主要方式。

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，因此不同於 Object.defineProperty 的必須遍歷對象每個屬性， Proxy 只需要做一層代理就可以監聽同級結構下的所有屬性變化，當然對於深層結構，遞歸還是需要進行的。此外 Proxy支持代理數組的變化。

function render {

console.log("模擬視圖的更新")

}

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數據劫持

if (typeof target[key] == "object" && target[key] !== ) {

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 = "浪里行舟" // 支持新增屬性

console.log(proxy.age.name) // 模擬視圖的更新 浪里行舟

proxy.arr[0] = "浪里行舟" //支持數組的內容發生變化

console.log(proxy.arr) // 模擬視圖的更新 ["浪里行舟", 2, 3 ]

proxy.arr.length-- // 無效

以上代碼不僅精簡，而且還是實現一套代碼對對象和數組的偵測都適用。不過 Proxy兼容性不太好！

我們之所以要觀察數據，其目的在於當數據的屬性發生變化時，可以通知那些曾經使用了該數據的地方。比如第一例子中，模板中使用了price 數據，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實例中共用一個變數，如下面這個例子：

let globalData = {

text: "浪里行舟"

};

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實例進行視圖的更新,我們只有通過收集依賴才能知道哪些地方依賴我的數據，以及數據更新時派發更新。那依賴收集是如何實現的？其中的核心思想就是「事件發布訂閱模式」。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現的。

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

於是我們先來實現一個訂閱者 Dep 類，用於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理解成一個中介的角色，數據發生變化時通知它，然後它再通知其他地方。

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。

所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

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

當屬性發生變化後，我們要通知用到數據的地方，而使用這個數據的地方有很多，而且類型還不一樣，既有可能是模板，也有可能是用戶寫的一個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只收集這個封裝好的類的實例進來，通知也只通知它一個，再由它負責通知其他地方。

依賴收集的目的是將觀察者 Watcher 對象存放到當前閉包中的訂閱者 Dep 的 subs 中。形成如下所示的這樣一個關係（圖參考《剖析 Vue.js 內部運行機制》）。

class Watcher {

constructor(obj, key, cb) {

// 將 Dep.target 指向自己

// 然後觸發屬性的 getter 添加監聽

// 最後將 Dep.target 置空

Dep.target = this

this.cb = cb

this.obj = obj

this.key = key

this.value = obj[key]

Dep.target =

}

update {

// 獲得新值

this.value = this.obj[this.key]

// 我們定義一個 cb 函數，這個函數用來模擬視圖更新，調用它即代表更新視圖

this.cb(this.value)

}

}

以上就是 Watcher 的簡單實現，在執行構造函數的時候將 Dep.target 指向自身，從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。

所謂的依賴，其實就是Watcher。至於如何收集依賴，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，即把用到該數據的地方收集起來，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讀取數據時，便會觸發getter從而將Watcher添加到依賴中，哪個Watcher觸發了getter，就把哪個Watcher收集到Dep中。當數據發生變化時，會循環依賴列表，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,實現了一個簡易的數據響應式。

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（可以遍歷）

configurable: true, //可配置（比如可以刪除）

get: function reactiveGetter {

console.log("get", value) // 監聽

// 將 Watcher 添加到訂閱

if (Dep.target) {

dp.addSub(Dep.target) // 新增

}

return value

},

set: function reactiveSetter (newVal) {

observe(newVal) //如果賦值是一個對象，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);

/* 新建一個Watcher觀察者對象，這時候Dep.target會指向這個Watcher對象 */

new Watcher;

console.log("模擬視圖渲染");

}

}

當 render function 被渲染的時候,讀取所需對象的值，會觸發 reactiveGetter 函數把當前的 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。

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 newVue 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，來對數據追蹤變化，當被設置的對象被讀取的時候會執行 getter 函數，而在當被賦值的時候會執行 setter函數。

• 當render function 執行的時候，因為會讀取所需對象的值，所以會觸發getter函數從而將Watcher添加到依賴中進行依賴收集。

• 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。

參考文章和書籍

• 剖析 Vue.js 內部運行機制

• 深入淺出Vue.js

• Vue官方文檔

• 前端面試之道

• 前端開發核心知識進階

• Javascript響應式的最通俗易懂的解釋(譯)

作者簡介：浪里行舟，碩士研究生，專註於前端，運營有個人公眾號前端工匠，致力於打造適合初中級工程師能夠快速吸收的一系列優質文章。

聲明：本文系作者投稿，轉載請聯繫原作者。

【End】

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