vue实战-深入响应式数据原理

本文将带大家快速过一遍Vue数据响应式原理，解析源码，学习设计思路，循序渐进。

数据初始化

_init

在我们执行new Vue创建实例时，会调用如下构造函数，在该函数内部调用this._init(options)。

import { initMixin } from "./init.js";

// 先创建一个Vue类，Vue就是一个构造函数（类） 通过new关键字进行实例化
function Vue(options) {
  // 这里开始进行Vue初始化工作
  this._init(options);
}
// _init方法是挂载在Vue原型的方法，每一个new 实例可以调用， 由initMixin方法挂载

// 将不同的操作拆分成不同的模块，导入后对Vue类做一些处理，此做法更利于维护
initMixin(Vue); // 定义原型方法_init
stateMixin(Vue)  //定义 $set $get $delete $watch 等
eventsMixin(Vue) // 定义事件  $on  $once $off $emit
lifecycleMixin(Vue) // 定义 _update  $forceUpdate  $destroy
renderMixin(Vue) // 定义 _render 返回虚拟dom 

export default Vue;

initMixin函数里面定义了原型方法_init，_init调用了initState(vm)等方法，_init里做了很多初始化工作，我们重点关注initState

import { initState } from "./state";

export function initMixin(Vue) {
  Vue.prototype._init = function (options) {
    const vm = this; // 这里的this指向调用_init方法的对象(即 new的实例)
    //  this.$options就是用户new Vue的时候传入的属性
    vm.$options = options;
    ...
    initLifecycle(vm);
    initEvents(vm);
    initRender(vm);
    callHook(vm, 'beforeCreate');
    initInjections(vm); // resolve injections before data/props
    // 初始化状态，在beforeCreate之前，created之后
    initState(vm);
    initProvide(vm); // resolve provide after data/props
    callHook(vm, 'created');
    ...

  };
}

initState

initState函数按顺序初始化$options的数据，顺序为 prop>methods>data>computed>watch

import { observe } from "./observer/index.js";

function initState (vm) {
    vm._watchers = [];
    const opts = vm.$options;  
    // 按顺序初始化 prop>methods>data>computed>watch
    if (opts.props) { initProps(vm, opts.props); } 
    if (opts.methods) { initMethods(vm, opts.methods); }
    if (opts.data) { // 初始化data
      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);
    }
  }

initData

initData做了什么事？

将vm.$options.data 赋值给vm._data

此处有个细节，vue组件data推荐使用函数，防止数据在组件之间共享，原因是如果你定义的data是个对象的话，那所有的组件实例的data都会引用这个对象，一个组件更改了data别的组件也会发生变化，他们的data指向同一个内存地址。
判断方法和属性是否重名，以及是否有保留属性
没有问题就通过 proxy() 把 data 里的每一个属性都代理到当前实例上，就可以通过 this.xx 访问了
最后再调用 observe 监听整个 data，observe方法用于创建监听器

import { observe } from "./observer/index.js";

function initState (vm) {
    ...
    initData(vm);
}

function initData (vm: Component) {
  // 获取当前实例的 data 
  let data = vm.$options.data
  // 判断 data 的类型
  data = vm._data = typeof data === 'function'
    ? getData(data, vm)
    : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    data = {}
    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(`数据函数应该返回一个对象`)
  }
  // 获取当前实例的 data 属性名集合
  const keys = Object.keys(data)
  // 获取当前实例的 props 
  const props = vm.$options.props
  // 获取当前实例的 methods 对象
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    // 非生产环境下判断 methods 里的方法是否存在于 props 中
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (methods && hasOwn(methods, key)) {
        warn(`Method 方法不能重复声明`)
      }
    }
    // 非生产环境下判断 data 里的属性是否存在于 props 中
    if (props && hasOwn(props, key)) {
      process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(`属性不能重复声明`)
    } else if (!isReserved(key)) {
      // 都不重名的情况下，代理到 vm 上，可以让 vm._data.xx 通过 vm.xx 访问
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  }
  // 监听 data
  observe(data, true /* asRootData */)
}

proxy 数据代理

proxy函数中调用了Object.defineProperty将_data中的每个property代理到了vm身上，作用就是，可以vm._data.xx 通过 vm.xx 访问，当你访问vm.a的时候实际上是访问的vm._data.a。

function proxy (target, sourceKey, key) {
    sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter () {
      return this[sourceKey][key]
    };
    sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter (val) {
      this[sourceKey][key] = val;
    };
    Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition);
  }

observe 数据劫持

observe

该方法用于创建监听器实例

export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  // 如果不是'object'类型 或者是 vnode 的对象类型就直接返回
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  // __ob__是监听器对象，如果存在的话说明已经被监听过，避免重复监听
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    // 创建监听器
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

Observer

监听器类，将数据转换为响应式数据

export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // 根对象上的 vm 数量
  constructor (value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep(); // 预先实例化一个dep，用于保存数组的依赖
    this.vmCount = 0
    // 给 value 添加 __ob__ 属性，值为为当前value 创建的 Observe 实例
    // 表示已经变成响应式了，目的是对象遍历时就直接跳过，避免重复监听
    def(value, '__ob__', this)
    // 类型判断
    if (Array.isArray(value)) {
      // 判断数组是否有__proto__
      if (hasProto) {
        // 如果有就把它的原型设置为arrayMethods，arrayMethods对象拥有变异后的七个数组方法并且原型是原生数组Array的原型
        protoAugment(value, arrayMethods); // 原型增强
      } else {
        // 没有就通过 def，也就是Object.defineProperty 去定义属性值
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      }
      this.observeArray(value)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }
  // 如果是对象类型
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    // 遍历对象所有属性，转为响应式对象，也是动态添加 getter 和 setter，实现双向绑定
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }
  // 监听数组
  observeArray (items: Array<any>) {
    // 遍历数组，对每一个元素进行监听
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

参考前端进阶面试题详细解答

对于数组和对象有不同的处理，我们先来看处理对象响应式的方法，walk。

walk

遍历对象所有属性，调用defineReactive方法转为响应式对象，

  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    // 遍历对象所有属性，转为响应式对象，也是动态添加 getter 和 setter，实现双向绑定
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

defineReactive

定义响应式对象，getter时收集依赖，setter时触发依赖

export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {

  // 创建 dep 实例，保存属性的依赖，getter时添加依赖，setter时触发依赖
  const dep = new Dep(); 这个是对象的依赖
  // 拿到对象的属性描述符
  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }
  // 获取自定义的 getter 和 setter
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  }
  // 如果 val 是对象的话就递归监听
  // 递归监听子属性，如果value还是一个对象会继续走一遍defineReactive 层层遍历一直到value不是对象才停止，所以如果对象层级过深，对性能会有影响
  let childOb = !shallow && observe(val) // data = {a: {b: 3}, c: [1, 2]} 属性值如果是对象或数组会返回Observer实例
  // 截持对象属性的 getter 和 setter
  Object.defineProperty(obj, key, { // 例如监听data.a，那val就是{b: 3}
    enumerable: true,
    configurable: true,
    // 拦截 getter，当取值时会触发该函数
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 开始依赖收集 （在get中会收集属性的依赖，以及其属性值的依赖）
      // 初始化渲染 watcher 时访问到已经被添加响应式的对象，从而触发 get 函数
        if (Dep.target) { // 如果现在处于依赖收集阶段
          dep.depend(); // 添加当前属性的依赖
          if (childOb) { // 数组会在此收集依赖，在数组被push等操作时调用保存的Observer实例触发依赖；对象会收集两次依赖，但是对象的第二次收集不会被setter触发
            // childOb.dep 就是Observer 中 this.dep = new Dep()
            childOb.dep.depend(); // 父属性包含子属性，即访问了this.a，实际上也访问了this.a.b，this.a.b变了，this.a就变了，所以子属性也要收集依赖
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    // 拦截 setter，当值改变时会触发该函数
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 判断是否发生变化
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      // 没有 setter 的访问器属性
      if (getter && !setter) return
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      // 如果新值是对象的话递归监听
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      // 遍历通知储存在Dep实例中的所有依赖
      dep.notify()
    }
  })
}

Object.defineProperty定义响应式对象的缺点

监听嵌套层级过深的对象会影响性能
对象新增或者删除的属性无法被set 监听到只有对象本身存在的属性修改才会被劫持，所以Vue设计了$set和$delete方法，更新数据的同时手动触发通知依赖
如果用其来监听数组的话，无法监听数组长度动态变化，并且只能监听通过对已有元素下标的访问进行的修改，即arr[已有元素下标] = val

我们自己手写一个递归设置响应式的方法来试一下：

function defineProperty(obj, key, val){
  observer(val);
  Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get() {
        // 读取方法
        console.log('读取', key, '成功')
        return val
      },
      set(newval) {
        // 赋值监听方法
        if (newval === val) return
        observer(newval)
        console.log('监听赋值成功', newval)
        val = newval
      }
    })
}

function observer(obj) {
  if (typeof obj !== 'object' || obj == null) {
    return
  }
  for (const key of Object.keys(obj)) {
    // 给对象中的每一个方法都设置响应式
    defineProperty(obj, key, obj[key])
  }
}

const arr = [{a:3}, 66, [4,5]];
const obj = {a:1, b: [2]};

arr.length = 33; // 无法监听数组长度动态变化
arr[2].push(22) // 只能监听通过对已有元素下标的访问进行的修改
arr[2][0] = 5; // 访问已有元素的下标可以监听修改

obj.c = 6; // 无法监听新添加的属性
delete obj.b // 无法监听属性被删除
obj.b = 66; // 被删除后就失去响应式了

虽然defineProperty可以监听通过对已有元素下标访问的修改，但是出于性能考虑，vue并没有使用这一功能来使数组实现响应式，因为数组元素太多时耗费一定性能，要挨个遍历监听一遍数组的每一个属性，属性可能还会包含自己的嵌套属性，所以vue的做法是修改原生操作数组的方法，并且跟用户约定修改数组要用这些方法去操作。

尤大也做出了官方的解释：

在这里插入图片描述

数组的观测

数组元素添加或删除操作的观测通过创建一个以原生Array的原型为原型的新对象，为新对象添加数组的变异方法，将观察的对象的原型设置为这个新对象，被观察的对象调用数组方法时就会使用被重写后的方法。

记得我们在讲寄生式继承时说的么，寄生式继承的核心：使用原型式继承Object.create(parent)可以获得一份目标对象的浅拷贝，在这个浅拷贝对象上进行增强，添加一些方法属性。
vue对重写数组方法的设计与寄生式继承类似，都是面向切面编程的思想（AOP），即不破坏原有功能封装的前提下，动态的扩展功能

import { TriggerOpTypes } from '../../v3'
import { def } from '../util/index'

const arrayProto = Array.prototype // 用Array的原型创建一个新对象，arrayMethods.__proto__ === arrayProto，免得污染原生Array
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto);

// 需要重写的方法
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]

/** * Intercept mutating methods and emit events */
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // cache original method
  const original = arrayProto[method]
  // 给arrayMethods对象定义上述方法，使该对象拥有原生方法能力的同时添加响应式行为
  def(arrayMethods, method, function mutator(...args) {
    const result = original.apply(this, args) // 先调用原生方法
    const ob = this.__ob__
    let inserted; //  新添加的元素
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args
        break
      case 'splice': // 可以监测数组长度变化
        //splice格式是splice(下标，数量，插入的新项)
        inserted = args.slice(2); // 获取插入的新项
        break
    }
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    // notify change
    if (__DEV__) {
      ob.dep.notify({
        type: TriggerOpTypes.ARRAY_MUTATION,
        target: this,
        key: method
      })
    } else {
      ob.dep.notify()
    }
    return result
  })
})

因为出于性能考虑，vue没有使用defineProperty劫持数组，所以要通过索引修改数组，我们需要使用$set。

总结

以上就是Vue2的响应式数据原理，讲述了如何对数据进行响应式观测，核心就是通过Object.defineProperty对数据进行劫持，在getter中收集依赖，setter中派发依赖，完整的响应式原理，如修改数据后视图是如何更新视图的还需要结合Dep和Watcher来看，这段后续接着说，一点点地来消化。