vue：響應(yīng)原理

cyrils 發(fā)布于2019-08-22 14:57 / 3373人閱讀

摘要：通知某屬性改變，遍歷所有的訂閱者，就是實例，然后調(diào)用實例的方法些方法最核心的部分就是通過調(diào)用給的每個屬性添加和方法。

vue生命周期圖示：

Vue.js最顯著的功能就是響應(yīng)式系統(tǒng)，它是一個典型的MVVM框架，Model只是普通的Javascript對象，修改它則View會自動更新，這種設(shè)計讓狀態(tài)管理變得非常簡單而直觀。

如何追蹤變化？我們先看一個簡單的例子：


    count:{{times}}

運行后，我們可以從頁面中看到，count后面的times每隔一秒遞增1，視圖一直在更新，在代碼中僅僅是通過setInterval方法每隔一秒來修改vm.times的值，并沒有任何dom操作，那么vue是怎么實現(xiàn)這個過程呢，我們通過一張圖來看下：

圖中的Model就是data方法返回的{times:1},View是最終在瀏覽器中顯示的DOM，模型通過Observer,Dep,Watcher,Directive等一系列對象的關(guān)聯(lián)，最終和視圖建立起關(guān)系。總的來說，vue在些做了3件事：

通過Observer對data做監(jiān)聽，并提供了訂閱某個數(shù)據(jù)項變化的能力。

把template編譯成一段document fragment,然后解析其中的Directive,得到每一個Directive所依賴的數(shù)據(jù)項和update方法。

通過Watcher把上述2部分結(jié)合起來，即把Directive中的數(shù)據(jù)依賴通過Watcher訂閱在對應(yīng)數(shù)據(jù)的Observer的Dep上，當(dāng)數(shù)據(jù)變化時，就會觸發(fā)Observer的Dep上的notify方法通知對應(yīng)的Watcher的update,進(jìn)而觸發(fā)Directive的update方法來更新dom視圖，最后達(dá)到模型和視圖關(guān)聯(lián)起來。

Observer

我們來看下vue是如何給data對象添加Observer的，我們知道，vue的實例創(chuàng)建的過程會有一個生命周期，其中有一個過程就是調(diào)用vm.initData方法處理data選項，代碼如下：

src/core/instance/state.js

function initData (vm: Component) {
  let data = vm.$options.data
  data = vm._data = typeof data === "function" ? getData(data, vm) : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    data = {}
    process.env.NODE_ENV !== "production" && warn(
      "data functions should return an object:
" +
      "https://vuejs.org/v2/guide/components.html#data-Must-Be-a-Function",
      vm
    )
  }
  // proxy data on instance
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    if (process.env.NODE_ENV !== "production") {
      if (methods && hasOwn(methods, key)) {
        warn(
          `Method "${key}" has already been defined as a data property.`,
          vm
        )
      }
    }
    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
  observe(data, true /* asRootData */)
}

我們要注意下proxy方法，它的功能是遍歷data的key,把data上的屬性代理到vm實例上，proxy源碼如下：

const sharedPropertyDefinition = {
  enumerable: true,
  configurable: true,
  get: noop,
  set: noop
}

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

方法主要通過Object.defineProperty的getter和setter方法實現(xiàn)了代理，在前面的例子中，我們調(diào)用vm.times就相當(dāng)于訪問了vm._data.times.

在initData的最后，我們調(diào)用了observer(data,this)來對data做監(jiān)聽，observer的源碼定義如下：

src/core/observer/index.js

/**
 *嘗試創(chuàng)建一個值的觀察者實例，
 *如果成功觀察到新的觀察者，
 *或現(xiàn)有的觀察者，如果該值已經(jīng)有一個。
 */
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  if (hasOwn(value, "__ob__") && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    observerState.shouldConvert &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

它會首先判斷value是否已經(jīng)添加了_ob_屬性，它是一個Observer對象的實例，如果是就直接用，否則在value滿足一些條件（數(shù)組或?qū)ο螅蓴U(kuò)展，非vue組件等）的情況下創(chuàng)建一個Observer對象，下面看下Observer這個類的源碼：

class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // 將這個對象作為根$data的vm的數(shù)量。

  constructor (value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    def(value, "__ob__", this)
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto
        ? protoAugment
        : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      this.observeArray(value)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }

  /**
   *遍歷每個屬性并將其轉(zhuǎn)換為擁有g(shù)etter / setter。這個方法應(yīng)該只在什么時候調(diào)用。當(dāng)obj是對象。
   */
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
    }
  }

  /**
   觀察數(shù)組項的列表。
   */
  observeArray (items: Array) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

這個構(gòu)造函數(shù)主要做了這么幾件事，首先創(chuàng)建了一個Dep對象實例，然后把自身this添加到value的_ob_屬性上，最后對value的類型進(jìn)行判斷，如果是數(shù)組則觀察數(shù)組，否則觀察單個元素。obsersverArray方法就是對數(shù)組進(jìn)行遍歷，遞歸調(diào)用observer方法，最終都會調(diào)用walk方法觀察單個元素。walk方法就是對obj的key進(jìn)行遍歷。然后調(diào)用了defineReactive，把要觀察的data對象的每個屬性都賦予getter和setter方法，這樣一旦屬性被訪問或者更新，我們就可以追蹤到這些變化。源碼如下：

/**
 * 在對象上定義一個反應(yīng)性屬性 setter,getter。
 */
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  const dep = new Dep()

  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // 滿足預(yù)定義的getter / setter
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set

  let childOb = !shallow && observe(val)
    // 在這里添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      /* eslint-disable no-self-compare */
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      /* eslint-enable no-self-compare */
      if (process.env.NODE_ENV !== "production" && customSetter) {
        customSetter()
      }
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      childOb = !shallow && observe(newVal)
        // 通知data某屬性改變，遍歷所有的訂閱者，就是watcher實例，然后調(diào)用watcher實例的update方法
      dep.notify()
    }
  })
}

些方法最核心的部分就是通過調(diào)用Object.defineProperty給data的每個屬性添加getter和setter方法。當(dāng)data的某個屬性被訪問時，則會調(diào)用getter方法，判斷當(dāng)Dep.target不為空時調(diào)用dep.depend和childOb.dep.depend方法做依賴收集，如果訪問的屬性是一個數(shù)組則會遍歷這個數(shù)組收集數(shù)組元素的依賴，當(dāng)改變data的屬性時，則會調(diào)用setter方法，這時調(diào)用dep.notify方法進(jìn)行通知。其中用到的Dep類是一個簡單的觀察者模式的實現(xiàn)，然后我們看下源碼：

src/core/observer/dep.js

class Dep {
  static target: ?Watcher;
  id: number;
  subs: Array;

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = [] // 用來存儲所有訂閱它的watcher
  }

  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  depend () {
    if (Dep.target) { // Dep.target表示當(dāng)前正在計算的watcher,是全局唯一的，同一時間只能有一個watcher被計算
      // 把當(dāng)前Dep的實例添加到當(dāng)前正在計算的watcher依賴中
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
// 遍歷所有的的訂閱watcher，調(diào)用它們的update方法。
  notify () {
    // 首先穩(wěn)定用戶列表。
    const subs = this.subs.slice()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

watcher

src/core/observer/watcher.js

let uid = 0

/**
 * 觀察者解析表達(dá)式，收集依賴項，
 *當(dāng)表達(dá)式值發(fā)生變化時觸發(fā)回調(diào)。
 這用于$watch() api和指令。
 */
export default class Watcher {
 
  constructor (
    vm: Component,
    expOrFn: string | Function,
    cb: Function,
    options?: Object
  ) {
    this.vm = vm
    vm._watchers.push(this)
    // options
    if (options) {
      this.deep = !!options.deep
      this.user = !!options.user
      this.lazy = !!options.lazy
      this.sync = !!options.sync
    } else {
      this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
    }
    this.cb = cb
    this.id = ++uid // uid 為批處理
    this.active = true
    this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
    this.deps = []
    this.newDeps = []
    this.depIds = new Set()
    this.newDepIds = new Set()
    this.expression = process.env.NODE_ENV !== "production"
      ? expOrFn.toString()
      : ""
    // parse expression for getter
    if (typeof expOrFn === "function") {
      this.getter = expOrFn
    } else {
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = function () {}
        process.env.NODE_ENV !== "production" && warn(
          `Failed watching path: "${expOrFn}" ` +
          "Watcher only accepts simple dot-delimited paths. " +
          "For full control, use a function instead.",
          vm
        )
      }
    }
    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }

  /**
   * 評估getter并重新收集依賴項。
   */
  get () {
    pushTarget(this)
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // “觸摸”每個屬性，所以它們都被跟蹤。
        // 對深度觀察的依賴。
      if (this.deep) {
        traverse(value)
      }
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**
   * Add a dependency to this directive.把dep添加到watcher實例的依賴中，同時通過            dep.addsup(this)把watcher實例添加到dep的訂閱者中。
   */
  addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

  /**
   * Clean up for dependency collection.
   */
  cleanupDeps () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this)
      }
    }
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear()
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  /**
   *用戶界面。時將調(diào)用一個依賴的變化。
   */
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else { // 調(diào)用，把watcher實例推入隊列中，延遲this.run調(diào)用的時機(jī)。
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**
   * 調(diào)度器的工作界面。會被調(diào)度器調(diào)用。
   * 再次對watcher進(jìn)行求值，重新收集依賴，接下來判斷求值結(jié)果和之前value的關(guān)系，如果不變，則什么也不做
   * 此方法是directive實例創(chuàng)建watcher時傳入的，它對應(yīng)相關(guān)指令的update方法來真實更新dom。這樣就完成了數(shù)據(jù)更新到對應(yīng)視圖的變化過程。
   * watcher把observer和directive關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)一旦更新，視圖就自動變化的效果。利用object.defineProperty實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和視圖的綁定
   */
  run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深入觀察和觀察對象/陣列甚至應(yīng)該開火。當(dāng)值相等時，因為值可以。有突變。
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          try {
            this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
          } catch (e) {
            handleError(e, this.vm, `callback for watcher "${this.expression}"`)
          }
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

  /**
   * 評估觀察者的價值。
   這只會被稱為懶惰的觀察者。
   */
  evaluate () {
    this.value = this.get() // 對watcher進(jìn)行求值，同時收集依賴
    this.dirty = false // 不會再對watcher求值，也不會再訪問計算屬性的getter方法了
  }

  /**
   * 要看這個觀察者收集的所有數(shù)據(jù)。
   */
  depend () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }

  /**
   * Remove self from all dependencies" subscriber list.
   */
  teardown () {
    if (this.active) {
      // remove self from vm"s watcher list
      // this is a somewhat expensive operation so we skip it
      // if the vm is being destroyed.
      if (!this.vm._isBeingDestroyed) {
        remove(this.vm._watchers, this)
      }
      let i = this.deps.length
      while (i--) {
        this.deps[i].removeSub(this)
      }
      this.active = false
    }
  }
}

Dep實例在初始化watcher時，會傳入指令的expression.在前面的例子中expression是times.get方法的功能是對當(dāng)前watcher進(jìn)行求值，收集依賴關(guān)系，設(shè)置Dep.target為當(dāng)前watcher的實例，this.getter.call(vm,vm),這個方法相當(dāng)于獲取vm.times,這樣就觸發(fā)了對象的getter.我們之前給data添加Observer時，通過上面defineReactive/Object.defineProperty給data對象的每一個屬性添加getter和setter了.

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj，key,val,customSetter,shallow) {
  // 在這里添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    }
 }

當(dāng)獲取vm.times時，會執(zhí)行到get方法體內(nèi)，由于我們在之前已經(jīng)設(shè)置了Dep.target為當(dāng)前Watcher實例，所以接下來就調(diào)用dep.depend()完成收集，它實際上是執(zhí)行了Dep.target.addDep(this),相當(dāng)于執(zhí)行了Watcher實例的addDep方法，把Dep添加到Watcher實例的依賴中。

src/observer/watcher.js

addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

addDep是把dep添加到Watcher實例的依賴中，同時又通過dep.addSup(this)把Watcher實例添加到dep的訂閱者中

src/observer/dep.js

addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

至此，指令完成了依賴收集，并且通過Watcher完成了對數(shù)據(jù)變化的訂閱。

我們再看下，當(dāng)data發(fā)生變化時，視圖是如何自動更新的，在前面的例子中，我們setInterval每隔一秒執(zhí)行一次vm.times++，數(shù)據(jù)改變會觸發(fā)對象的setter，執(zhí)行set方法體的代碼。

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj，key,val,customSetter,shallow) {
  // 在這里添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
    
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      
      if (process.env.NODE_ENV !== "production" && customSetter) {
        customSetter()
      }
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      // 通知data某屬性改變，遍歷所有的訂閱者，就是watcher實例，然后調(diào)用watcher實例的update方法
      dep.notify()
    }
 }

src/observer/watcher.js

update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else { 
      queueWatcher(this)// 調(diào)用，把watcher實例推入隊列中，延遲this.run調(diào)用的時機(jī)。
    }
  }

src/core/observer/scheduler.js

/**
 * 把一個觀察者watcher推入觀察者隊列。
 *將跳過具有重復(fù)id的作業(yè)，除非它是。
 *當(dāng)隊列被刷新時被推。
 * 通過nextTick在下一個事件循環(huán)周期處理watcher隊列，是一種優(yōu)化手段。因為如果同時觀察的數(shù)據(jù)多次變化，比如同步執(zhí)行3次vm.time++,同時調(diào)用就會觸發(fā)3次dom操作
 * 而推入隊列中等待下一個事件循環(huán)周期再操作隊列里的watcher，因為是同一個watcher，它只會調(diào)用一次watcher.run，從而只觸發(fā)一次dom操作。
 */
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    if (!flushing) {
      queue.push(watcher)
    } else {
      // 如果已經(jīng)刷新，則根據(jù)其id將監(jiān)視器拼接起來。
        // 如果已經(jīng)超過了它的id，它將會立即運行。
      let i = queue.length - 1
      while (i > index && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      queue.splice(i + 1, 0, watcher)
    }
    // 隊列的沖
    if (!waiting) {
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}

function flushSchedulerQueue () {
  flushing = true
  let watcher, id

    // 在刷新前排序隊列。
    // 這確保:
    // 1。組件由父元素更新為子元素。(因為父母總是在孩子面前創(chuàng)建)
    // 2。組件的用戶觀察者在它的呈現(xiàn)觀察者之前運行(因為用戶觀察者是在渲染觀察者之前創(chuàng)建的
    // 3。如果組件在父組件的監(jiān)視程序運行期間被銷毀， 它的觀察者可以跳過。
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)

    // 不要緩存長度，因為可能會有更多的觀察者被推。
    // 當(dāng)我們運行現(xiàn)有的觀察者時。遍歷queue中watcher的run方法
  for (index = 0; index < queue.length; index++) {
    watcher = queue[index]
    id = watcher.id
    has[id] = null
    watcher.run()
    // in dev build, check and stop circular updates.
    if (process.env.NODE_ENV !== "production" && has[id] != null) {
      circular[id] = (circular[id] || 0) + 1
      if (circular[id] > MAX_UPDATE_COUNT) {
        warn(
          "You may have an infinite update loop " + (
            watcher.user
              ? `in watcher with expression "${watcher.expression}"`
              : `in a component render function.`
          ),
          watcher.vm
        )
        break
      }
    }
  }

  // keep copies of post queues before resetting state
  const activatedQueue = activatedChildren.slice()
  const updatedQueue = queue.slice()

  resetSchedulerState()

  // call component updated and activated hooks
  callActivatedHooks(activatedQueue)
  callUpdatedHooks(updatedQueue)

  // devtool hook
  /* istanbul ignore if */
  if (devtools && config.devtools) {
    devtools.emit("flush")
  }
}

遍歷queue中Watcher的run方法，

src/core/observer/watcher.js

run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深入觀察和觀察對象/陣列甚至應(yīng)該開火。當(dāng)值相等時，因為值可以。有突變。
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          try {
            this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
          } catch (e) {
            handleError(e, this.vm, `callback for watcher "${this.expression}"`)
          }
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

run方法再次對Watcher求值，重新收集依賴，接下來判斷求值結(jié)果和之前value的關(guān)系，如果不變則什么也不做，如果變了則調(diào)用this.cb.call(this.vm,value,oldValue)方法，這個方法是Directive實例創(chuàng)建watcher時傳入的，它對應(yīng)相關(guān)指令的update方法來真實更新 DOM，這樣就完成了數(shù)據(jù)更新到對應(yīng)視圖的變化過程。Watcher巧妙的把Observer和Directive關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)一旦更新，視圖就會自動變化的效果，vue利用了Object.defineProperty這個核心技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和視圖的綁定。