導(dǎo)讀

記得初學(xué)Vue源碼的時(shí)候，在defineReactive、Observer、Dep、Watcher等等內(nèi)部設(shè)計(jì)源碼之間跳來(lái)跳去，發(fā)現(xiàn)再也繞不出來(lái)了。Vue發(fā)展了很久，很多fix和feature的增加讓內(nèi)部源碼越來(lái)越龐大，太多的邊界情況和優(yōu)化設(shè)計(jì)掩蓋了原本精簡(jiǎn)的代碼設(shè)計(jì)，讓新手閱讀源碼變得越來(lái)越困難，但是面試的時(shí)候，Vue的響應(yīng)式原理幾乎成了Vue技術(shù)棧的公司面試中高級(jí)前端必問(wèn)的點(diǎn)之一。

這篇文章通過(guò)自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)響應(yīng)式系統(tǒng)，盡量還原和Vue內(nèi)部源碼同樣結(jié)構(gòu)，但是剔除掉和渲染、優(yōu)化等等相關(guān)的代碼，來(lái)最低成本的學(xué)習(xí)Vue的響應(yīng)式原理。

預(yù)覽

源碼地址(ts)：
https://github.com/sl1673495/vue-reactive

源碼地址(js)
https://github.com/sl1673495/vue-reactive/tree/js-version

預(yù)覽地址：
https://sl1673495.github.io/vue-reactive/

reactive

Vue最常用的就是響應(yīng)式的data了，通過(guò)在vue中定義

new Vue({
  data() {
    return {
      msg: 'Hello World'
    }
  }
})

在data發(fā)生改變的時(shí)候，視圖也會(huì)更新，在這篇文章里我把對(duì)data部分的處理單獨(dú)提取成一個(gè)api：reactive，下面來(lái)一起實(shí)現(xiàn)這個(gè)api。

要實(shí)現(xiàn)的效果：

const data = reactive({
 msg: 'Hello World',
})

new Watcher(() => {
 document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})

在data.msg發(fā)生改變的時(shí)候，我們需要這個(gè)app節(jié)點(diǎn)的innerHTML同步更新，這里新增加了一個(gè)概念Watcher，這也是Vue源碼內(nèi)部的一個(gè)設(shè)計(jì)，想要實(shí)現(xiàn)響應(yīng)式的系統(tǒng)，這個(gè)Watcher是必不可缺的。

在實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)api之前，我們先來(lái)理清他們之間的關(guān)系，reactive這個(gè)api定義了一個(gè)響應(yīng)式的數(shù)據(jù)，其實(shí)大家都知道響應(yīng)式的數(shù)據(jù)就是在它的某個(gè)屬性（比如例中的data.msg）被讀取的時(shí)候，記錄下來(lái)這時(shí)候是誰(shuí)在讀取他，讀取他的這個(gè)函數(shù)肯定依賴它。
在本例中，下面這段函數(shù)，因?yàn)樽x取了data.msg并且展示在頁(yè)面上，所以可以說(shuō)這段渲染函數(shù)依賴了data.msg。

// 渲染函數(shù)
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`

這也就解釋清了，為什么我們需要用new Watcher來(lái)傳入這段渲染函數(shù)，我們已經(jīng)可以分析出來(lái)Watcher是幫我們記錄下來(lái)這段渲染函數(shù)依賴的關(guān)鍵。

在js引擎執(zhí)行渲染函數(shù)的途中，突然讀到了data.msg，data已經(jīng)被定義成了響應(yīng)式數(shù)據(jù)，讀取data.msg時(shí)所觸發(fā)的get函數(shù)已經(jīng)被我們劫持，這個(gè)get函數(shù)中我們?nèi)ビ涗浵耫ata.msg被這個(gè)渲染函數(shù)所依賴，然后再返回data.msg的值。

這樣下次data.msg發(fā)生變化的時(shí)候，Watcher內(nèi)部所做的一些邏輯就會(huì)通知到渲染函數(shù)去重新執(zhí)行。這不就是響應(yīng)式的原理嘛。

下面開(kāi)始實(shí)現(xiàn)代碼

import Dep from './dep'
import { isObject } from '../utils'

// 將對(duì)象定義為響應(yīng)式
export default function reactive(data) {
 if (isObject(data)) {
  Object.keys(data).forEach(key => {
   defineReactive(data, key)
  })
 }
 return data
}

function defineReactive(data, key) {
 let val = data[key]
 // 收集依賴
 const dep = new Dep()

 Object.defineProperty(data, key, {
  get() {
   dep.depend()
   return val
  },
  set(newVal) {
   val = newVal
   dep.notify()
  }
 })

 if (isObject(val)) {
  reactive(val)
 }
}

代碼很簡(jiǎn)單，就是去遍歷data的key，在defineReactive函數(shù)中對(duì)每個(gè)key進(jìn)行g(shù)et和set的劫持，Dep是一個(gè)新的概念，它主要用來(lái)做上面所說(shuō)的dep.depend()去收集當(dāng)前正在運(yùn)行的渲染函數(shù)和dep.notify() 觸發(fā)渲染函數(shù)重新執(zhí)行。

可以把dep看成一個(gè)收集依賴的小筐，每當(dāng)運(yùn)行渲染函數(shù)讀取到data的某個(gè)key的時(shí)候，就把這個(gè)渲染函數(shù)丟到這個(gè)key自己的小筐中，在這個(gè)key的值發(fā)生改變的時(shí)候，去key的筐中找到所有的渲染函數(shù)再執(zhí)行一遍。

Dep

export default class Dep {
 constructor() {
  this.deps = new Set()
 }

 depend() {
  if (Dep.target) {
   this.deps.add(Dep.target)
  }
 }

 notify() {
  this.deps.forEach(watcher => watcher.update())
 }
}

// 正在運(yùn)行的watcher
Dep.target = null

這個(gè)類很簡(jiǎn)單，利用Set去做存儲(chǔ)，在depend的時(shí)候把Dep.target加入到deps集合里，在notify的時(shí)候遍歷deps，觸發(fā)每個(gè)watcher的update。

沒(méi)錯(cuò)Dep.target這個(gè)概念也是Vue中所引入的，它是一個(gè)掛在Dep類上的全局變量，js是單線程運(yùn)行的，所以在渲染函數(shù)如：

document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`

運(yùn)行之前，先把全局的Dep.target設(shè)置為存儲(chǔ)了這個(gè)渲染函數(shù)的watcher，也就是：

new Watcher(() => {
 document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})

這樣在運(yùn)行途中data.msg就可以通過(guò)Dep.target找到當(dāng)前是哪個(gè)渲染函數(shù)的watcher正在運(yùn)行，這樣也就可以把自身對(duì)應(yīng)的依賴所收集起來(lái)了。

這里劃重點(diǎn)：Dep.target一定是一個(gè)Watcher的實(shí)例。

又因?yàn)殇秩竞瘮?shù)可以是嵌套運(yùn)行的，比如在Vue中每個(gè)組件都會(huì)有自己用來(lái)存放渲染函數(shù)的一個(gè)watcher，那么在下面這種組件嵌套組件的情況下：

// Parent組件
<template>
 <div>
  <Son組件 />
 </div>
</template>

watcher的運(yùn)行路徑就是： 開(kāi)始 -> ParentWatcher -> SonWatcher -> ParentWatcher -> 結(jié)束。

是不是特別像函數(shù)運(yùn)行中的入棧出棧，沒(méi)錯(cuò)，Vue內(nèi)部就是用了棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)記錄watcher的運(yùn)行軌跡。

// watcher棧
const targetStack = []

// 將上一個(gè)watcher推到棧里，更新Dep.target為傳入的_target變量。
export function pushTarget(_target) {
 if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target)
 Dep.target = _target
}

// 取回上一個(gè)watcher作為Dep.target，并且棧里要彈出上一個(gè)watcher。
export function popTarget() {
 Dep.target = targetStack.pop()
}

有了這些輔助的工具，就可以來(lái)看看Watcher的具體實(shí)現(xiàn)了

import Dep, { pushTarget, popTarget } from './dep'

export default class Watcher {
 constructor(getter) {
  this.getter = getter
  this.get()
 }

 get() {
  pushTarget(this)
  this.value = this.getter()
  popTarget()
  return this.value
 }

 update() {
   this.get()
 }
}

回顧一下開(kāi)頭示例中Watcher的使用。

const data = reactive({
 msg: 'Hello World',
})

new Watcher(() => {
 document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})

傳入的getter函數(shù)就是

() => {
 document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
}

在構(gòu)造函數(shù)中，記錄下getter函數(shù)，并且執(zhí)行了一遍get

 get() {
  pushTarget(this)
  this.value = this.getter()
  popTarget()
  return this.value
 }

在這個(gè)函數(shù)中,this就是這個(gè)watcher實(shí)例，在執(zhí)行g(shù)et的開(kāi)頭先把這個(gè)存儲(chǔ)了渲染函數(shù)的watcher設(shè)置為當(dāng)前的Dep.target，然后執(zhí)行this.getter()也就是渲染函數(shù)

在執(zhí)行渲染函數(shù)的途中讀取到了data.msg，就觸發(fā)了defineReactive函數(shù)中劫持的get:

Object.defineProperty(data, key, {
  get() {
   dep.depend()
   return val
  }
 })

這時(shí)候的dep.depend函數(shù)：

 depend() {
  if (Dep.target) {
   this.deps.add(Dep.target)
  }
 }

所收集到的Dep.target，就是在get函數(shù)開(kāi)頭中pushTarget(this)所收集的

new Watcher(() => {
 document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})

這個(gè)watcher實(shí)例了。

此時(shí)我們假如執(zhí)行了這樣一段賦值代碼：

data.msg = 'ssh'

就會(huì)運(yùn)行到劫持的set函數(shù)里：

 Object.defineProperty(data, key, {
  set(newVal) {
   val = newVal
   dep.notify()
  }
 })

此時(shí)在控制臺(tái)中打印出dep這個(gè)變量，它內(nèi)部的deps屬性果然存儲(chǔ)了一個(gè)Watcher的實(shí)例。

運(yùn)行了dep.notify以后，就會(huì)觸發(fā)這個(gè)watcher的update方法，也就會(huì)再去重新執(zhí)行一遍渲染函數(shù)了，這個(gè)時(shí)候視圖就刷新了。

computed

在實(shí)現(xiàn)了reactive這個(gè)基礎(chǔ)api以后，就要開(kāi)始實(shí)現(xiàn)computed這個(gè)api了，這個(gè)api的用法是這樣：

const data = reactive({
 number: 1
})

const numberPlusOne = computed(() => data.number + 1)

// 渲染函數(shù)watcher
new Watcher(() => {
 document.getElementById('app2').innerHTML = `
  computed: 1 + number 是 ${numberPlusOne.value}
 `
})

vue內(nèi)部是把computed屬性定義在vm實(shí)例上的，這里我們沒(méi)有實(shí)例，所以就用一個(gè)對(duì)象來(lái)存儲(chǔ)computed的返回值，用.value來(lái)拿computed的真實(shí)值。

這里computed傳入的其實(shí)還是一個(gè)函數(shù)，這里我們回想一下Watcher的本質(zhì)，其實(shí)就是存儲(chǔ)了一個(gè)需要在特定時(shí)機(jī)觸發(fā)的函數(shù)，在Vue內(nèi)部，每個(gè)computed屬性也有自己的一個(gè)對(duì)應(yīng)的watcher實(shí)例，下文中叫它c(diǎn)omputedWatcher

先看渲染函數(shù)：

// 渲染函數(shù)watcher
new Watcher(() => {
 document.getElementById('app2').innerHTML = `
  computed: 1 + number 是 ${numberPlusOne.value}
 `
})

這段渲染函數(shù)執(zhí)行過(guò)程中，讀取到numberPlusOne的值的時(shí)候

首先會(huì)把Dep.target設(shè)置為numberPlusOne所對(duì)應(yīng)的computedWatcher

computedWatcher的特殊之處在于

1. 渲染watcher只能作為依賴被收集到其他的dep筐子里，而computedWatcher實(shí)例上有屬于自己的dep，它可以收集別的watcher作為自己的依賴。
   
2. 惰性求值，初始化的時(shí)候先不去運(yùn)行g(shù)etter。

export default class Watcher {
 constructor(getter, options = {}) {
  const { computed } = options
  this.getter = getter
  this.computed = computed

  if (computed) {
   this.dep = new Dep()
  } else {
   this.get()
  }
 }
}

其實(shí)computed實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)就是，computed在讀取value之前，Dep.target肯定此時(shí)是正在運(yùn)行的渲染函數(shù)的watcher。

先把當(dāng)前正在運(yùn)行的渲染函數(shù)的watcher作為依賴收集到computedWatcher內(nèi)部的dep筐子里。

把自身computedWatcher設(shè)置為 全局Dep.target，然后開(kāi)始求值：

求值函數(shù)會(huì)在運(yùn)行() => data.number + 1的途中遇到data.number的讀取，這時(shí)又會(huì)觸發(fā)'number'這個(gè)key的劫持get函數(shù)，這時(shí)全局的Dep.target是computedWatcher，data.number的dep依賴筐子里丟進(jìn)去了computedWatcher。
此時(shí)的依賴關(guān)系是 data.number的dep筐子里裝著computedWatcher，computedWatcher的dep筐子里裝著渲染watcher。
此時(shí)如果更新data.number的話，會(huì)一級(jí)一級(jí)往上觸發(fā)更新。會(huì)觸發(fā)computedWatcher的update，我們肯定會(huì)對(duì)被設(shè)置為computed特性的watcher做特殊的處理，這個(gè)watcher的筐子里裝著渲染watcher，所以只需要觸發(fā) this.dep.notify()，就會(huì)觸發(fā)渲染watcher的update方法，從而更新視圖。
下面來(lái)改造代碼：

// Watcher
import Dep, { pushTarget, popTarget } from './dep'

export default class Watcher {
 constructor(getter, options = {}) {
  const { computed } = options
  this.getter = getter
  this.computed = computed

  if (computed) {
   this.dep = new Dep()
  } else {
   this.get()
  }
 }

 get() {
  pushTarget(this)
  this.value = this.getter()
  popTarget()
  return this.value
 }

 // 僅為computed使用
 depend() {
  this.dep.depend()
 }

 update() {
  if (this.computed) {
   this.get()
   this.dep.notify()
  } else {
   this.get()
  }
 }
}

computed初始化：

// computed
import Watcher from './watcher'

export default function computed(getter) {
 let def = {}
 const computedWatcher = new Watcher(getter, { computed: true })
 Object.defineProperty(def, 'value', {
  get() {
   // 先讓computedWatcher收集渲染watcher作為自己的依賴。
   computedWatcher.depend()
   return computedWatcher.get()
  }
 })
 return def
}

這里的邏輯比較繞，如果沒(méi)理清楚的話可以把代碼下載下來(lái)一步步斷點(diǎn)調(diào)試，data.number被劫持的set觸發(fā)以后，可以看一下number的dep到底存了什么。

watch

watch的使用方式是這樣的：

watch(
 () => data.msg,
 (newVal, oldVal) => {
  console.log('newVal: ', newVal)
  console.log('old: ', oldVal)
 }
)

傳入的第一個(gè)參數(shù)是個(gè)函數(shù)，里面需要讀取到響應(yīng)式的屬性，確保依賴能被收集到，這樣下次這個(gè)響應(yīng)式的屬性發(fā)生改變后，就會(huì)打印出對(duì)飲的新值和舊值。

分析一下watch的實(shí)現(xiàn)原理，這里依然是利用Watcher類去實(shí)現(xiàn)，我們把用于watch的watcher叫做watchWatcher，傳入的getter函數(shù)也就是() => data.msg，Watcher在執(zhí)行它之前還是一樣會(huì)把自身（也就是watchWatcher）設(shè)為Dep.target，這時(shí)讀到data.msg，就會(huì)把watchWatcher丟進(jìn)data.msg的依賴筐子里。

如果data.msg更新了，則就會(huì)觸發(fā)watchWatcher的update方法

直接上代碼：

// watch
import Watcher from './watcher'

export default function watch(getter, callback) {
 new Watcher(getter, { watch: true, callback })
}

沒(méi)錯(cuò)又是直接用了getter，只是這次傳入的選項(xiàng)是{ watch: true, callback }，接下來(lái)看看Watcher內(nèi)部進(jìn)行了什么處理：

export default class Watcher {
 constructor(getter, options = {}) {
  const { computed, watch, callback } = options
  this.getter = getter
  this.computed = computed
  this.watch = watch
  this.callback = callback
  this.value = undefined

  if (computed) {
   this.dep = new Dep()
  } else {
   this.get()
  }
 }
}

首先是構(gòu)造函數(shù)中，對(duì)watch選項(xiàng)和callback進(jìn)行了保存，其他沒(méi)變。

然后在update方法中。

 update() {
  if (this.computed) {
   ...
  } else if (this.watch) {
   const oldValue = this.value
   this.get()
   this.callback(oldValue, this.value)
  } else {
   ...
  }
 }

在調(diào)用this.get去更新值之前，先把舊值保存起來(lái)，然后把新值和舊值一起通過(guò)調(diào)用callback函數(shù)交給外部，就這么簡(jiǎn)單。
我們僅僅是改動(dòng)寥寥幾行代碼，就輕松實(shí)現(xiàn)了非常重要的api：watch。

總結(jié)。

有了精妙的Watcher和Dep的設(shè)計(jì)，Vue內(nèi)部的響應(yīng)式api實(shí)現(xiàn)的非常簡(jiǎn)單，不得不再次感嘆一下尤大真是厲害?。?br />

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