大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
原文链接:https://geniuspeng.github.io/2018/01/05/vue-reactivity/
Vue的官方说明里有深入响应式原理这一节。在此官方也提到过:
当你把一个普通的 JavaScript 对象传给 Vue 实例的 data 选项,Vue 将遍历此对象所有的属性,并使用 Object.defineProperty 把这些属性全部转为 getter/setter。Object.defineProperty 是 ES5 中一个无法 shim 的特性,这也就是为什么 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。
官网只是说了一个大概原理,浏览了一下vue的源码以及其他关于此处的解释,这一块其实可以总结为两点:利用Object.defineProperty进行数据劫持同时结合观察者模式(发布/订阅模式)来实现数据双向绑定,这也是vue响应式原理的核心。首先先把这两个东西简单介绍一下吧~
关于Object.defineProperty
关于Object.defineProperty我觉得还是MDN上说的更明白详细一些,我写在这里无非是一些ctrl C+V,总之我们要知道它是一个定义属性描述符的东西,可以劫持一个对象属性的getter和setter,而Vue正是通过在属性改变时劫持这些来通知watcher(后文会讲)。下面这个例子实现了一个极简的双向绑定:
它的效果就是,input框输出改变的时候,span的内容随之改变,同时如果在控制台直接改变obj.hello属性,input和span的内容同时会一起变化(验证这个得去codepen页面中的console控制台),其原理就是利用Object.defineProperty劫持了属性的set方法。
关于观察者模式
观察者模式(有时又被称为发布(publish )-订阅(Subscribe)模式)是软件设计模式的一种。在此种模式中,一个目标物件管理所有相依于它的观察者物件,并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来实现事件处理系统。
观察者模式根据具体不同的场景可以实现出不同的版本,但其核心思想没有变化,下面是根据vue源码简化出来的一个简单模型
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function Dep() { //主题对象 this.subs = []; //订阅者列表 } Dep.prototype.notify = function() { //主题对象通知订阅者 this.subs.forEach(function(sub){ //遍历所有的订阅者,执行订阅者提供的更新方法 sub.update(); }); } function Sub(x) { //订阅者 this.x = x; }、 Sub.prototype.update = function() { //订阅者更新 this.x = this.x * this.x; console.log(this.x); } var pub = { //发布者 publish: function() { dep.notify(); } }; var dep = new Dep(); //主题对象实例 Array.prototype.push.call(dep.subs, new Sub(1), new Sub(2), new Sub(3)); //新增 3 个订阅者 pub.publish(); //发布者发布更新 // 1 // 4 // 9 |
首先有3个主体:发布者,主题对象,订阅者,其中发布者和主题对象是一对一的(某些其他场景可能一对多?),而主题对象和订阅者也是一对多的关系。发布者通过发布某个主题对象,主题对象更新并通知其所有的订阅者,然后每个订阅者执行update进行更新。
对于Vue,我们这里可以认为Vue实例中的data中的每一项属性是一个Dep,而所有用到这个属性的地方都是这个Dep的一个订阅者(sub),当这个属性值变化时,观察者通过监听捕获变化,告诉这个dep去notify每一个订阅者。
Observer ,Dep和Watcher
Observer、Watcher、Dep 是响应式原理中涉及到的 3 个重要的对象,可以说分别上面的发布者,主体对象,订阅者相对应。其关系可以简化为下图所示:
Observer对象
这个东西,字面意思是一个观察者,我个人理解就是上面所说的Object.defineProperty + 发布者的结合体,它的主要功能是做数据劫持,在数据获得更新的时候(拦截set方法),执行主题对象(Dep)的notify方法,通知所有的订阅者(Watcher)。
Observer类定义在src/core/observer/index.js中,先来看一下Observer的构造函数:
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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) } } |
value是需要被观察的数据对象,在构造函数中,会给value增加ob属性,作为数据已经被Observer观察的标志。如果value是数组,就使用observeArray遍历value,对value中每一个元素调用observe分别进行观察。如果value是对象,则使用walk遍历value上每个key,对每个key调用defineReactive来获得该key的set/get控制权。
在src/core/observer/index.js中还有几个方法,大致解释如下
- observeArray: 遍历数组,对数组的每个元素调用observe
- observe: 检查对象上是否有ob属性,如果存在,则表明该对象已经处于Observer的观察中,如果不存在,则new Observer来观察对象(其实还有一些判断逻辑,为了便于理解就不赘述了)
- walk: 遍历对象的每个key,对对象上每个key的数据调用defineReactive
- defineReactive: 通过Object.defineProperty设置对象的key属性,使得能够捕获到该属性值的set/get动作。一般是由Watcher的实例对象进行get操作,此时Watcher的实例对象将被自动添加到Dep实例的依赖数组中,在外部操作触发了set时,将通过Dep实例的notify来通知所有依赖的watcher进行更新。(后面详细介绍)
defineReactive方法如下,这是observer类的一个核心方法:
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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 } // cater for pre-defined getter/setters const getter = property && property.get const setter = property && property.set let childOb = !shallow && observe(val) 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) dep.notify() } }) } |
defineReactive 是对 Object.defineProperty 方法的包装,结合 observe 方法对数据项进行深入遍历,最终将所有的属性就转化为 getter 和 setter。至此,所有的数据都已经转换为 Observer 对象。即数据的读操作都会触发 getter 函数,写操作都会触发 setter 函数。
那走到这里,会有很多问题,比如Dep在哪?如何往Dep中添加订阅者?
Dep对象
Dep类定义在src/core/observer/dep.js中。
Dep是Observer与Watcher之间的纽带,也可以认为Dep是服务于Observer的订阅系统。Watcher订阅某个Observer的Dep,当Observer观察的数据发生变化时,通过Dep通知各个已经订阅的Watcher。其构造函数和主要方法如下。其中sub就是订阅者Watcher,在后文介绍:
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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() for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) { subs[i].update() } } } Dep.target = null |
Dep提供了如下几个方法:
- addSub: 接收的参数为Watcher实例,并把Watcher实例存入记录依赖的数组中
- removeSub: 与addSub对应,作用是将Watcher实例从记录依赖的数组中移除
- depend: Dep.target上存放这当前需要操作的Watcher实例,调用depend会调用该Watcher实例的addDep方法,addDep的功能可以看下面对Watcher的介绍
- notify: 通知依赖数组中所有的watcher进行更新操作
Watcher对象
Watcher类定义在src/core/observer/watcher.js。其构造函数如下:
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constructor ( vm: Component, expOrFn: string | Function, cb: Function, options?: ?Object, isRenderWatcher?: boolean ) { this.vm = vm if (isRenderWatcher) { vm._watcher = this } 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 for batching 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: "${expOrFn}" ` + 'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. ' + 'For full control, use a function instead.', vm ) } } this.value = this.lazy ? undefined : this.get() } |
watcher实例有这些方法:
- get: 将Dep.target设置为当前watcher实例,在内部调用this.getter,如果此时某个被Observer观察的数据对象被取值了,那么当前watcher实例将会自动订阅数据对象的Dep实例
- addDep: 接收参数dep(Dep实例),让当前watcher订阅dep
- cleanupDeps: 清除newDepIds和newDep上记录的对dep的订阅信息
- update: 立刻运行watcher或者将watcher加入队列中等待统一flush
- run: 运行watcher,调用this.get()求值,然后触发回调
- evaluate: 调用this.get()求值
- depend: 遍历this.deps,让当前watcher实例订阅所有dep
- teardown: 去除当前watcher实例所有的订阅
Observer,Dep,Watcher所有的代码都过一遍之后,再来回头看看究竟是如何添加订阅者的。说白了就是Dep中的this.subs = []方法如何添加相应的订阅者watcher的。在这里还应该列出两个重要的方法,watcher的get()方法:
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/** * Evaluate the getter, and re-collect dependencies. */ get () { pushTarget(this) let value const vm = this.vm try { value = this.getter.call(vm, vm) } catch (e) { if (this.user) { handleError(e, vm, `getter for watcher "${ this.expression}"`) } else { throw e } } finally { // "touch" every property so they are all tracked as // dependencies for deep watching if (this.deep) { traverse(value) } popTarget() this.cleanupDeps() } return value } /** * Add a dependency to this directive. */ 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) } } } |
我们在Dep中可以看到Dep在一开始定义了一个全局属性Dep.target,在新建watcher是,这个属性为null,而在watcher的构造函数中最后会执行自己的get()方法,进而执行pushTarget(this)方法,可以看到get()方法中做了一件事情:value = this.getter.call(vm, vm),然后popTarget()。Dep.target只是一个标记,存储当前的watcher实例,而执行这句话的意义在于触发Object.defineProperty中的get拦截,而在bject.defineProperty中的get那里,我们可以看到dep.depend(),正是在这里将当前的订阅者watcher绑定当Dep上。
也就是说,每个watcher第一次实例化的时候,都会作为订阅者订阅其相应的Dep。
而关于watcher何时进行实例化的问题,模板渲染初始化相关指令调用data中的属性,或者正常进行数据绑定时都会创建watcher实例。
PS: 在模板渲染过程中,vue1.x与vue2.x完全不同,1.x是利用documentFragment来实现,而2.x向react靠拢,加入了virtual dom,同时通过自己生产的render方法进行渲染,不过无论是那种方法,都会在初始时对所关联的data属性进行watcher实例化并且绑定watcher变化时的更新callback,确保data更新时会重新对相应的地方进行视图更新。
总结一下:
- 模板编译过程中的指令和数据绑定都会生成 Watcher 实例,watch 函数中的对象也会生成 Watcher 实例,在实例化的过程中,会调用 watcher.js 中的 get 函数 touch 这个 Watcher 的表达式或函数涉及的所有属性;
- touch 开始之前,Watcher 会设置 Dep 的静态属性 Dep.target 指向其自身,目的在于标记此watcher实例是第一次创建,需要添加到一个Dep中;
- touch 属性的过程中,属性的 getter 函数会被访问;
- 属性 getter 函数中会判断 Dep.target(target 中保存的是第 2 步中设置的 Watcher 实例)是否存在,若存在则将 getter 函数所在的 Observer 实例的 Dep 实例保存到 Watcher 的列表中,并在此 Dep 实例中添加 Watcher 为订阅者;
- 重复上述过程直至 Watcher 的表达式或函数涉及的所有属性均 touch 结束(即表达式或函数中所有的数据的 getter 函数都已被触发),Dep.target 被置为 null,此时已经将该watcher作为订阅者绑定到Dep中;
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