概览 vue 作为一种[MVVM]模式的框架, 其数据绑定的底层原理为:数据劫持 + 发布订阅者模式 。
其中主要有这么四种“角色” :Observer数据劫持, Dep数据收集, Watcer订阅者,以及 Compiler 模板编译器。
Observer (数据劫持) 核心是通过Obeject.defineProperty()来监听数据的变动,这个函数内部可以定义setter和getter。 每当数据发生变化,就会触发setter()。这时候 [Observer] 就要通过 Dep 通知 Watcher 订阅者。
发布订阅模式 主要是通过 Dep 和 Watcher 来完成。
Dep (发布者) 有 addWatcher () 和 notify () 两个方法,(收集 Watcher 依赖,并通知依赖变更)。 Dep 中存放着 Watcher 实例化时存放的所有依赖,是个数据集,当 Dep 收到来自 Observer 的数据变化通知时,Dep 会调用 notify() 方法去通知 Watcher 进行更新。
Watcher (订阅者)
渲染Watcher是一个组件实例只有一个,这样做是为了减少watcher实例所占用的内存开销。有一个 update () 方法,(订阅 Dep ,接收数据变更)。 Watcher 是 Observer 和 Compile 之间通信的桥梁,主要做的事情是:
在自身实例化时往 Dep 中添加自己;
当它收到来自 Dep 的数据变化通知后( Dep.notify() ),会调用自身的 update() 方法,并触发Compile中绑定的回调。
Compile Compile主要做的事情是解析模板指令,将模板中的变量替换成数据,然后初始化渲染页面视图,并将每个指令对应的节点绑定更新函数,添加监听数据的订阅者,一旦接收到数据有变动,收到通知,更新视图 。
响应式原理 数据劫持 在我们访问或者修改某个对象的某个属性的时候,通过一段代码进行拦截,然后进行额外的操作,返回结果。vue中双向数据绑定就是一个典型的应用。
简述: 遍历对象,通过Object.defineProperty为每个属性添加 getter 和 setter,进行数据劫持。getter 函数用于在数据读取时进行依赖收集,在对应的 dep 中存储所有的 watcher;setter 则是数据更新后通知所有的 watcher 进行更新。
Object.defineProperty() 和 Proxy 对象,都可以用来对数据的劫持操作。
Vue2.x 是使用 Object.defindProperty(),来实现对对象的监听。
Vue3.x 版本之后就改用Proxy实现。
Object.defineProperty() 方法会直接在一个对象上定义一个新属性,或者修改一个对象的现有属性,并返回此对象。
当把一个普通的 JavaScript 对象传入 Vue 实例作为 data 选项,Vue 将遍历此对象所有的 property,并使用 Object.defineProperty 把这些 property 全部转为 getter/setter。简单理解就是在data和用户之间做了一层代理中间层,在vue initData的时候,将_data上面的数据代理到vm上,通过observer类将所有的data变成可观察的,及对data定义的每一个属性进行getter\setter操作,这就是Vue实现响应式的基础。
Vue数据响应式变化主要涉及 Observer, Watcher , Dep 这三个主要的类。因此要弄清Vue响应式变化需要明白这个三个类之间是如何运作联系的;以及它们的原理,负责的逻辑操作。
Observer Object.defineProperty的用法
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 const obj = {} let val = 1 Object.defineProperty(obj, a, { get() { // 下文中该方法统称为getter console.log('get property a') return val }, set(newVal) { // 下文中该方法统称为setter if (val === newVal) return console.log(`set property a -> ${newVal}`) val = newVal } })
当我们访问obj.a时,打印get property a并返回1,obj.a = 2设置新的值时,打印set property a -> 2。这相当于我们自定义了obj.a取值和赋值的行为,使用自定义的getter和setter来重写了原有的行为,这也就是数据劫持的含义。
但是上面的代码有一个问题:我们需要一个全局的变量来保存这个属性的值,因此,我们可以用下面的写法(闭包)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 // value使用了参数默认值 function defineReactive(data, key, value = data[key]) { Object.defineProperty(data, key, { get: function reactiveGetter() { return value }, set: function reactiveSetter(newValue) { if (newValue === value) return value = newValue } }) } defineReactive(obj, a, 1)
如果obj有多个属性呢?我们可以新建一个类Observer来遍历该对象
Observer类是将每个目标对象(即data)的键值转换成getter/setter形式,用于进行依赖收集以及调度更新。那么在vue这个类是如何实现的:
1、observer实例绑定在data的ob属性上面,防止重复绑定;
2、若data为数组,先实现对应的[变异方法](Vue重写了数组的7种原生方法)再将数组的每个成员进行observe,使之成响应式数据;
3、否则执行walk()方法,遍历data所有的数据,进行getter/setter绑定。这里的核心方法就是 defineReative(obj, keys[i], obj[keys[i]])
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 class Observer { constructor(value) { this.value = value this.walk() } walk() { Object.keys(this.value).forEach((key) => defineReactive(this.value, key)) } } const obj = { a: 1, b: 2 } new Observer(obj)
如果obj内有嵌套的属性呢?我们可以使用递归来完成嵌套属性的数据劫持
vue采用递归的思想在defineReactive函数中在执行一次observer函数就行,递归将对象在遍历一次获取key/value值
同样在设置值的时候可能会把name也设置成一个对象,因此在data值更新的时候也需要进行判断深度监听
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 执行observe(obj) ├── new Observer(obj),并执行this.walk()遍历obj的属性,执行defineReactive() ├── defineReactive(obj, a) ├── 执行observe(obj.a) 发现obj.a不是对象,直接返回 ├── 执行defineReactive(obj, a) 的剩余代码 ├── defineReactive(obj, b) ├── 执行observe(obj.b) 发现obj.b是对象 ├── 执行 new Observer(obj.b),遍历obj.b的属性,执行defineReactive() ├── 执行defineReactive(obj.b, c) ├── 执行observe(obj.b.c) 发现obj.b.c不是对象,直接返回 ├── 执行defineReactive(obj.b, c)的剩余代码 ├── 执行defineReactive(obj, b)的剩余代码 代码执行结束
这就是简单的一个Observer类,这也是vue响应式的基本原理。但我们都知道 object.defineproperty的存在一些缺点:
1、对于复杂的对象需要深度监听,递归到底,一次性计算量大;
2、无法监听新增属性/删除属性(Vue.set Vue.delete);
3、无法监听数组,需特殊处理,也就是上面说的变异方法;
vue数组的监听 object.defineproperty对数组是不起作用的(因为未对数组每一项进行数据劫持),那么在vue中又是如何去监听数组的变化,其实Vue 将被侦听的数组的变更方法进行了包裹。接下来将用简单代码演示:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 // 防止全局污染,重新定义数组原型 const oldArrayProperty = Array.prototype // 创建新对象,原型指向oldArrayProperty const arrProto = Object.create(oldArrayProperty); ['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice'].forEach(methodName => { arrProto[methodName] = function () { // 在定义数组的方法 updateView() oldArrayProperty[methodName].call(this, ...arguments) // 实际执行数组的方法 } }) // 在Observer函数中对数组进行处理 if (Array.isArray(value)) { value.__proto__ = arrProto }
从代码中看到,在Observer函数有一层对数组进行拦截,将数组的__proto__指向了一个arrProto,arrProto是一个对象,这个对象指向数组的原型,因此arrProto拥有了数组原型上的方法,然后在这对象上重新自定义了数组的7中方法将其包裹,但又不会影响数组原型的方法,这就是变异,再将数组的每个成员进行observe,使之成响应式数据。
数据代理 vm 拿到data中的数据后,放在了vm里的_data中。实际上data就是_data。vm中的age代理了_data中的age。读取vm.age时,调用get方法,读取了_data中的age。修改了vm中的age时,就会调用set方法去修改_data中的age。估计会有人想为什么要多此一举呢?其实,如果不做代理,那么在{{ }}中就要这样写了{{_data.xxx}},会很麻烦。
依赖收集与派发更新
为了提高代码执行效率,我们没有必要对其进行响应式处理,因此,依赖收集简单理解就是收集只在实际页面中用到的data数据,那么Vue是如何进行依赖收集的,这也就是要讲的Watcher、Dep类了。
依赖 Watcher 类可以如下实现
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需要有一个数组来存储watcher
watcher实例需要订阅(依赖)数据,也就是获取依赖或者收集依赖
watcher的依赖发生变化时触发watcher的回调函数,也就是派发更新。
每个数据都应该维护一个属于自己的数组,该数组来存放依赖自己的watcher,我们可以在defineReactive中定义一个数组dep,这样通过闭包,每个属性就能拥有一个属于自己的dep
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 function defineReactive(data, key, value = data[key]) { const dep = [] // 增加 observe(value) Object.defineProperty(data, key, { get: function reactiveGetter() { return value }, set: function reactiveSetter(newValue) { if (newValue === value) return value = newValue observe(newValue) dep.notify() } }) }
依赖收集 页面的初次渲染过程中(暂时忽略渲染函数和虚拟DOM等部分):渲染引擎会解析模板,比如引擎遇到了一个插值表达式,如果我们此时实例化一个watcher,会发生什么事情呢?从Watcher的代码中可以看到,实例化时会执行get方法,get方法的作用就是获取自己依赖的数据,而我们重写了数据的访问行为,为每个数据定义了getter,因此getter函数就会执行,如果我们在getter中把当前的watcher添加到dep数组中(淘宝低登记买家信息),就能够完成依赖收集了
1 2 3 注意:执行到getter时,new Watcher()的get方法还没有执行完毕。 new Watcher()时执行constructor,调用了实例的get方法,实例的get方法会读取数据的值,从而触发了数据的getter, getter执行完毕后,实例的get方法执行完毕,并返回值,constructor执行完毕,实例化完毕。
通过上面的分析,我们只需要对getter进行一些修改:
1 2 3 4 get: function reactiveGetter() { dep.push(watcher) // 新增 return value }
watcher这个变量从哪里来呢?我们是在模板编译函数中的实例化watcher的,getter中取不到这个实例啊。解决方法也很简单,将watcher实例放到全局不就行了吗,比如放到window.target上。因此,Watcher的get方法做如下修改
1 2 3 4 5 get() { window.target = this // 新增 const value = parsePath(this.data, this.expression) return value }
这样,将get方法中的dep.push(watcher)修改为dep.push(window.target)即可。
注意,不能这样写window.target = new Watcher()。因为执行到getter的时候,实例化watcher还没有完成,所以window.target还是undefined
依赖收集过程:渲染页面时碰到插值表达式,v-bind等需要数据等地方,会实例化一个watcher,实例化watcher就会对依赖的数据求值,从而触发getter,数据的getter函数就会添加依赖自己的watcher,从而完成依赖收集。我们可以理解为watcher在收集依赖,而代码的实现方式是在数据中存储依赖自己的watcher
利用这种方法,每遇到一个插值表达式就会新建一个watcher,这样每个节点就会对应一个watcher。实际上这是vue1.x的做法,以节点为单位进行更新,粒度较细。而vue2.x的做法是每个组件对应一个watcher,实例化watcher时传入的也不再是一个expression,而是渲染函数,渲染函数由组件的模板转化而来,这样一个组件的watcher就能收集到自己的所有依赖,以组件为单位进行更新,是一种中等粒度的方式。要实现vue2.x的响应式系统涉及到很多其他的东西,比如组件化,虚拟DOM等,而这个系列文章只专注于数据响应式的原理,因此不能实现vue2.x,但是两者关于响应式的方面,原理相同。
派发更新 实现依赖收集后,我们最后要实现的功能是派发更新,也就是依赖变化时触发watcher的回调。从依赖收集部分我们知道,获取哪个数据,也就是说触发哪个数据的getter,就说明watcher依赖哪个数据,那数据变化的时候如何通知watcher呢?在setter中派发更新。
1 2 3 4 5 6 set: function reactiveSetter(newValue) { if (newValue === value) return value = newValue observe(newValue) dep.forEach(d => d.update()) // 新增 update方法见Watcher类 }
优化代码 Dep类 将dep数组抽象为一个类:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 class Dep { constructor() { this.subs = [] } depend() { this.addSub(Dep.target) } notify() { const subs = [...this.subs] subs.forEach((s) => s.update()) } addSub(sub) { this.subs.push(sub) } }
defineReactive函数只需做相应的修改
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 function defineReactive(data, key, value = data[key]) { const dep = new Dep() // 修改 observe(value) Object.defineProperty(data, key, { get: function reactiveGetter() { dep.depend() // 修改 return value }, set: function reactiveSetter(newValue) { if (newValue === value) return value = newValue observe(newValue) dep.notify() // 修改 } }) }
window.target 在watcher的get方法中
1 2 3 4 5 get() { window.target = this // 设置了window.target const value = parsePath(this.data, this.expression) return value }
我们没有重置window.target。有些同学可能认为这没什么问题,但是考虑如下场景:有一个对象obj: { a: 1, b: 2 }我们先实例化了一个watcher1,watcher1依赖obj.a,那么window.target就是watcher1。之后我们访问了obj.b,会发生什么呢?访问obj.b会触发obj.b的getter,getter会调用dep.depend(),那么obj.b的dep就会收集window.target, 也就是watcher1,这就导致watcher1依赖了obj.b,但事实并非如此。为解决这个问题,我们做如下修改:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 // Watcher的get方法 get() { window.target = this const value = parsePath(this.data, this.expression) window.target = null // 新增,求值完毕后重置window.target return value } // Dep的depend方法 depend() { if (Dep.target) { // 新增 this.addSub(Dep.target) } }
通过上面的分析能够看出,window.target的含义就是当前执行上下文中的watcher实例。由于js单线程的特性,同一时刻只有一个watcher的代码在执行,因此window.target就是当前正在处于实例化过程中的watcher
update方法 update方法如下:
1 2 3 4 update() { this.value = parsePath(this.data, this.expression) this.cb() }
回顾一下vm.$watch方法,我们可以在定义的回调中访问this,并且该回调可以接收到监听数据的新值和旧值,因此做如下修改
1 2 3 4 5 update() { const oldValue = this.value this.value = parsePath(this.data, this.expression) this.cb.call(this.data, this.value, oldValue) }
Vue源码 在Vue源码–56行 中,我们会看到这样一个变量:targetStack,看起来好像和我们的window.target有点关系,没错,确实有关系。设想一个这样的场景:我们有两个嵌套的父子组件,渲染父组件时会新建一个父组件的watcher,渲染过程中发现还有子组件,就会开始渲染子组件,也会新建一个子组件的watcher。在我们的实现中,新建父组件watcher时,window.target会指向父组件watcher,之后新建子组件watcher,window.target将被子组件watcher覆盖,子组件渲染完毕,回到父组件watcher时,window.target变成了null,这就会出现问题,因此,我们用一个栈结构来保存watcher。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 const targetStack = [] function pushTarget(_target) { targetStack.push(window.target) window.target = _target } function popTarget() { window.target = targetStack.pop() }
Watcher的get方法做如下修改
1 2 3 4 5 6 get() { pushTarget(this) // 修改 const value = parsePath(this.data, this.expression) popTarget() // 修改 return value }
此外,Vue中使用Dep.target而不是window.target来保存当前的watcher,这一点影响不大,只要能保证有一个全局唯一的变量来保存当前的watcher即可
代码总结 被Observer的data在触发 getter 时,Dep 就会收集依赖,然后打上标记,这里就是标记为Dep.target
Watcher是一个观察者对象。依赖收集以后的watcher对象被保存在Dep的subs中,数据变动的时候Dep会通知watcher实例,然后由watcher实例回调cb进行视图更新。
Watcher可以接受多个订阅者的订阅,当有data变动时,就会通过 Dep 给 Watcher 发通知进行更新。
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注意事项 闭包 Vue能够实现如此强大的功能,离不开闭包的功劳:在defineReactive中就形成了闭包,这样每个对象的每个属性就能保存自己的值value和依赖对象dep。
只要触发getter就会收集依赖吗 答案是否定的。在Dep的depend方法中,我们看到,只有Dep.target为真时才会添加依赖。比如在派发更新时会触发watcher的update方法,该方法也会触发parsePath来取值,但是此时的Dep.target为null,不会添加依赖。仔细观察可以发现,只有watcher的get方法中会调用pushTarget(this)来对Dep.target赋值,其他时候Dep.target都是null,而get方法只会在实例化watcher的时候调用,因此,在我们的实现中,一个watcher的依赖在其实例化时就已经确定了,之后任何读取值的操作均不会增加依赖。
依赖嵌套的对象属性 1 2 3 let w2 = new Watcher(obj, 'b.m.n', (val, oldVal) => { console.log(`obj.b.m.n 从 ${oldVal}(oldVal) 变成了 ${val}(newVal)`) })
w2会依赖obj.b.m.n, 但是w2会依赖obj.b, obj.b.m吗?或者说,obj.b,和obj.b.m,它们闭包中保存的dep中会有w2吗?答案是会。我们先不从代码角度分析,设想一下,如果我们让obj.b = null,那么很显然w2的回调函数应该被触发,这就说明w2会依赖中间层级的对象属性。
接下来我们从代码层面分析一下:new Watcher()时,会调用watcher的get方法,将Dep.target设置为w2,get方法会调用parsePath来取值,我们来看一下取值的具体过程:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 function parsePath(obj, expression) { const segments = expression.split('.') // 先将表达式分割,segments:['b', 'm', 'n'] // 循环取值 for (let key of segments) { if (!obj) return obj = obj[key] } return obj }
局部变量obj为对象obj,读取obj.b的值,触发getter,触发dep.depend()(该dep是obj.b的闭包中的dep),Dep.target存在,添加依赖
局部变量obj为obj.b,读取obj.b.m的值,触发getter,触发dep.depend()(该dep是obj.b.m的闭包中的dep),Dep.target存在,添加依赖
局部变量obj为对象obj.b.m,读取obj.b.m.n的值,触发getter,触发dep.depend()(该dep是obj.b.m.n的闭包中的dep),Dep.target存在,添加依赖
从上面的代码可以看出,w2会依赖与目标属性相关的每一项,这也是符合逻辑的。
总结 总结一、
在Vue中模版编译过程中的指令或者数据绑定都会实例化一个Watcher实例,实例化过程中会触发get()将自身指向Dep.target;
data在Observer时执行getter会触发dep.depend()进行依赖收集,
当data中被 Observer的某个对象值变化后,触发subs中观察它的watcher执行 update() 方法,最后实际上是调用watcher的回调函数cb,进而更新视图。
总结二、
调用observe(obj),将obj设置为响应式对象,observe函数,Observe, defineReactive函数三者互相调用,从而递归地将obj设置为响应式对象
渲染页面时实例化watcher,这个过程会读取依赖数据的值,从而完成在getter中获取依赖
依赖变化时触发setter,从而派发更新,执行回调,完成在setter中派发更新
【源码目录结构】 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 ├─ .circleci // 包含CircleCI持续集成/持续部署工具的配置文件 ├─ .github // 项目相关的说明文档,上面的说明文档就在此文件夹 ├─ benchmarks // 基准,性能测试文件,Vue的跑分demo,比如大数据量的table或者渲染大量SVG ├─ dist // 构建后输出的不同版本Vue文件(UMD、CommonJS、ES 生产和开发包) ├─ examples // 部分示例,用Vue写的一些小demo ├─ flow // flow 因为Vue使用了 [Flow](https://flow.org/) 来进行静态类型检查,静态类型检查类型声明文件 ├─ packages // 包含服务端渲染和模板编译器两种不同的NPM包,是提供给不同使用场景使用的 ├─ scripts // 存放npm脚本配置文件,结合webpack、rollup进行编译、测试、构建等操作(使用者不需要关心) │ ├─ alias.js // 模块导入所有源代码和测试中使用的别名 │ ├─ config.js // 包含在'dist/`中找到的所有文件的生成配置 │ ├─ build.js // 对 config.js 中所有的rollup配置进行构建 ├─ src // 主要源码所在位置,核心内容 │ ├─ compiler // 解析模版相关 │ ├─ codegen // 把AST转换为Render函数 │ ├─ directives // 通用生成Render函数之前需要处理的指令 │ ├─ parser // 解析模版成AST │ ├─ core // Vue核心代码,包括内置组件,全局API封装,Vue 实例化,观察者,虚拟DOM, 工具函数等等。 │ ├─ components // 组件相关属性,主要是Keep-Alive │ ├─ global-api // Vue全局API,如Vue.use,Vue.extend,Vue.mixin等 │ ├─ instance // 实例化相关内容,生命周期、事件等 │ ├─ observer // 响应式核心目录,双向数据绑定相关文件 │ ├─ util // 工具方法 │ └─ vdom // 包含虚拟DOM 创建(creation)和打补丁(patching) 的代码 │ ├─ platforms // 和平台相关的内容,Vue.js 是一个跨平台的MVVM 框架(web、native、weex) │ ├─ web // web端 │ ├─ compiler // web端编译相关代码,用来编译模版成render函数basic.js │ ├─ runtime // web端运行时相关代码,用于创建Vue实例等 │ ├─ server // 服务端渲染 │ └─ util // 相关工具类 │ └─ weex // 基于通用跨平台的 Web 开发语言和开发经验,来构建 Android、iOS 和 Web 应用 │ ├─ server // 服务端渲染(ssr) │ ├─ sfc // 转换单文件组件(*.vue) │ └─ shared // 全局共享的方法和常量 ├─ test // test 测试用例 ├─ types // Vue新版本支持TypeScript,主要是TypeScript类型声明文件 ├─ node_modules // npm包存放目录 |-- .babelrc.js // babel配置 |-- .editorconfig // 文本编码样式配置文件 |-- .eslintignore // eslint校验忽略文件 |-- .eslintrc.js // eslint配置文件 |-- .flowconfig // flow配置文件 |-- .gitignore // Git提交忽略文件配置 |-- BACKERS.md // 赞助者信息文件 |-- LICENSE // 项目开源协议 |-- package.json // 依赖 |-- README.md // 说明文件 |-- yarn.lock // yarn版本锁定文件
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