面试官系列(4): 实现双向绑定Proxy比defineproperty优劣如何?

往期

前言

双向绑定其实已经是一个老掉牙的问题了,只要涉及到MVVM框架就不得不谈的知识点,但它毕竟是Vue的三要素之一.

Vue三要素

响应式: 例如如何监听数据变化,其中的实现方法就是我们提到的双向绑定
模板引擎: 如何解析模板
渲染: Vue如何将监听到的数据变化和解析后的HTML进行渲染

可以实现双向绑定的方法有很多,KnockoutJS基于观察者模式的双向绑定,Ember基于数据模型的双向绑定,Angular基于脏检查的双向绑定,本篇文章我们重点讲面试中常见的基于数据劫持的双向绑定。

常见的基于数据劫持的双向绑定有两种实现,一个是目前Vue在用的Object.defineProperty,另一个是ES2015中新增的Proxy,而Vue的作者宣称将在Vue3.0版本后加入Proxy从而代替Object.defineProperty,通过本文你也可以知道为什么Vue未来会选择Proxy。

严格来讲Proxy应该被称为『代理』而非『劫持』,不过由于作用有很多相似之处,我们在下文中就不再做区分,统一叫『劫持』。

我们可以通过下图清楚看到以上两种方法在双向绑定体系中的关系.

基于数据劫持的当然还有已经凉透的Object.observe方法,已被废弃。

提前声明: 我们没有对传入的参数进行及时判断而规避错误,仅仅对核心方法进行了实现.

文章目录

基于数据劫持实现的双向绑定的特点
基于Object.defineProperty双向绑定的特点
基于Proxy双向绑定的特点

1.基于数据劫持实现的双向绑定的特点

1.1 什么是数据劫持

数据劫持比较好理解,通常我们利用Object.defineProperty劫持对象的访问器,在属性值发生变化时我们可以获取变化,从而进行进一步操作。

// 这是将要被劫持的对象
const data = {
  name: '',
};

function say(name) {
  if (name === '古天乐') {
    console.log('给大家推荐一款超好玩的游戏');
  } else if (name === '渣渣辉') {
    console.log('戏我演过很多,可游戏我只玩贪玩懒月');
  } else {
    console.log('来做我的兄弟');
  }
}

// 遍历对象,对其属性值进行劫持
Object.keys(data).forEach(function(key) {
  Object.defineProperty(data, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function() {
      console.log('get');
    },
    set: function(newVal) {
      // 当属性值发生变化时我们可以进行额外操作
      console.log(`大家好,我系${newVal}`);
      say(newVal);
    },
  });
});

data.name = '渣渣辉';
//大家好,我系渣渣辉
//戏我演过很多,可游戏我只玩贪玩懒月

1.2 数据劫持的优势

目前业界分为两个大的流派,一个是以React为首的单向数据绑定,另一个是以Angular、Vue为主的双向数据绑定。

其实三大框架都是既可以双向绑定也可以单向绑定,比如React可以手动绑定onChange和value实现双向绑定,也可以调用一些双向绑定库,Vue也加入了props这种单向流的api,不过都并非主流卖点。

单向或者双向的优劣不在我们的讨论范围,我们需要讨论一下对比其他双向绑定的实现方法,数据劫持的优势所在。

无需显示调用: 例如Vue运用数据劫持+发布订阅,直接可以通知变化并驱动视图,上面的例子也是比较简单的实现data.name = '渣渣辉'后直接触发变更,而比如Angular的脏检测则需要显示调用markForCheck(可以用zone.js避免显示调用,不展开),react需要显示调用setState。
可精确得知变化数据：还是上面的小例子，我们劫持了属性的setter,当属性值改变,我们可以精确获知变化的内容newVal,因此在这部分不需要额外的diff操作,否则我们只知道数据发生了变化而不知道具体哪些数据变化了,这个时候需要大量diff来找出变化值,这是额外性能损耗。

1.3 基于数据劫持双向绑定的实现思路

数据劫持是双向绑定各种方案中比较流行的一种,最著名的实现就是Vue。

基于数据劫持的双向绑定离不开Proxy与Object.defineProperty等方法对对象/对象属性的"劫持",我们要实现一个完整的双向绑定需要以下几个要点。

利用Proxy或Object.defineProperty生成的Observer针对对象/对象的属性进行"劫持",在属性发生变化后通知订阅者
解析器Compile解析模板中的Directive(指令)，收集指令所依赖的方法和数据,等待数据变化然后进行渲染
Watcher属于Observer和Compile桥梁,它将接收到的Observer产生的数据变化,并根据Compile提供的指令进行视图渲染,使得数据变化促使视图变化

我们看到，虽然Vue运用了数据劫持，但是依然离不开发布订阅的模式，之所以在系列2做了Event Bus的实现,就是因为我们不管在学习一些框架的原理还是一些流行库（例如Redux、Vuex）,基本上都离不开发布订阅模式,而Event模块则是此模式的经典实现,所以如果不熟悉发布订阅模式,建议读一下系列2的文章。

2.基于Object.defineProperty双向绑定的特点

关于Object.defineProperty的文章在网络上已经汗牛充栋,我们不想花过多时间在Object.defineProperty上面,本节我们主要讲解Object.defineProperty的特点,方便接下来与Proxy进行对比。

对Object.defineProperty还不了解的请阅读文档

两年前就有人写过基于Object.defineProperty实现的文章,想深入理解Object.defineProperty实现的推荐阅读,本文也做了相关参考。

上面我们推荐的文章为比较完整的实现(400行代码),我们在本节只提供一个极简版(20行)和一个简化版(150行)的实现,读者可以循序渐进地阅读。

2.1 极简版的双向绑定

我们都知道,Object.defineProperty的作用就是劫持一个对象的属性,通常我们对属性的getter和setter方法进行劫持,在对象的属性发生变化时进行特定的操作。

我们就对对象obj的text属性进行劫持,在获取此属性的值时打印'get val',在更改属性值的时候对DOM进行操作,这就是一个极简的双向绑定。

const obj = {};
Object.defineProperty(obj, 'text', {
  get: function() {
    console.log('get val');&emsp;
  },
  set: function(newVal) {
    console.log('set val:' + newVal);
    document.getElementById('input').value = newVal;
    document.getElementById('span').innerHTML = newVal;
  }
});

const input = document.getElementById('input');
input.addEventListener('keyup', function(e){
  obj.text = e.target.value;
})

在线示例极简版双向绑定 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

2.2 升级改造

我们很快会发现，这个所谓的双向绑定貌似并没有什么乱用。。。

原因如下:

我们只监听了一个属性,一个对象不可能只有一个属性,我们需要对对象每个属性进行监听。
违反开放封闭原则,我们如果了解开放封闭原则的话,上述代码是明显违反此原则,我们每次修改都需要进入方法内部,这是需要坚决杜绝的。
代码耦合严重,我们的数据、方法和DOM都是耦合在一起的，就是传说中的面条代码。

那么如何解决上述问题？

Vue的操作就是加入了发布订阅模式，结合Object.defineProperty的劫持能力，实现了可用性很高的双向绑定。

首先，我们以发布订阅的角度看我们第一部分写的那一坨代码,会发现它的监听、发布和订阅都是写在一起的,我们首先要做的就是解耦。

我们先实现一个订阅发布中心，即消息管理员（Dep）,它负责储存订阅者和消息的分发,不管是订阅者还是发布者都需要依赖于它。

  let uid = 0;
  // 用于储存订阅者并发布消息
  class Dep {
    constructor() {
      // 设置id,用于区分新Watcher和只改变属性值后新产生的Watcher
      this.id = uid++;
      // 储存订阅者的数组
      this.subs = [];
    }
    // 触发target上的Watcher中的addDep方法,参数为dep的实例本身
    depend() {
      Dep.target.addDep(this);
    }
    // 添加订阅者
    addSub(sub) {
      this.subs.push(sub);
    }
    notify() {
      // 通知所有的订阅者(Watcher)，触发订阅者的相应逻辑处理
      this.subs.forEach(sub => sub.update());
    }
  }
  // 为Dep类设置一个静态属性,默认为null,工作时指向当前的Watcher
  Dep.target = null;

现在我们需要实现监听者(Observer),用于监听属性值的变化。

// 监听者,监听对象属性值的变化
  class Observer {
    constructor(value) {
      this.value = value;
      this.walk(value);
    }
    // 遍历属性值并监听
    walk(value) {
      Object.keys(value).forEach(key => this.convert(key, value[key]));
    }
    // 执行监听的具体方法
    convert(key, val) {
      defineReactive(this.value, key, val);
    }
  }

  function defineReactive(obj, key, val) {
    const dep = new Dep();
    // 给当前属性的值添加监听
    let chlidOb = observe(val);
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get: () => {
        // 如果Dep类存在target属性，将其添加到dep实例的subs数组中
        // target指向一个Watcher实例，每个Watcher都是一个订阅者
        // Watcher实例在实例化过程中，会读取data中的某个属性，从而触发当前get方法
        if (Dep.target) {
          dep.depend();
        }
        return val;
      },
      set: newVal => {
        if (val === newVal) return;
        val = newVal;
        // 对新值进行监听
        chlidOb = observe(newVal);
        // 通知所有订阅者，数值被改变了
        dep.notify();
      },
    });
  }

  function observe(value) {
    // 当值不存在，或者不是复杂数据类型时，不再需要继续深入监听
    if (!value || typeof value !== 'object') {
      return;
    }
    return new Observer(value);
  }

那么接下来就简单了,我们需要实现一个订阅者(Watcher)。

  class Watcher {
    constructor(vm, expOrFn, cb) {
      this.depIds = {}; // hash储存订阅者的id,避免重复的订阅者
      this.vm = vm; // 被订阅的数据一定来自于当前Vue实例
      this.cb = cb; // 当数据更新时想要做的事情
      this.expOrFn = expOrFn; // 被订阅的数据
      this.val = this.get(); // 维护更新之前的数据
    }
    // 对外暴露的接口，用于在订阅的数据被更新时，由订阅者管理员(Dep)调用
    update() {
      this.run();
    }
    addDep(dep) {
      // 如果在depIds的hash中没有当前的id,可以判断是新Watcher,因此可以添加到dep的数组中储存
      // 此判断是避免同id的Watcher被多次储存
      if (!this.depIds.hasOwnProperty(dep.id)) {
        dep.addSub(this);
        this.depIds[dep.id] = dep;
      }
    }
    run() {
      const val = this.get();
      console.log(val);
      if (val !== this.val) {
        this.val = val;
        this.cb.call(this.vm, val);
      }
    }
    get() {
      // 当前订阅者(Watcher)读取被订阅数据的最新更新后的值时，通知订阅者管理员收集当前订阅者
      Dep.target = this;
      const val = this.vm._data[this.expOrFn];
      // 置空，用于下一个Watcher使用
      Dep.target = null;
      return val;
    }
  }

那么我们最后完成Vue,将上述方法挂载在Vue上。

  class Vue {
    constructor(options = {}) {
      // 简化了$options的处理
      this.$options = options;
      // 简化了对data的处理
      let data = (this._data = this.$options.data);
      // 将所有data最外层属性代理到Vue实例上
      Object.keys(data).forEach(key => this._proxy(key));
      // 监听数据
      observe(data);
    }
    // 对外暴露调用订阅者的接口，内部主要在指令中使用订阅者
    $watch(expOrFn, cb) {
      new Watcher(this, expOrFn, cb);
    }
    _proxy(key) {
      Object.defineProperty(this, key, {
        configurable: true,
        enumerable: true,
        get: () => this._data[key],
        set: val => {
          this._data[key] = val;
        },
      });
    }
  }

看下效果:

在线示例双向绑定实现---无漏洞版 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

至此,一个简单的双向绑定算是被我们实现了。

2.3 Object.defineProperty的缺陷

其实我们升级版的双向绑定依然存在漏洞,比如我们将属性值改为数组。

let demo = new Vue({
  data: {
    list: [1],
  },
});

const list = document.getElementById('list');
const btn = document.getElementById('btn');

btn.addEventListener('click', function() {
  demo.list.push(1);
});


const render = arr => {
  const fragment = document.createDocumentFragment();
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    const li = document.createElement('li');
    li.textContent = arr[i];
    fragment.appendChild(li);
  }
  list.appendChild(fragment);
};

// 监听数组,每次数组变化则触发渲染函数,然而...无法监听
demo.$watch('list', list => render(list));

setTimeout(
  function() {
    alert(demo.list);
  },
  5000,
);

在线示例双向绑定-数组漏洞 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

是的,Object.defineProperty的第一个缺陷,无法监听数组变化。然而Vue的文档提到了Vue是可以检测到数组变化的，但是只有以下八种方法,vm.items[indexOfItem] = newValue这种是无法检测的。

push()
pop()
shift()
unshift()
splice()
sort()
reverse()

其实作者在这里用了一些奇技淫巧,把无法监听数组的情况hack掉了,以下是方法示例。

const aryMethods = ['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice', 'sort', 'reverse'];
const arrayAugmentations = [];

aryMethods.forEach((method)=> {

    // 这里是原生Array的原型方法
    let original = Array.prototype[method];

   // 将push, pop等封装好的方法定义在对象arrayAugmentations的属性上
   // 注意：是属性而非原型属性
    arrayAugmentations[method] = function () {
        console.log('我被改变啦!');

        // 调用对应的原生方法并返回结果
        return original.apply(this, arguments);
    };

});

let list = ['a', 'b', 'c'];
// 将我们要监听的数组的原型指针指向上面定义的空数组对象
// 别忘了这个空数组的属性上定义了我们封装好的push等方法
list.__proto__ = arrayAugmentations;
list.push('d');  // 我被改变啦！ 4

// 这里的list2没有被重新定义原型指针，所以就正常输出
let list2 = ['a', 'b', 'c'];
list2.push('d');  // 4

由于只针对了八种方法进行了hack,所以其他数组的属性也是检测不到的,其中的坑很多,可以阅读上面提到的文档。

我们应该注意到在上文中的实现里,我们多次用遍历方法遍历对象的属性，这就引出了Object.defineProperty的第二个缺陷,只能劫持对象的属性,因此我们需要对每个对象的每个属性进行遍历，如果属性值也是对象那么需要深度遍历,显然能劫持一个完整的对象是更好的选择。

Object.keys(value).forEach(key => this.convert(key, value[key]));

3.Proxy实现的双向绑定的特点

Proxy在ES2015规范中被正式发布,它在目标对象之前架设一层“拦截”，外界对该对象的访问，都必须先通过这层拦截，因此提供了一种机制，可以对外界的访问进行过滤和改写,我们可以这样认为,Proxy是Object.defineProperty的全方位加强版,具体的文档可以查看此处;

3.1 Proxy可以直接监听对象而非属性

我们还是以上文中用Object.defineProperty实现的极简版双向绑定为例,用Proxy进行改写。

const input = document.getElementById('input');
const p = document.getElementById('p');
const obj = {};

const newObj = new Proxy(obj, {
  get: function(target, key, receiver) {
    console.log(`getting ${key}!`);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function(target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key === 'text') {
      input.value = value;
      p.innerHTML = value;
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

input.addEventListener('keyup', function(e) {
  newObj.text = e.target.value;
});

在线示例 Proxy版 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

我们可以看到,Proxy直接可以劫持整个对象,并返回一个新对象,不管是操作便利程度还是底层功能上都远强于Object.defineProperty。

3.2 Proxy可以直接监听数组的变化

当我们对数组进行操作(push、shift、splice等)时，会触发对应的方法名称和length的变化，我们可以借此进行操作,以上文中Object.defineProperty无法生效的列表渲染为例。

const list = document.getElementById('list');
const btn = document.getElementById('btn');

// 渲染列表
const Render = {
  // 初始化
  init: function(arr) {
    const fragment = document.createDocumentFragment();
    for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
      const li = document.createElement('li');
      li.textContent = arr[i];
      fragment.appendChild(li);
    }
    list.appendChild(fragment);
  },
  // 我们只考虑了增加的情况,仅作为示例
  change: function(val) {
    const li = document.createElement('li');
    li.textContent = val;
    list.appendChild(li);
  },
};

// 初始数组
const arr = [1, 2, 3, 4];

// 监听数组
const newArr = new Proxy(arr, {
  get: function(target, key, receiver) {
    console.log(key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function(target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key !== 'length') {
      Render.change(value);
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

// 初始化
window.onload = function() {
    Render.init(arr);
}

// push数字
btn.addEventListener('click', function() {
  newArr.push(6);
});

在线示例 Proxy列表渲染 by Iwobi (@xiaomuzhu) on CodePen.

很显然,Proxy不需要那么多hack（即使hack也无法完美实现监听）就可以无压力监听数组的变化,我们都知道,标准永远优先于hack。

3.3 Proxy的其他优势

Proxy有多达13种拦截方法,不限于apply、ownKeys、deleteProperty、has等等是Object.defineProperty不具备的。

Proxy返回的是一个新对象,我们可以只操作新的对象达到目的,而Object.defineProperty只能遍历对象属性直接修改。

Proxy作为新标准将受到浏览器厂商重点持续的性能优化，也就是传说中的新标准的性能红利。

当然,Proxy的劣势就是兼容性问题,而且无法用polyfill磨平,因此Vue的作者才声明需要等到下个大版本(3.0)才能用Proxy重写。

下期预告

下期准备一篇我们主要讲为什么我们需要前端框架，或者换几种问法，对于此项目你为什么选择Angular、Vue、React等框架，而不是直接JQuery或者js?不使用框架可能遇到什么问题？使用框架的优势在哪里?框架解决了JQuery解决不了的什么问题?

这个问题是电面神器,问题开放性很好,也不需要面对面抠一些细节,同时有功底有思考的同学与跟风学框架的同学差距很容易暴露出来。

我们会边解答这个问题边用Proxy构建一个Mini版Vue,构建Vue的过程就是我们不断解决不使用框架的情况下遇到的各种问题的过程。