模拟 Vue.js 响应式原理

_当里个当_
392 阅读5分钟

概述

  • 模拟一个最小版本的Vue
  • 响应式原理在面试的常见问题
  • 学习别人优秀的经验，转换成自己的经验
  • 实际项目中出问题的原理原理层面的解决
    • 给 Vue实例新增一个成员是否是响应式的？
    • 给属性重新赋值一个复制对象，是否是响应式的?
  • 为学习 Vue 源码做铺垫

概念介绍

  • 数据响应式
    • 数据指的是数据模型，基于Vue开发的时候数据模型仅仅是普通的JavaScript 对象，数据响应式指的是当我们修改数据时，视图会自动更新，不需要任何的DOM操作，提高开发效率。
  • 双向绑定
    • 数据改变，视图改变；视图改变，数据也随之改变
    • 我们可以使用v-model在表单元素上创建双向数据绑定
  • 数据驱动
    • 是Vue最独特的特性之一
    • 开发过程中仅需要关注数据本身，不需要关心数据是如何渲染到视图的。

数据响应式核心原理

Vue2.x

// 模拟 Vue 中的 data 选项
let data = {
  msg: 'hello'
}

// 模拟 Vue 的实例
let vm = {}

// 数据劫持：当访问或者设置 vm 中的成员的时候，做一些干预操作
Object.defineProperty(vm, 'msg', {
  // 可枚举（可遍历）
  enumerable: true,
  // 可配置（可以使用 delete 删除，可以通过 defineProperty 重新定义）
  configurable: true,
  // 当获取值的时候执行
  get () {
    console.log('get: ', data.msg)
    return data.msg
  },
  // 当设置值的时候执行
  set (newValue) {
    console.log('set: ', newValue)
    if (newValue === data.msg) {
      return
    }
    data.msg = newValue
    // 数据更改，更新 DOM 的值
    document.querySelector('#app').textContent = data.msg
  }
})

// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)
  • 如果一个对象中多个属性需要转换 gettter/setter 可遍历data对象进行处理

Vue 3.x

  • MDN-Proxy
  • 直接监听对象，而非属性
  • ES6中新特性，IE不支持，性能由浏览器优化
// 模拟 Vue 中的 data 选项
let data = {
  msg: 'hello',
  count: 0
}

// 模拟 Vue 实例
let vm = new Proxy(data, {
  // 执行代理行为的函数
  // 当访问 vm 的成员会执行
  get (target, key) {
    console.log('get, key: ', key, target[key])
    return target[key]
  },
  // 当设置 vm 的成员会执行
  set (target, key, newValue) {
    console.log('set, key: ', key, newValue)
    if (target[key] === newValue) {
      return
    }
    target[key] = newValue
    document.querySelector('#app').textContent = target[key]
  }
})

// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

Proxy代理的是整个对象，也就是这个对象中的所有属性在访问或者设置的时候都会去触发get/set，而defineProperty要循环处理每个属性，且Proxy性能由浏览器优化，所以性能比defineProperty要好。

发布订阅模式和观察者模式

只是两种设计模式，在Vue中有各自的应用场景，这两种模式的本质是相同的，但是是有区别的，它们经常被混为一谈。

发布/订阅模式

  • 订阅者
  • 发布者
  • 信号中心 我们假定，存在一个“信号中心”，某个任务执行完成，就向信号中心“发布”（plublsh）一个信号，其他任务可以向信号中心“订阅”（subscribe）这个信号，从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫“发布/订阅模式”（publish-subscribe pattern）。

Vue 中的自定义事件以及Node中的事件机制都是以及发布订阅模式。

// Vue 自定义事件
let vm = new Vue()

// 注册事件(订阅消息)
vm.$on('dataChange', () => {
  console.log('dataChange')
})

vm.$on('dataChange', () => {
  console.log('dataChange1')
})
// 触发事件(发布消息)
vm.$emit('dataChange')

以上订阅者、发布者、信息中心都是vm，为了回顾这三者，接下来回顾一下兄弟组件的通信过程。

  • 兄弟组件通信过程
// eventBus.js
// 事件中心
let eventHub = new Vue()

// ComponentA.vue
// 发布者
addTodo: function () {
  // 发布消息（事件）
  eventHub.$emit('add-todo', { text: this.newTodoText })
}
// ComponentB.vue
create: function () {
  // 订阅消息（事件）
  eventHub.$on('add-todo', this.addTodo)
}
  • 模拟Vue自定义事件的实现
// 事件触发器
class EventEmitter {
  constructor () {
    // { 'click': [fn1, fn2], 'change': [fn] }
    this.subs = Object.create(null)
  }

  // 注册事件
  $on (eventType, handler) {
    this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
    this.subs[eventType].push(handler)
  }

  // 触发事件
  $emit (eventType) {
    if (this.subs[eventType]) {
      this.subs[eventType].forEach(handler => {
        handler()
      })
    }
  }
}

// 测试
let em = new EventEmitter()
em.$on('click', () => {
  console.log('click1')
})
em.$on('click', () => {
  console.log('click2')
})

em.$emit('click')

观察者模式

观察者与发布订阅模式相比没有事件中心，只有发布者和订阅者，并且发布者需要知道订阅者的存在。观察者模式中订阅者又叫观察者。

  • 观察者（订阅者）-- Watcher
    • update(): 当事件发生时，具体要做的事情（更新视图，其他操作）
  • 目标（发布者） -- Dep
    • subs数组： 存储所有的观察者
    • addSub(): 添加观察者
    • notify(): 当事件发生时，调用所有观察者的update()方法
  • 没有事件中心
// 发布者-目标
class Dep {
  constructor () {
    // 记录所有的订阅者
    this.subs = []
  }
  // 添加订阅者
  addSub (sub) {
    if (sub && sub.update) {
      this.subs.push(sub)
    }
  }
  // 发布通知
  notify () {
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update()
    })
  }
}
// 订阅者-观察者
class Watcher {
  update () {
    console.log('update')
  }
}

// 测试
let dep = new Dep()
let watcher = new Watcher()

dep.addSub(watcher)

dep.notify()

总结

  • 观察者模式是由具体目标调度，比如当事件触发时，Dep就会去调用观察者的方法，所以观察者模式的订阅者与发布者是存在依赖的。
  • 发布/订阅模式由统一调度中心调用，因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在。

Vue 响应式原理模拟

整体分析

  • Vue基本结构
<div id="app">
  <h1>差值表达式</h1>
  <h3>{{ msg }}</h3>
  <h3>{{ count }}</h3>
  <h1>v-text</h1>
  <div v-text="msg"></div>
  <h1>v-model</h1>
  <input type="text" v-model="msg">
  <input type="text" v-model="count">
</div>

<script src="./js/vue.js"></script>
<script>
let vm = new Vue({
  el: '#app',
  data: {
    msg: 'Hello Vue',
    count: 20,
    items: ['a', 'b', 'c']
  }
})
</script>

  • 打印 Vue 实例观察

  • 整体结构

  • Vue

    • 把data中的成员注入到Vue实例，并且把data中的成员转换成getter/setter

  • Observer

    • 能够对数据对象的所有属性进行监听，如有变动可拿到最新值并通知 Dep

  • Compiler

    • 解析每个元素中的指令/差值表达式，并替换成相应的数据

  • Dep

    • 添加观察者（watcher），当数据变化时通知所有观察者

  • Watcher

    • 数据变化更新视图

Vue

  • 功能
    • 负责接收初始化的参数（选项）
    • 负责把data中的属性注入到Vue实例，转换成getter/setter
    • 负责调用oberver监听data中所有属性的变化
    • 负责调用compiler解析指令/差值表达式
  • 结构
  • 代码 vue.js
class Vue {
  constructor (options) {
    // 1. 通过属性保存选项的数据
    this.$options = options || {}
    this.$data = options.data || {}
    this.$el = typeof options.el === 'string' ? document.querySelector(options.el) : options.el
    // 2. 把data中的成员转换成getter和setter，注入到vue实例中
    this._proxyData(this.$data)
    // 3. 调用observer对象，监听数据的变化
    new Observer(this.$data)
    // 4. 调用compiler对象，解析指令和差值表达式
    new Compiler(this)
  }
  _proxyData (data) {
    // 遍历data中的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key => {
      // 把data的属性注入到vue实例中
      Object.defineProperty(this, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get () {
          return data[key]
        },
        set (newValue) {
          if (newValue === data[key]) {
            return
          }
          data[key] = newValue
        }
      })
    })
  }
}

Oberver

  • 功能
    • 负责把data选项中的属性转换成响应式数据
    • data中的某个属性也是对象，把该属性转换成响应式数据
    • 数据变化发送通知
  • 结构
  • 代码 observer.js
class Observer {
  constructor (data) {
    this.walk(data)
  }
  walk (data) {
    // 1. 判断data是否是对象
    if (!data || typeof data !== 'object') {
      return
    }
    // 2. 遍历data对象的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key => {
      this.defineReactive(data, key, data[key])
    })
  }
  defineReactive (obj, key, val) {
    let that = this
    // 负责收集依赖，并发送通知
    let dep = new Dep()
    // 如果val是对象，把val内部的属性转换成响应式数据
    this.walk(val)
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get () {
        // 收集依赖
        Dep.target && dep.addSub(Dep.target)
        return val
      },
      set (newValue) {
        if (newValue === val) {
          return
        }
        val = newValue
        that.walk(newValue)
        // 发送通知
        dep.notify()
      }
    })
  }
}

Compiler

  • 功能
    • 负责编译模板，解析指令/差值表达式
    • 负责页面的首次渲染
    • 当数据变化后重新渲染视图
  • 结构
  • 代码 compiler.js
class Compiler {
  constructor (vm) {
    this.el = vm.$el
    this.vm = vm
    this.compile(this.el)
  }
  // 编译模板，处理文本节点和元素节点
  compile (el) {
    let childNodes = el.childNodes
    Array.from(childNodes).forEach(node => {
      // 处理文本节点
      if (this.isTextNode(node)) {
        this.compileText(node)
      } else if (this.isElementNode(node)) {
        // 处理元素节点
        this.compileElement(node)
      }

      // 判断node节点，是否有子节点，如果有子节点，要递归调用compile
      if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
        this.compile(node)
      }
    })
  }
  // 编译元素节点，处理指令
  compileElement (node) {
    // console.log(node.attributes)
    // 遍历所有的属性节点
    Array.from(node.attributes).forEach(attr => {
      // 判断是否是指令
      let attrName = attr.name
      if (this.isDirective(attrName)) {
        // v-text --> text
        attrName = attrName.substr(2)
        let key = attr.value
        this.update(node, key, attrName)
      }
    })
  }

  update (node, key, attrName) {
    let updateFn = this[attrName + 'Updater']
    updateFn && updateFn.call(this, node, this.vm[key], key)
  }

  // 处理 v-text 指令
  textUpdater (node, value, key) {
    node.textContent = value
    new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
      node.textContent = newValue
    })
  }
  // v-model
  modelUpdater (node, value, key) {
    node.value = value
    new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
      node.value = newValue
    })
    // 双向绑定
    node.addEventListener('input', () => {
      this.vm[key] = node.value
    })
  }

  // 编译文本节点，处理差值表达式
  compileText (node) {
    // console.dir(node)
    // {{  msg }}
    let reg = /\{\{(.+?)\}\}/
    let value = node.textContent
    if (reg.test(value)) {
      let key = RegExp.$1.trim()
      node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])

      // 创建watcher对象，当数据改变更新视图
      new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
        node.textContent = newValue
      })
    }
  }
  // 判断元素属性是否是指令
  isDirective (attrName) {
    return attrName.startsWith('v-')
  }
  // 判断节点是否是文本节点
  isTextNode (node) {
    return node.nodeType === 3
  }
  // 判断节点是否是元素节点
  isElementNode (node) {
    return node.nodeType === 1
  }
}

Dep(Dependency)

vue的响应式机制

  • 功能
    • 收集依赖，添加观察者
    • 通知所有观察者
  • 结构 代码

dep.js

class Dep {
  constructor () {
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  }
  // 添加观察者
  addSub (sub) {
    if (sub && sub.update) {
      this.subs.push(sub)
    }
  }
  // 发送通知
  notify () {
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update()
    })
  }
}

Watcher

  • 功能
    • 当数据变化触发依赖，dep通知所有的Watcher实例更新视图
    • 自身实例化的时候往dep对象中添加自己
  • 结构
  • 代码 watcher.js
class Watcher {
  constructor (vm, key, cb) {
    this.vm = vm
    // data中的属性名称
    this.key = key
    // 回调函数负责更新视图
    this.cb = cb

    // 把watcher对象记录到Dep类的静态属性target
    Dep.target = this
    // 触发get方法，在get方法中会调用addSub
    this.oldValue = vm[key]
    Dep.target = null
  }
  // 当数据发生变化的时候更新视图
  update () {
    let newValue = this.vm[this.key]
    if (this.oldValue === newValue) {
      return
    }
    this.cb(newValue)
  }
}

调试

  1. 调试页面首次渲染的过程 将数据渲染到页面、收集依赖

  2. 调试数据改变更新视图的过程

总结-问题

  • 问题

    • 给属性重新赋值成对象，是否是响应式的？- 是
    • 给Vue实例新增一个成员是否是响应式的？- 否 对于已经创建的实例，Vue不允许动态添加跟级别的响应属性。但是，可以使用Vue.set(object， propervtyName, value)方法像嵌套对象添加响应式属性。例如Vue.set(vm.someObiect, 'b', 2)，是可以使用vm.$set实例方法，this.$set(this.someObject, 'b', 2）

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