一、前言

距离 Vue3 出来了已经有一段时间了，最近呢重温了一下Vue3的响应式方案，以及ref reactive的区别，相信你看完本文，也能对 Vue3 响应式的了解有所提高

在看源码的过程中，时常会感到框架的设计之美，看起来也会感到赏心悦目，这也是能坚持把源码看下去的动力

二、新的方案

1. 缘由

已知在 Vue2 中，响应式原理一直是采用 Object.defineProperty 来进行，那这样做有什么缺陷呢？下面一一道来
- 这个API，只能拦截 get / set 的属性
- 如对象 新增 或者 删除 了属性，则无法监听到改变
- 对于数组，若使用数组的原生方法改变数组元素的时候也无法监听到改变
所以呢在Vue3中采用了 Proxy 和 Reflect搭配来代理数据

2. Proxy 和 Reflect

1） Proxy

既然Vue3中响应式数据是基于 Proxy 实现的，那么什么是Proxy呢？

使用Proxy可以创建一个代理对象，它可以实现对 对象数据 的 代理，所以它 无法对非对象值进行代理，也就是为什么Vue3中对于非对象值要使用 ref 来进行响应式的原因 (后面讲解ref的时候再细说)

代理是指允许我们拦截并重新定义对一个对象的基本操作。例如：拦截读取、修改等操作.

const obj = {}


const newP = new Proxy(obj, {
     // 拦截读取
  get(){/*...*/ },

  // 拦截设置属性操作
  set(){/*...*/ }
})

2） Reflect

说完了Proxy，接下来我们来说说 Reflect

通过观察 MDN 官网可以发现， Reflect的方法 和 Proxy的拦截器方法 名字基本一致

那就出现了一个问题，我们为什么要用 Reflect 呢？

主要还是它的第三个参数，你可以理解为函数调用过程中的this,我们来看看它配合 Proxy 具体的用途吧

const obj = {
  foo: 1,
  
  // obj 中有一个 getter属性 通过this获取foo的值
  get getFoo() { return this.foo; }
};


const newP = new Proxy(obj,
  {
    // 拦截读取
    get(target, key) {
      console.log('读取', key); // 注意这里目前没有使用 Reflect
      return target[key];
    },

    // 拦截设置属性操作
    set(target, key, newVal) {
      console.log('修改', key);
      target[key] = newVal
    }
  })

obj.foo++
console.log(newP.getFoo);

执行上面代码你会发现，在 Proxy 中 get 拦截的中，只会触发对 getFoo 属性进行读取的拦截，而无法触发在 getFoo 里面对 this.foo 进行读取的拦截!

问题就出现在 getFoo 这个getter里，这里面的 this 在我们 未使用 Reflect 的时候指向它的原始对象，所以我们才无法通过 Proxy 拦截到属性读取

只需修改一下上面代码中 Proxy 里面的 get 拦截方法

    // 拦截读取
    get(target, key, receiver) {
      console.log('读取', key);
      return Reflect.get(target, key, receiver); // 使用 Reflect返回读取的属性值
    },

这下再执行上面的例子，就会发现能正常对 getFoo 里面的 foo 属性进行读取的拦截。因为这个时候的 this 已经指向了代理对象 newP

以上呢，就是对 Proxy 和 Reflect 的简易讲解，接下来我们讲讲 Vue3 中的 reactive

3. reactive

看源码会发现，我们平时使用 reactive 的时候，会调用一个 createReactiveObject 的方法

这个地方在: packages\reactivity\src\reactive


export function reactive<T extends object>(target: T): UnwrapNestedRefs<T>
export function reactive(target: object) {
  // if trying to observe a readonly proxy, return the readonly version.
  if (isReadonly(target)) {
    return target
  }
  return createReactiveObject(
    target,
    false,
    mutableHandlers,  // 普通对象的 handlers
    mutableCollectionHandlers, // Set Map 等类型的 handlers
    reactiveMap
  )
}

1） createReactiveObject() 函数

其中主要是做一些前置判断，然后建立响应式数据体系结构

结构： WeakMap -> Map -> Set

function createReactiveObject(
  target: Target,
  isReadonly: boolean,
  baseHandlers: ProxyHandler<any>,
  collectionHandlers: ProxyHandler<any>,
  proxyMap: WeakMap<Target, any>
) {

  //  若目标数据是不是对象则直接返回
  if (!isObject(target)) {
    if (__DEV__) {
      console.warn(`value cannot be made reactive: ${String(target)}`)
    }
    return target
  }
  
  // target is already a Proxy, return it.
  // exception: calling readonly() on a reactive object
  // raw 代表原始数据
  // 或者是非响应式数据就直接返回 原数据
  if (
    target[ReactiveFlags.RAW] &&
    !(isReadonly && target[ReactiveFlags.IS_REACTIVE])
  ) {
    return target
  }
  
  // 如已被代理则直接返回代理的这个对象
  const existingProxy = proxyMap.get(target)
  if (existingProxy) {
    return existingProxy
  }
  
  // only a whitelist of value types can be observed.
  // 只有在白名单中的类型才可以被代理
  const targetType = getTargetType(target)
  if (targetType === TargetType.INVALID) {
    return target
  }
  
  // 建立代理 Proxy
  const proxy = new Proxy(
    target,
    // 使用不同的 hanlders
    targetType === TargetType.COLLECTION ? collectionHandlers : baseHandlers
  )
  
  // 存储到响应式数据结构中
  proxyMap.set(target, proxy)
  return proxy
}

2） mutableHandlers() 函数 -> 对象类型的 handlers

这个地方在: packages\reactivity\src\baseHandlers

主要讲讲get和set

export const mutableHandlers: ProxyHandler<object> = {
  get: createGetter(), // 读取属性
  set: createSetter(), // 设置属性
  deleteProperty,      // 删除属性
  has,                 // 判断是否存在对应属性
  ownKeys              // 获取自身的属性值
}

get

function createGetter(isReadonly = false, shallow = false) {
  return function get(target: Target, key: string | symbol, receiver: object) {
    // 判断返回一些特定的值 例如 是 readonly 的就返回 readonlyMap，是 reactive 的就返回 reactiveMap 等等
    if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
      return !isReadonly
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
      return isReadonly
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_SHALLOW) {
      return shallow
    } else if (
      key === ReactiveFlags.RAW &&
      receiver ===
        (isReadonly
          ? shallow
            ? shallowReadonlyMap
            : readonlyMap
          : shallow
          ? shallowReactiveMap
          : reactiveMap
        ).get(target)
    ) {
      return target
    }

    // 如果是数组要进行一些特殊处理
    const targetIsArray = isArray(target)

    if (!isReadonly && targetIsArray && hasOwn(arrayInstrumentations, key)) {
      //  重写数组的方法
      // 'includes', 'indexOf', 'lastIndexOf', 'push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice'
      return Reflect.get(arrayInstrumentations, key, receiver)
    }

    // 获取属性值
    const res = Reflect.get(target, key, receiver)

    if (isSymbol(key) ? builtInSymbols.has(key) : isNonTrackableKeys(key)) {
      return res
    }

    // 如果非只读属性 才进行依赖收集
    if (!isReadonly) {
      track(target, TrackOpTypes.GET, key)
    }

    // 浅层响应则直接返回对应的值
    if (shallow) {
      return res
    }


    // 如果是ref 则自动进行 脱ref
    if (isRef(res)) {
      // ref unwrapping - does not apply for Array + integer key.
      const shouldUnwrap = !targetIsArray || !isIntegerKey(key)
      return shouldUnwrap ? res.value : res
    }

    // 返回值是对象
    // 如果是只读就用 readonly 包裹返回数据
    // 否则则进行递归深层包裹 reactive 返回 Proxy 代理对象
    if (isObject(res)) {
      // Convert returned value into a proxy as well. we do the isObject check
      // here to avoid invalid value warning. Also need to lazy access readonly
      // and reactive here to avoid circular dependency.
      return isReadonly ? readonly(res) : reactive(res)
    }

    // 如都不是上面的判断 则返回这个数据
    return res
  }
}

set

function createSetter(shallow = false) {
  return function set(
    target: object,
    key: string | symbol,
    value: unknown,
    receiver: object
  ): boolean {
    // 缓存旧值
    let oldValue = (target as any)[key]

    if (!shallow && !isReadonly(value)) {
      if (!isShallow(value)) {
        value = toRaw(value)
        oldValue = toRaw(oldValue)
      }

      // 若是 ref 并且非只读 则直接修改 ref的值
      if (!isArray(target) && isRef(oldValue) && !isRef(value)) {
        oldValue.value = value
        return true
      }
    } else {
      // in shallow mode, objects are set as-is regardless of reactive or not
    }

    // 是否有对于的key
    const hadKey =
      isArray(target) && isIntegerKey(key)
        ? Number(key) < target.length
        : hasOwn(target, key)

    // 修改对应的值
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
    // don't trigger if target is something up in the prototype chain of original

    // 若目标是原型链上的内容就不触发依赖
    if (target === toRaw(receiver)) {

      // 这里主要是判断是 新增属性 还是修改属性的操作
      if (!hadKey) {
        trigger(target, TriggerOpTypes.ADD, key, value)
      } else if (hasChanged(value, oldValue)) {
        trigger(target, TriggerOpTypes.SET, key, value, oldValue)
      }
    }

    // 最终返回结果
    return result
  }
}

3） mutableInstrumentations() 函数 -> Map Set等类型的 handlers

这个地方在: packages\reactivity\src\collectionHandlers

其主要是为了解决 代理对象 无法访问集合类型的属性和方法

function createInstrumentations() {
   // 主要就是代理了 Map Set等类型的方法 具体实现各位可以去上面地址中的文件里查看
  const mutableInstrumentations: Record<string, Function> = {
    get(this: MapTypes, key: unknown) {
      return get(this, key)
    },
    get size() {
      return size(this as unknown as IterableCollections)
    },
    has,
    add,
    set,
    delete: deleteEntry,
    clear,
    forEach: createForEach(false, false)
  }

  const iteratorMethods = ['keys', 'values', 'entries', Symbol.iterator]
  iteratorMethods.forEach(method => {
    mutableInstrumentations[method as string] = createIterableMethod(
      method,
      false,
      false
    )
  })

  return [
    mutableInstrumentations
  ]
}

4. ref

之前说过 Proxy 代理的必须是对象数据类型，而非对象数据类型例如： string number 等等 则不能用其进行代理，所以有了 ref 的概念

联想到上面说的 reactive 和我们日常使用的 .value 的形式，是不是就认为 ref 直接把原始数据包裹成对象然后通过 Proxy 进行代理的呢?

最开始我也以为是这样，但是查看了源码中发现其实并不是，其实是创建 ref 的时候，实例化了一个 class -> new RefImpl(rawValue, shallow) ，然后通过自定义的 get set来进行依赖收集和依赖更新

源码地址: packages\reactivity\src\ref

1） createRef()

export function ref(value?: unknown) {
   // 调用创建方法
  return createRef(value, false)
}

function createRef(rawValue: unknown, shallow: boolean) {
  // 如果已经是一个ref 则直接返回
  if (isRef(rawValue)) {
    return rawValue
  }
  
  // 实例化 class
  return new RefImpl(rawValue, shallow)
}

class RefImpl<T> {
  private _value: T
  private _rawValue: T

  public dep?: Dep = undefined
  
  // 用于区分 ref 的不可枚举属性 例如 isRef 方法就是直接判断这个属性
  public readonly __v_isRef = true

  // 构造函数
  constructor(value: T, public readonly __v_isShallow: boolean) {
    this._rawValue = __v_isShallow ? value : toRaw(value)
    this._value = __v_isShallow ? value : toReactive(value)
  }

  get value() {
    // 依赖收集
    trackRefValue(this)
    return this._value
  }

  set value(newVal) {
     // 拿到原始值
    newVal = this.__v_isShallow ? newVal : toRaw(newVal)
    
    // 判断是否有变化 如有才进行更新
    if (hasChanged(newVal, this._rawValue)) {
      this._rawValue = newVal
      this._value = this.__v_isShallow ? newVal : toReactive(newVal)
      // 依赖更新
      triggerRefValue(this, newVal)
    }
  }
}

2） toReactive()

我们日常使用的时候会发现， ref 传入一个对象 也能正常使用，其玄机就在 创建class 的时候，构造函数中调用了 toReactive 这个函数

export const toReactive = <T extends unknown>(value: T): T =>
  // 如果是一个对象则利用 reactive 代理成 Proxy 返回
  isObject(value) ? reactive(value) : value

3）proxyRefs() 自动脱 ref

我们在使用 ref 的时候会发现，从 setup 返回的 ref，在页面中使用并不需要 .value ，这都归功 proxyRefs 这个函数，减少了我们在模板中需要判断 ref 的心智负担

<template>
   // 这里并不需要 .value 
   // 并且如果我 直接在模板的点击事件中 使用 count++ 响应式也不会丢失
  <div @click="count++"> {{ count }} </div>
</template>

const myComponent = {
   setup() {
    const count = ref(0)
    
    return { count }
   }
}

下面我们就来看看 proxyRefs 的实现


export function proxyRefs<T extends object>(
  objectWithRefs: T
): ShallowUnwrapRef<T> {
   // 如果是 reactive 则不处理
  return isReactive(objectWithRefs)
    ? objectWithRefs
    // 如果是 ref 则直接通过 Proxy 代理一下
    : new Proxy(objectWithRefs, shallowUnwrapHandlers)
}


export function unref<T>(ref: T | Ref<T>): T {
   // 如果是 ref 直接返回 .value 的值
  return isRef(ref) ? (ref.value as any) : ref
}


const shallowUnwrapHandlers: ProxyHandler<any> = {
  // get 的时候直接脱 ref
  get: (target, key, receiver) => unref(Reflect.get(target, key, receiver)),
  
 
  set: (target, key, value, receiver) => {
    const oldValue = target[key]
    
    // 如果旧值是 ref 而新值不是 ref 直接把 新值 替换 旧值 的.value属性
    if (isRef(oldValue) && !isRef(value)) {
      oldValue.value = value
      return true
    } else {
      return Reflect.set(target, key, value, receiver)
    }
  }
}

然后我们会发现在模板调用中，会自动把setup的返回值通过 proxyRefs 调用一遍

通过上面的源码来个总结:

我们在编写 Vue 组件的时候，组件中 setup 的函数所返回的数据会自动传给 proxyRefs 函数处理一遍，所以我们在页面中使用 无需 .value
ref 最后在 模板中 还是被 Proxy 代理 了一遍

三、结语

以上呢就是对 Vue3 的响应式的方案解析了，以及关于 reactive ref的区别相信你如果仔细看完了，也会心知肚明了

由于前段时间家里的情况，和工作上的事导致距离上次的文章已经有半年之久。当然这半年内也有所成长, 希望后面的时间也能定时输出文章

最后，文中如有错误，欢迎大家在评论区指正，如果本文对你有帮助，记得点赞👍和关注❤️

如需转载请标明作者和出处

参考文档：Vue3 官网

参考书籍：Vue设计与实现

Vue3响应式方案以及ref reactive的区别