Vue 3 的响应式系统是整个框架的核心，它基于 JavaScript 的 Proxy API 实现，提供了自动追踪依赖和触发更新的能力。本文将通过架构图和源码分析，深入解析 Vue 3 响应式系统的实现原理。
一、整体架构概览
Vue 3 响应式系统采用模块化设计，各个模块职责清晰，相互配合构成完整的响应式系统：
graph TD
A[Reactive API] --> B[Proxy 拦截]
A --> C[Ref API]
A --> D[Computed API]
A --> E[Watch API]
B --> F[BaseHandlers]
B --> G[CollectionHandlers]
F --> H[Dep 依赖收集]
G --> H
H --> I[Effect 副作用]
I --> J[Scheduler 调度器]
C --> K[Ref 实现]
K --> H
D --> L[Computed 实现]
L --> H
L --> I
E --> M[Watch 实现]
M --> I
H --> N[依赖追踪与更新]
二、核心模块详解
2.1 reactive 模块 - 响应式核心
reactive.ts 是响应式系统的核心模块，提供了创建响应式对象的能力：
graph LR
A[reactive] --> B[mutableHandlers]
A --> C[mutableCollectionHandlers]
A --> D[WeakMap缓存]
B --> E[get拦截]
B --> F[set拦截]
B --> G[deleteProperty拦截]
C --> H[Map/Set特殊处理]
E --> I[toReactive]
F --> J[trigger触发更新]
G --> J
核心实现原理：
- 使用
Proxy拦截对象的各种操作 - 通过
WeakMap缓存已创建的响应式对象，避免重复创建 - 对普通对象和集合类型（Map、Set等）采用不同的处理器
2.2 ref 模块 - 引用类型响应式
ref.ts 提供了对基本类型的响应式支持：
graph LR
A[Ref] --> B[value属性]
B --> C[getter追踪]
B --> D[setter触发]
D --> E[trigger触发更新]
C --> F[track依赖收集]
Ref 的核心设计：
- 通过
.value属性访问和修改值 - 在 getter 中进行依赖收集
- 在 setter 中触发更新
2.3 computed 模块 - 计算属性
computed.ts 实现了计算属性功能：
graph LR
A[Computed] --> B[惰性求值]
A --> C[缓存机制]
A --> D[依赖追踪]
D --> E[依赖变化时标记dirty]
B --> F[首次访问时求值]
C --> G[重复访问返回缓存值]
Computed 的特点：
- 惰性求值：只有在被访问时才计算值
- 缓存机制：依赖未变化时直接返回缓存值
- 自动追踪：自动追踪计算函数中的响应式依赖
2.4 watch 模块 - 侦听器
watch.ts 提供了侦听响应式数据变化的能力：
graph LR
A[Watch] --> B[创建ReactiveEffect]
B --> C[调度器Scheduler]
C --> D[异步执行回调]
B --> E[依赖追踪]
E --> F[源数据变化时触发]
Watch 的工作机制：
- 创建
ReactiveEffect来追踪依赖 - 当依赖变化时触发回调函数
- 支持多种配置选项（immediate、deep等）
2.5 effect 模块 - 副作用函数
effect.ts 是响应式系统执行更新的底层机制：
graph TD
A[ReactiveEffect] --> B[run执行]
B --> C[依赖收集准备]
C --> D[执行fn函数]
D --> E[清理旧依赖]
D --> F[建立新依赖关系]
F --> G[Dep - Subscriber关系]
G --> H[触发更新时通知]
Effect 的核心职责：
- 执行副作用函数
- 在执行过程中自动收集依赖
- 在依赖变化时重新执行
2.6 dep 模块 - 依赖管理
dep.ts 负责管理依赖关系：
graph LR
A[Dep] --> B[版本控制]
A --> C[订阅者管理]
C --> D[双向链表结构]
D --> E[新增订阅]
D --> F[移除订阅]
B --> G[避免重复更新]
Dep 的设计亮点：
- 采用链表结构管理订阅者
- 通过版本控制避免重复更新
- 支持高效的依赖追踪和清理
三、核心流程分析
3.1 依赖收集流程
sequenceDiagram
participant R as reactive/ref
participant P as Proxy/getter
participant T as track函数
participant D as Dep
participant E as Effect
R->>P: 访问属性值
P->>T: 触发依赖收集
T->>D: 获取Dep实例
D->>E: 建立依赖关系
E->>D: 添加到订阅者列表
3.2 更新触发流程
sequenceDiagram
participant R as reactive/ref
participant P as Proxy/setter
participant T as trigger函数
participant D as Dep
participant E as Effect
R->>P: 修改属性值
P->>T: 触发更新
T->>D: 获取Dep实例
D->>E: 通知所有订阅者
E->>E: 执行更新函数
四、关键技术点
4.1 Proxy 拦截技术
Vue 3 使用 Proxy 替代了 Vue 2 的 Object.defineProperty，具有以下优势：
- 更完整的拦截能力：可以拦截对象的更多操作
- 性能更好：无需递归遍历对象属性
- 支持数组：原生支持数组变化检测
- 支持新增属性：自动追踪新增属性
4.2 依赖追踪优化
// 简化的依赖追踪逻辑
function track(target, type, key) {
if (!shouldTrack || activeEffect === undefined) {
return
}
let depsMap = targetMap.get(target)
if (!depsMap) {
targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
}
let dep = depsMap.get(key)
if (!dep) {
depsMap.set(key, (dep = new Dep()))
}
dep.track()
}
4.3 更新调度机制
通过调度器（Scheduler）控制更新的执行时机，支持异步更新和批量更新：
// 简化的调度器逻辑
function trigger(target, type, key) {
const depsMap = targetMap.get(target)
if (!depsMap) return
const dep = depsMap.get(key)
if (dep) {
dep.trigger()
}
}
五、性能优化策略
5.1 惰性求值
Computed 属性采用惰性求值策略，只在需要时才计算值，避免不必要的计算开销。
5.2 缓存机制
通过缓存机制避免重复计算，只有当依赖发生变化时才重新计算。
5.3 批量更新
通过批量更新机制，将多次更新合并为一次执行，减少 DOM 操作次数。
5.4 树状卸载
通过树状卸载机制，在组件卸载时自动清理相关的响应式依赖。
六、架构设计优势
6.1 模块化设计
各模块职责清晰，便于维护和扩展：
- reactive.ts：响应式核心
- ref.ts：引用类型实现
- computed.ts：计算属性
- watch.ts：侦听器
- effect.ts：副作用处理
- dep.ts：依赖管理
6.2 可扩展性
通过插件化设计，支持自定义响应式处理器和调度器。
6.3 类型安全
全面使用 TypeScript，提供完整的类型定义和类型检查。
七、总结
Vue 3 的响应式系统是一个设计精良、性能优秀的响应式实现。它通过 Proxy 拦截、依赖追踪、更新调度等技术，实现了数据和视图的自动同步。其模块化设计和良好的架构使得系统具有高度的可维护性和可扩展性。
理解 Vue 3 响应式系统的实现原理，有助于我们更好地使用 Vue 框架，也能为我们在其他项目中实现响应式系统提供参考。
