從源碼分析VUE的響應式原理

前言

vue官方對響應式原理的解釋：深刻響應式原理

總結下官方的描述,大概分爲一下幾點：

• 組件實例有本身的watcher對象，用於記錄數據依賴
• 組件中的data的每一個屬性都有本身的getter、setter方法，用於收集依賴和觸發依賴
• 組件渲染過程當中，調用data中的屬性的getter方法，將依賴收集至watcher對象
• data中的屬性變化，會調用setter中的方法，告訴watcher有依賴發生了變化
• watcher收到依賴變化的消息，從新渲染虛擬dom，實現頁面響應

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​ 然鵝，官方的介紹只是一個大體的流程，咱們仍是不知道vue究竟是怎樣給data的每一個屬性設置getter、setter方法？對象屬性和數組屬性的實現又有什麼不一樣？怎樣實現依賴的收集和依賴的觸發？ 想要搞清楚這些，不得不看一波源碼了。下面，請跟我從vue源碼分析vue的響應式原理

--- 下面我要開始個人表演了---

實例初始化階段

vue源碼的 instance/init.js 中是初始化的入口，其中初始化分爲下面幾個步驟：

//初始化生命週期
initLifecycle(vm)
//初始化事件
initEvents(vm)
//初始化render
initRender(vm)
//觸發beforeCreate事件
callHook(vm, 'beforeCreate')
initInjections(vm) // resolve injections before data/props
//初始化狀態，！！！此處劃重點！！！
initState(vm)
initProvide(vm) // resolve provide after data/props
//觸發created事件
callHook(vm, 'created')

其中劃重點的 initState() 方法中進行了 props、methods、data、computed以及watcher的初始化。在instance/state.js中能夠看到以下代碼。

export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  //初始化props
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  //初始化methods
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  //初始化data！！！再次劃重點！！！
  if (opts.data) {
    initData(vm)
  } else {
  	//即便沒有data，也要調用observe觀測_data對象
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  //初始化computed
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  //初始化watcher
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
}

劃重點的initData()方法中進行了data的初始化。代碼依舊在instance/state.js中能夠看到。initData()方法代碼以下（刪節版）。

/* 初始化data */
function initData (vm: Component) {
  //判斷data是不是一個對象
  if (!isPlainObject(data)) {
    ...
  }
  //判斷data中的屬性是否和method重名
  if (methods && hasOwn(methods, key)) {
    ...
  }
  //判斷data中的屬性是否和props重名
  if (props && hasOwn(props, key)) {
    ...
  }
  //將vm中的屬性轉至vm._data中
  proxy(vm, `_data`, key)
  //調用observe觀測data對象
  observe(data, true /* asRootData */)
}

initData()函數中除了前面一系列對data的判斷以外就是數據的代理和observe方法的調用。其中數據代proxy(vm, `_data`, key)做用是將vm的屬性代理至vm._data上，例如：

//代碼以下
const per = new VUE({
        data:{
            name: 'summer',
            age: 18,
        }
    })

當咱們訪問per.name時，實際上訪問的是per._data.name 而下面一句observe(data, true /* asRootData */)纔是響應式的開始。

小結

總結一下初始化過程大概以下圖

響應式階段

observe函數的代碼在observe/index.js，observe是一個工廠函數，用於爲對象生成一個Observe實例。而真正將對象轉化爲響應式對象的是observe工廠函數返回的Observe實例。

Observe構造函數

Observe構造函數代碼以下（刪減版）。

export class Observer {
  constructor (value: any) {
  	//對象自己
    this.value = value
    //依賴收集器
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    //爲對象添加__ob__屬性
    def(value, '__ob__', this)
    //若對象是array類型
    if (Array.isArray(value)) {
     	...
    } else {
      //若對象是object類型
      ...
    }
  }

從代碼分析，Observe構造函數作了三件事：

• 爲對象添加__ob__屬性，__ob__中包含value數據對象自己、dep依賴收集器、vmCount。數據通過這個步驟之後的變化以下：

//原數據
	const data = {
        name: 'summer'
	}
	//變化後數據
	const data = {
        name: 'summer',
        __ob__: {
            value: data, //data數據自己
            dep: new Dep(), //dep依賴收集器
            vmCount: 0
        }
	}

• 若對象是array類型，則進行array類型操做
• 若對象是object類型，則進行object類型操做

數據是object類型

當數據是object類型時，調用了一個walk方法，在walk方法中遍歷數據的全部屬性，並調用defineReactive方法。defineReactive方法的代碼仍然在observe/index.js中，刪減版以下：

export function defineReactive (...) {
  //dep存儲依賴的變量，每一個屬性字段都有一個屬於本身的dep，用於收集屬於該字段的依賴
  const dep = new Dep()

  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }
  //緩存原有的get、set方法
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  }
  // 爲每一個屬性建立childOb，而且對每一個屬性進行observe遞歸
  let childOb = !shallow && observe(val)
  //爲屬性加入getter/setter方法
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      ...
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      ...
  })
}

defineReactive方法主要作了如下幾件事：

• 爲每一個屬性實例化一個dep依賴收集器，用於收集該屬性的相關依賴。【經過getter、setter引用】
• 緩存屬性原有的get和set方法，保證後面重寫get、set方法時行爲正常。
• 爲每一個屬性建立childOb。（實際上是一個對屬性進行進行observe遞歸的過程，並將結果保存在childOb中。對象或數組屬性的childOb爲__ob__，其餘屬性的childOb爲undefined）。【經過getter、setter引用】
• 將對象中的每個屬性都加上getter、setter方法。

通過defineReactive處理的數據變化以下, 每一個屬性都有本身的dep、childOb、getter、setter，而且每一個object類型的屬性都有__ob__

//原數據
const data = {
    user: {
        name: 'summer'
    },
    other: '123'
}
//處理後數據
const data = {
    user: {
        name: 'summer',
        [name dep,]
        [name childOb: undefined]
        name getter,//引用name dep和name childOb
        name setter,//引用name dep和name childOb
        
        __ob__:{data, user, vmCount}
    },
    [user dep,]
    [user childOb: user.__ob__,]
    user getter,//引用user dep和user childOb
    user setter,//引用user dep和user childOb
    
    other: '123',
    [other dep,]
    [other childOb: undefined,]
    other getter,//引用other dep和other childOb
    other setter,//引用other dep和other childOb
    
    __ob__:{data, dep, vmCount}
}

剛剛講到defineReactive函數的最後一步是每個屬性都加上getter、setter方法。那麼getter和setter函數到底作了什麼呢？

getter方法中：

getter函數內部代碼以下：

get: function reactiveGetter () {
	//調用原屬性的get方法返回值
	const value = getter ? getter.call(obj) : val
    //若是存在須要被收集的依賴
    if (Dep.target) {
        /* 將依賴收集到該屬性的dep中 */
        dep.depend()
        if (childOb) {
          //每一個對象的obj.__ob__.dep中也收集該依賴
          childOb.dep.depend()
          //若是屬性是array類型，進行dependArray操做
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
    }
	return value
},

getter方法主要作了兩件事：

• 調用原屬性的get方法返回值
• 收集依賴
  1. Dep.target表示一個依賴，即觀察者，大部分狀況下是一個依賴函數。
  2. 若是存在依賴，則收集依賴到該屬性的dep依賴收集器中
  3. 若是存在childOb（即屬性是對象或者數組），則將該依賴收集到childOb也就是__ob__的依賴收集器__ob__.dep中，這個依賴收集器在使用$set 或 Vue.set 給屬性對象添加新屬性時觸，也就是說Vue.set 或 Vue.delete 會觸發__ob__.dep中的依賴。
  4. 若是屬性的值是數組，則調用dependArray函數，將依賴收集到數組中的每個對象元素的__ob__.dep中。確保在使用$set 或 Vue.set時，數組中嵌套的對象能正常響應。代碼以下：

//數據
const data = {
    user: [
        {
            name: 'summer'
        }
    ]
}
// 頁面顯示
{{user}}
<Button @click="addAge()">addAge</Button>
//addAge方法,爲數組中的嵌套對象添加age屬性
change2: function(){
	this.$set(this.user[0], 'age', 18)
}

//dependArray函數
function dependArray (value: Array<any>) {
  for (let e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
    e = value[i]
    //將依賴收集到每個子對象/數組中
    e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend()
    if (Array.isArray(e)) {
      dependArray(e)
    }
  }
}

//轉化後數據
const data = {
    user: [
       {
            name: 'summer',
            __ob__: {user[0], dep, vmCount}
        }
        __ob__: {user, dep, vmCount}
    ]
}

dependArray的做用就是將user的依賴收集到它內部的user[0]對象的__ob__.dep中，使得進行addAge操做時，頁面能夠正常的響應變化。

setter方法中：

setter函數內部代碼以下：

set: function reactiveSetter (newVal) {
      // 爲屬性設置正確的值
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      /* eslint-disable no-self-compare */
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      /* eslint-enable no-self-compare */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      //因爲屬性的值發生了變化，則爲屬性建立新的childOb,從新observe
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      //在set方法中執行依賴器中的全部依賴
      dep.notify()
      }
})

setter方法主要作了三件事：

• 爲屬性設置正確的值
• 因爲屬性的值發生了變化，則爲屬性建立新的childOb，從新observe
• 執行依賴器中的全部依賴

數據是純對象類型的處理講完了，下面看下數據是array類型的操做。

數據是array類型

observer/index.js中對array處理的部分：

if (Array.isArray(value)) {
	const augment = hasProto
		? protoAugment
		: copyAugment
	//攔截修改數組方法
	augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
	//遞歸觀測數組中的每個值
	this.observeArray(value)
}

當數據類型是array類型時

1. 使用protoAugment方法爲數據指定構造函數__proto爲arrayMethods，出於兼容性考慮若是瀏覽器不支持__proto__ ,則使用arrayMethods重寫數組數據中的全部相關方法。
2. 遞歸觀測數組中的每個值

arrayMethods攔截修改數組方法

arrayMethods中的定義在observe/array.js中，代碼以下：

const arrayProto = Array.prototype
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto)

//修改數組的方法
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]

/**
 * Intercept mutating methods and emit events
 */
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // cache original method
  const original = arrayProto[method]
  //攔截修改數組的方法，當修改數組方法被調用時觸發數組中的__ob__.dep中的全部依賴
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    const result = original.apply(this, args)
    const ob = this.__ob__
    let inserted
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2)
        break
    }
    //對新增元素使用observeArray進行觀測
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    //觸發__ob__.dep中的全部依賴
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

在arrayMethods中作了以下幾件事：

• 須要攔截的修改數組的方法有：push、pop、shift、unshift、splice、sort、reverse
• 當數組有新增元素時，使用observeArray對新增的元素進行觀測
• 攔截了修改數組的方法，當修改數組方法被調用時觸發數組中的__ob__.dep的全部依賴

observeArray遞歸觀測數組中的每一項

observeArray代碼以下：

observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
}

在observeArray方法，對數組中的全部屬性進行observe遞歸。然而這裏有一個問題就是沒法觀測數組中的全部非Object的基本類型。observe方法的第一句就是

if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
	return
}

也就是說數組中的非Object類型的值是不會被觀測到的，若是有數據：

const data = {
    arr: [{
    	test: 0
   	}, 1, 2],
}

此時若是改變arr[0].test=3能夠被觸發響應，而改變arr[1]=4不能觸發響應，由於observeArray觀測數據中的每一項時，observe(arr[0])是一個觀測一個對象能夠被觀測。observe(arr[1])時觀測一個基本類型數據,不能夠被觀測。

小結

響應式階段流程圖

參考文章：揭開數據響應系統的面紗