vue：響應原理

時間 2019-11-08

標籤 vue 響應原理简体版

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vue生命週期圖示：
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Vue.js最顯著的功能就是響應式系統，它是一個典型的MVVM框架，Model只是普通的Javascript對象，修改它則View會自動更新，這種設計讓狀態管理變得很是簡單而直觀。vue

如何追蹤變化？咱們先看一個簡單的例子：react

<div id="main">
    <h1>count:{{times}}</h1>
</div>
<script src="vue.js"></script>
<script>
    const vm=new Vue({
        el:'main',
        data(){
            return {
                times:1
            }
        },
        created(){
            let me=this;
            setInterval(()=>{
                me.times++;
            },1000)
        }
    })
</script>

運行後，咱們能夠從頁面中看到，count後面的times每隔一秒遞增1，視圖一直在更新，在代碼中僅僅是經過setInterval方法每隔一秒來修改vm.times的值，並無任何dom操做，那麼vue是怎麼實現這個過程呢，咱們經過一張圖來看下：express

圖中的Model就是data方法返回的{times:1},View是最終在瀏覽器中顯示的DOM，模型經過Observer,Dep,Watcher,Directive等一系列對象的關聯，最終和視圖創建起關係。總的來講，vue在些作了3件事：api

經過Observer對data作監聽，並提供了訂閱某個數據項變化的能力。
把template編譯成一段document fragment,而後解析其中的Directive,獲得每個Directive所依賴的數據項和update方法。
經過Watcher把上述2部分結合起來，即把Directive中的數據依賴經過Watcher訂閱在對應數據的Observer的Dep上，當數據變化時，就會觸發Observer的Dep上的notify方法通知對應的Watcher的update,進而觸發Directive的update方法來更新dom視圖，最後達到模型和視圖關聯起來。

`Observer`

咱們來看下vue是如何給data對象添加Observer的，咱們知道，vue的實例建立的過程會有一個生命週期，其中有一個過程就是調用vm.initData方法處理data選項，代碼以下：數組

src/core/instance/state.js

function initData (vm: Component) {
  let data = vm.$options.data
  data = vm._data = typeof data === 'function' ? getData(data, vm) : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    data = {}
    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
      'data functions should return an object:\n' +
      'https://vuejs.org/v2/guide/components.html#data-Must-Be-a-Function',
      vm
    )
  }
  // proxy data on instance
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (methods && hasOwn(methods, key)) {
        warn(
          `Method "${key}" has already been defined as a data property.`,
          vm
        )
      }
    }
    if (props && hasOwn(props, key)) {
      process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
        `The data property "${key}" is already declared as a prop. ` +
        `Use prop default value instead.`,
        vm
      )
    } else if (!isReserved(key)) {
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  }
  // observe data
  observe(data, true /* asRootData */)
}

咱們要注意下proxy方法，它的功能是遍歷data的key,把data上的屬性代理到vm實例上，proxy源碼以下：瀏覽器

const sharedPropertyDefinition = {
  enumerable: true,
  configurable: true,
  get: noop,
  set: noop
}

function proxy (target: Object, sourceKey: string, key: string) {
  sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter () {
    return this[sourceKey][key]
  }
  sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter (val) {
    this[sourceKey][key] = val
  }
  Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}

方法主要經過Object.defineProperty的getter和setter方法實現了代理，在前面的例子中，咱們調用vm.times就至關於訪問了vm._data.times.緩存

在initData的最後，咱們調用了observer(data,this)來對data作監聽，observer的源碼定義以下：框架

src/core/observer/index.js

/**
 *嘗試建立一個值的觀察者實例，
 *若是成功觀察到新的觀察者，
 *或現有的觀察者，若是該值已經有一個。
 */
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    observerState.shouldConvert &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

它會首先判斷value是否已經添加了_ob_屬性，它是一個Observer對象的實例，若是是就直接用，不然在value知足一些條件（數組或對象，可擴展，非vue組件等）的狀況下建立一個Observer對象，下面看下Observer這個類的源碼：dom

class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // 將這個對象做爲根$data的vm的數量。

  constructor (value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    def(value, '__ob__', this)
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto
        ? protoAugment
        : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      this.observeArray(value)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }

  /**
   *遍歷每一個屬性並將其轉換爲擁有getter / setter。這個方法應該只在何時調用。當obj是對象。
   */
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
    }
  }

  /**
   觀察數組項的列表。
   */
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

這個構造函數主要作了這麼幾件事，首先建立了一個Dep對象實例，而後把自身this添加到value的_ob_屬性上，最後對value的類型進行判斷，若是是數組則觀察數組，不然觀察單個元素。obsersverArray方法就是對數組進行遍歷，遞歸調用observer方法，最終都會調用walk方法觀察單個元素。walk方法就是對obj的key進行遍歷。而後調用了defineReactive，把要觀察的data對象的每一個屬性都賦予getter和setter方法，這樣一旦屬性被訪問或者更新，咱們就能夠追蹤到這些變化。源碼以下：

/**
 * 在對象上定義一個反應性屬性 setter,getter。
 */
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  const dep = new Dep()

  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // 知足預約義的getter / setter
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set

  let childOb = !shallow && observe(val)
    // 在這裏添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      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
      }
      childOb = !shallow && observe(newVal)
        // 通知data某屬性改變，遍歷全部的訂閱者，就是watcher實例，而後調用watcher實例的update方法
      dep.notify()
    }
  })
}

些方法最核心的部分就是經過調用Object.defineProperty給data的每一個屬性添加getter和setter方法。當data的某個屬性被訪問時，則會調用getter方法，判斷當Dep.target不爲空時調用dep.depend和childOb.dep.depend方法作依賴收集，若是訪問的屬性是一個數組則會遍歷這個數組收集數組元素的依賴，當改變data的屬性時，則會調用setter方法，這時調用dep.notify方法進行通知。其中用到的Dep類是一個簡單的觀察者模式的實現，而後咱們看下源碼：

src/core/observer/dep.js

class Dep {
  static target: ?Watcher;
  id: number;
  subs: Array<Watcher>;

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = [] // 用來存儲全部訂閱它的watcher
  }

  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  depend () {
    if (Dep.target) { // Dep.target表示當前正在計算的watcher,是全局惟一的，同一時間只能有一個watcher被計算
      // 把當前Dep的實例添加到當前正在計算的watcher依賴中
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
// 遍歷全部的的訂閱watcher，調用它們的update方法。
  notify () {
    // 首先穩定用戶列表。
    const subs = this.subs.slice()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

`watcher`

src/core/observer/watcher.js

let uid = 0

/**
 * 觀察者解析表達式，收集依賴項，
 *當表達式值發生變化時觸發回調。
 這用於$watch() api和指令。
 */
export default class Watcher {
 
  constructor (
    vm: Component,
    expOrFn: string | Function,
    cb: Function,
    options?: Object
  ) {
    this.vm = vm
    vm._watchers.push(this)
    // options
    if (options) {
      this.deep = !!options.deep
      this.user = !!options.user
      this.lazy = !!options.lazy
      this.sync = !!options.sync
    } else {
      this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
    }
    this.cb = cb
    this.id = ++uid // uid 爲批處理
    this.active = true
    this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
    this.deps = []
    this.newDeps = []
    this.depIds = new Set()
    this.newDepIds = new Set()
    this.expression = process.env.NODE_ENV !== 'production'
      ? expOrFn.toString()
      : ''
    // parse expression for getter
    if (typeof expOrFn === 'function') {
      this.getter = expOrFn
    } else {
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = function () {}
        process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
          `Failed watching path: "${expOrFn}" ` +
          'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. ' +
          'For full control, use a function instead.',
          vm
        )
      }
    }
    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }

  /**
   * 評估getter並從新收集依賴項。
   */
  get () {
    pushTarget(this)
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // 「觸摸」每一個屬性，因此它們都被跟蹤。
        // 對深度觀察的依賴。
      if (this.deep) {
        traverse(value)
      }
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**
   * Add a dependency to this directive.把dep添加到watcher實例的依賴中，同時經過            dep.addsup(this)把watcher實例添加到dep的訂閱者中。
   */
  addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

  /**
   * Clean up for dependency collection.
   */
  cleanupDeps () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this)
      }
    }
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear()
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  /**
   *用戶界面。時將調用一個依賴的變化。
   */
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else { // 調用，把watcher實例推入隊列中，延遲this.run調用的時機。
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**
   * 調度器的工做界面。會被調度器調用。
   * 再次對watcher進行求值，從新收集依賴，接下來判斷求值結果和以前value的關係，若是不變，則什麼也不作
   * 此方法是directive實例建立watcher時傳入的，它對應相關指令的update方法來真實更新dom。這樣就完成了數據更新到對應視圖的變化過程。
   * watcher把observer和directive關聯起來，實現了數據一旦更新，視圖就自動變化的效果。利用object.defineProperty實現了數據和視圖的綁定
   */
  run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深刻觀察和觀察對象/陣列甚至應該開火。當值相等時，由於值能夠。有突變。
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          try {
            this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
          } catch (e) {
            handleError(e, this.vm, `callback for watcher "${this.expression}"`)
          }
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

  /**
   * 評估觀察者的價值。
   這隻會被稱爲懶惰的觀察者。
   */
  evaluate () {
    this.value = this.get() // 對watcher進行求值，同時收集依賴
    this.dirty = false // 不會再對watcher求值，也不會再訪問計算屬性的getter方法了
  }

  /**
   * 要看這個觀察者收集的全部數據。
   */
  depend () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }

  /**
   * Remove self from all dependencies' subscriber list.
   */
  teardown () {
    if (this.active) {
      // remove self from vm's watcher list
      // this is a somewhat expensive operation so we skip it
      // if the vm is being destroyed.
      if (!this.vm._isBeingDestroyed) {
        remove(this.vm._watchers, this)
      }
      let i = this.deps.length
      while (i--) {
        this.deps[i].removeSub(this)
      }
      this.active = false
    }
  }
}

Dep實例在初始化watcher時，會傳入指令的expression.在前面的例子中expression是times.get方法的功能是對當前watcher進行求值，收集依賴關係，設置Dep.target爲當前watcher的實例，this.getter.call(vm,vm),這個方法至關於獲取vm.times,這樣就觸發了對象的getter.咱們以前給data添加Observer時，經過上面defineReactive/Object.defineProperty給data對象的每個屬性添加getter和setter了.

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj，key,val,customSetter,shallow) {
  // 在這裏添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    }
 }

當獲取vm.times時，會執行到get方法體內，因爲咱們在以前已經設置了Dep.target爲當前Watcher實例，因此接下來就調用dep.depend()完成收集，它其實是執行了Dep.target.addDep(this),至關於執行了Watcher實例的addDep方法，把Dep添加到Watcher實例的依賴中。

src/observer/watcher.js

addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

addDep是把dep添加到Watcher實例的依賴中，同時又經過dep.addSup(this)把Watcher實例添加到dep的訂閱者中

src/observer/dep.js

addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

至此，指令完成了依賴收集，而且經過Watcher完成了對數據變化的訂閱。

咱們再看下，當data發生變化時，視圖是如何自動更新的，在前面的例子中，咱們setInterval每隔一秒執行一次vm.times++，數據改變會觸發對象的setter，執行set方法體的代碼。

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj，key,val,customSetter,shallow) {
  // 在這裏添加setter,getter。
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
    
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      // 通知data某屬性改變，遍歷全部的訂閱者，就是watcher實例，而後調用watcher實例的update方法
      dep.notify()
    }
 }

src/observer/watcher.js

update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else { 
      queueWatcher(this)// 調用，把watcher實例推入隊列中，延遲this.run調用的時機。
    }
  }

src/core/observer/scheduler.js

/**
 * 把一個觀察者watcher推入觀察者隊列。
 *將跳過具備重複id的做業，除非它是。
 *當隊列被刷新時被推。
 * 經過nextTick在下一個事件循環週期處理watcher隊列，是一種優化手段。由於若是同時觀察的數據屢次變化，好比同步執行3次vm.time++,同時調用就會觸發3次dom操做
 * 而推入隊列中等待下一個事件循環週期再操做隊列裏的watcher，由於是同一個watcher，它只會調用一次watcher.run，從而只觸發一次dom操做。
 */
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    if (!flushing) {
      queue.push(watcher)
    } else {
      // 若是已經刷新，則根據其id將監視器拼接起來。
        // 若是已經超過了它的id，它將會當即運行。
      let i = queue.length - 1
      while (i > index && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      queue.splice(i + 1, 0, watcher)
    }
    // 隊列的衝
    if (!waiting) {
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}

function flushSchedulerQueue () {
  flushing = true
  let watcher, id

    // 在刷新前排序隊列。
    // 這確保:
    // 1。組件由父元素更新爲子元素。(由於父母老是在孩子面前建立)
    // 2。組件的用戶觀察者在它的呈現觀察者以前運行(由於用戶觀察者是在渲染觀察者以前建立的
    // 3。若是組件在父組件的監視程序運行期間被銷燬， 它的觀察者能夠跳過。
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)

    // 不要緩存長度，由於可能會有更多的觀察者被推。
    // 當咱們運行現有的觀察者時。遍歷queue中watcher的run方法
  for (index = 0; index < queue.length; index++) {
    watcher = queue[index]
    id = watcher.id
    has[id] = null
    watcher.run()
    // in dev build, check and stop circular updates.
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && has[id] != null) {
      circular[id] = (circular[id] || 0) + 1
      if (circular[id] > MAX_UPDATE_COUNT) {
        warn(
          'You may have an infinite update loop ' + (
            watcher.user
              ? `in watcher with expression "${watcher.expression}"`
              : `in a component render function.`
          ),
          watcher.vm
        )
        break
      }
    }
  }

  // keep copies of post queues before resetting state
  const activatedQueue = activatedChildren.slice()
  const updatedQueue = queue.slice()

  resetSchedulerState()

  // call component updated and activated hooks
  callActivatedHooks(activatedQueue)
  callUpdatedHooks(updatedQueue)

  // devtool hook
  /* istanbul ignore if */
  if (devtools && config.devtools) {
    devtools.emit('flush')
  }
}

遍歷queue中Watcher的run方法，

src/core/observer/watcher.js

run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深刻觀察和觀察對象/陣列甚至應該開火。當值相等時，由於值能夠。有突變。
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          try {
            this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
          } catch (e) {
            handleError(e, this.vm, `callback for watcher "${this.expression}"`)
          }
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

run方法再次對Watcher求值，從新收集依賴，接下來判斷求值結果和以前value的關係，若是不變則什麼也不作，若是變了則調用this.cb.call(this.vm,value,oldValue)方法，這個方法是Directive實例建立watcher時傳入的，它對應相關指令的update方法來真實更新 DOM，這樣就完成了數據更新到對應視圖的變化過程。Watcher巧妙的把Observer和Directive關聯起來，實現了數據一旦更新，視圖就會自動變化的效果，vue利用了Object.defineProperty這個核心技術實現了數據和視圖的綁定。

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