javascript基礎修煉(9)——MVVM中雙向數據綁定的基本原理

時間 2020-01-23

標籤 javascript 基礎修煉 mvvm 雙向數據綁定基本原理欄目 JavaScript 简体版

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開發者的javascript造詣取決於對【動態】和【異步】這兩個詞的理解水平。javascript

一. 概述

1.1 MVVM模型

MVVM模型是前端單頁面應用中很是重要的模型之一，也是Single Page Application的底層思想，若是你也由於本身學習的速度拼不過開發框架版本迭代的速度，或許也應該從更高的抽象層次去理解現代前端開發，由於其實最核心的經典思想幾乎都是不怎麼變的。關於MVVM的文章已經很是多了，本文再也不贅述。html

筆者以前聽過一種很形象的描述以爲有必要提一下，Model能夠想象成HTML代碼，ViewModel能夠想象成瀏覽器,而View能夠想象成咱們最終看到的頁面，那麼各個層次所扮演的角色和所須要處理的邏輯就比較清晰了。前端

1.2 數據綁定

數據綁定，就是將視圖層表現和模型層的數據綁定在一塊兒，關於MVVM中的數據綁定，涉及兩個基本概念單向數據綁定和雙向數據綁定，其實二者並無絕對的優劣，只是適用場景不一樣，現×××發框架都是同時支持兩種形式的。vue

雙向數據綁定由Angularjs1.x發展起來，在表單等用戶體驗高度依賴於即時反饋的場景中很是便利，但並非全部場景下都適用的，Angularjs中也能夠經過ng-bind=":expr"的形式來實現單向綁定；在Flux數據流架構的影響下，更加易於追蹤和管理的單向數據流思想出現了，各主流框架也進行了實現（例如redux,vuex），在單向數據綁定的框架中，開發者仍然能夠在須要的地方監聽變化來手動實現雙向綁定。java

關於Angularjs1.x中如何經過髒檢查機制來實現雙向數據綁定和管理，能夠參見《構建本身的AngularJS，第一部分：Scope和Digest》一文，講述得很是詳細。node

二. 基於數據劫持的綁定

2.1 Vue2.0源碼的學習困惑

Vue2.0版本中的雙向數據綁定，不少開發者都知道是經過劫持屬性的get/set方法來實現的，上圖已經展現了雙向數據綁定的代碼框架，分析源碼的文章也很是多，許多文章都將重點放在了發佈訂閱模式的實現上，筆者本身閱讀時有兩大困擾點：git

第一，即便經過defineProperty劫持了屬性的get/set方法，不知道數據模型和頁面之間又是如何聯繫起來的。（不少文章都是順帶一提而沒有詳述，實際上這部分對於總體理解MVVM數據流很是重要）github

第二，Vue2.0在實現發佈訂閱模式的時候，使用了一個Dep類做爲訂閱器來管理髮布訂閱行爲，從代碼的角度講這樣作是很好的實踐，它能夠將訂閱者管理（例如避免重複訂閱）這種與業務無關的代碼解耦出來，符合單一職責的開發原則。但這樣作對於理清代碼邏輯而言會形成困擾，讓發佈-訂閱相關的代碼段變得模糊，實際上將Dep類與發佈者類合併在一塊兒，綁定原理會更加清晰，而在代碼迭代中，考慮到更多更復雜的狀況時，即便你是框架的設計者，也會很天然地選擇將Dep抽象成一個獨立的類。vuex

若是你也在閱讀博文的時候出現一樣的困惑，強烈建議讀完本篇後本身動手實現一個MVVM的雙向綁定，你會發現不少時候你不理解一些代碼，是由於你不知道做者面對了怎樣的實際問題。編程

2.2 從標籤開始的代碼推演

ps:下文說起的觀察者類和發佈者類是指同一個類。

2.2.1 示例代碼

咱們先來寫幾個包含自定義指令的標籤：

<div id="app" class="container">
        <input type="text" d-model="myname">
        <br>
        輸入的是:<span d-bind="myname"></span>
        <br>
        <button d-click="alarm()">廣播報警</button>
</div>
<script>
       var options = {
            el:'app',
            data:{
                myname:'殭屍'
            },
            methods:{
                alarm:function (node,event) {
                    window.alert(`一大波【${this.data.myname}】正在靠近!`);
                }
            }
        }
        //初始化
        var vm = new Dash(options);
</script>

須要實現的功能就如同你在全部框架中見到的那樣：<input>標籤的值經過d-model指令和數據模型中的myname進行雙向綁定，<span>標籤的值經過d-bind指令從myname單向獲取，<button>標籤的點擊響應經過d-click綁定數據模型中的alarm()方法。初始化所用到的方法已經提供好了，假如咱們要在一個叫作Dash的MVVM框架中實現數據綁定，那麼第一步要作的，是模板解析。

2.2.2 模板解析

DOM標籤自身是一個樹形結構，因此須要從最外層的<div>爲起點以遞歸的方式來進行解析。

compiler.js——模板解析器類

/**
 * 模板編譯器
 */
class Compiler{
    constructor(){
       this.strategy = new Strategy();//封裝的策略類，下一節描述
       this.strategyKeys = Object.keys(this.strategy);
    }

    /**
    *編譯方法
    *@params vm Dash類的實例（即VisualModel實例）
    *@params node 待編譯的DOM節點
    */
    compile(vm, node){
        if (node.nodeType === 3) {//解析文本節點
            this.compileTextNode(vm, node);
        }else{
            this.compileNormalNode(vm, node);
        }
    }

    /**
    *編譯文本節點，此處僅實現一個空方法,實際開發中多是字符串轉義過濾方法
    */
    compileTextNode(vm, node){}

    /**
    *編譯DOM節點，遍歷策略類中支持的自定義指令，若是發現某個指令dir
    *則以this.Strategy[str]的方式取得對應的處理函數並執行。
    */
    compileNormalNode(vm, node){
         this.strategyKeys.forEach(key=>{
            let expr = node.getAttribute(key);
            if (expr) {
                this.strategy[key].call(vm, node, expr);
            }
        });
        //遞歸處理當前DOM標籤的子節點
        let childs = node.childNodes;
        if (childs.length > 0) {
            childs.forEach(subNode => this.compile(vm, subNode));
        }
    }
}
//爲方便理解，此處直接在全局生成一個編譯器單例，實際開發中請掛載至適當的命名空間下。
window.Compiler = new Compiler();

2.2.3 策略封裝

咱們使用策略模式實現一個單例的策略類Strategy，將全部指令所對應的解析方法封裝起來並傳入解析器，當解析器遞歸解析每個標籤時，若是遇到能夠識別的指令，就從策略類中直接取出對應的處理方法對當前節點進行處理便可，這樣Strategy類只須要實現一個Strategy.register( customDirective, options)方法就能夠暴露出將來用以添加自定義指令的接口。（細節可參考附件中的代碼）

strategy.js——指令解析策略類

//策略類的基本結構
class Strategy{
    constructor(){
        let strategy = {
            'd-bind':function(){//...},
            'd-model':function(){//...},
            'd-click':function(){//...}
        }
        return strategy;
    }

    //註冊新的指令
    register(customDir,options){
        ...
    }
}

模板解析的工做就比較清晰了，至關於帶着一本《解析指南》去遍歷處理DOM樹，不難看出，實際上綁定的工做就是在策略對應的方法裏來實現的，在MVVM結構種，這一步被稱爲「依賴收集」。

2.2.4 訂閱數據模型變化

以最基本的d-bind指令爲例，經過使用strategy['d-bind']方法處理節點後，被處理的節點應該具有感知數據模型變化的能力。以上面的模板爲例，當this.data.myname發生變化時，就須要將被處理節點的內容改成對應的值。此處就須要用到發佈-訂閱模式。爲了實現這個方法，須要一個觀察者類Observer，它的功能是觀察數據模型的變化（經過數據劫持實現），管理訂閱者（維護一個回調隊列管理訂閱者添加的回調方法）, 變化發生時通知訂閱者（依次調用訂閱者註冊的回調方法），同時將提供回調方法並執行視圖更新行爲的邏輯抽象爲一個訂閱者類Subscriber,訂閱者實例擁有一個update方法，當該方法被觀察者（同時也是發佈者）調用時，就會刷新對應節點的視圖，很明顯，subscriber實例須要被添加至指定的觀察者類的回調隊列中才可以生效。

//發佈訂閱模式的僞代碼
//...
'd-bind':function(node, expr){
    //實例化訂閱者類
    let sub = new Subscriber(node, 'myname',function(){
        //更新視圖
        node.innerHTML = VM.data['myname'];
    });
    //當觀察者實例化時，須要將這個sub實例的update方法添加進
},
//...

subscriber.js——訂閱者類

class Subscriber{
    constructor(vm, exp, callback){
        this.vm = vm;
        this.exp = exp;
        this.callback = callback;
        this.value = this.vm.data[this.exp];
    }

    /**
     * 提供給發佈者調用的方法
     */
    update(){
        return this.run();
    }

    /**
     * 更新視圖時的實際執行函數
     */
    run(){
        let currentVal = this.vm.data[this.exp];
        if (this.value !== currentVal) {
            this.value = currentVal;
            this.callback.call(this.vm, this.value);
        }
    }
}

2.2.5 數據劫持

在生成一個subscriber實例後，還要實現一個observer實例，而後纔可以經過調用observer.addSub(sub)方法來將訂閱者添加進觀察者的回調隊列中。先來看一下Observer這個類的定義：

observer.js——觀察者類

/**
 * 發佈者類，同時爲一個觀察者
 * 功能包括：
 * 1.觀察視圖模型上數據的變化
 * 2.變化出現時發佈變化消息給訂閱者
 */
class Observer{
    constructor(data){
        this.data = data;
        this.subQueue = {};//訂閱者Map
        this.traverse();
    }

    //遍歷數據集中各個屬性並添加觀察器具
    traverse(){
        Object.keys(this.data).forEach(key=>{
            defineReactive(this.data, key, this.data[key], this);
        });
    }

    notify(key){
        this.subQueue[key].forEach(fn=>fn.update());
    }
}

//修改對象屬性的get/set方法實現數據劫持
function defineReactive(obj, key, val, observer) {
    //當鍵的值仍然是一個對象時，遞歸處理,observe方法定義在dash.js中
    let childOb = observe(val);

    //數據劫持
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable:true,
        configurable:true,
        get:()=>{
            if (window.curSubscriber) {
                 if (observer.subQueue[key] === undefined) {observer.subQueue[key] = []};
                 observer.subQueue[key].push(window.curSubscriber);
            }
            return val;
        },
        set:(newVal)=>{
            if (val === newVal) return;
            val = newVal;
            //監聽新值
            childOb = observe(newVal);
            //通知全部訂閱者
            observer.notify(key);
        }
    })
}

觀察者類實例化時，傳入一個待觀察的數據對象，構造器調用遍歷方法來改寫數據集中每個鍵的get/set方法，在讀取某個鍵的值時，將訂閱者監聽器（細節下一節講）添加進回調隊列，當set改變數據集中某個鍵的值時，調用觀察者的notify( )方法找到對應鍵的回調隊列並以此觸發。

上面的代碼能夠應付通常狀況，但存在一些明顯的問題就是集中式的回調隊列管理，subQueue其實是一個HashMap結構：

subQueue = {
    'myname':[fn1, fn2, fn3],
    'otherAttr':[fn11,fn12, fn13],
        //...
}

不難看出這種管理回調的方式存在不少問題，遇到嵌套或重名結構就會出現覆蓋，這個時候就不難理解Vue2.0源碼中的作法了，在進行數據劫持時生成一個Dep實例，實例中維護一個回調隊列用來管理髮布訂閱，當數據模型中的屬性被set修改時，調用dep.notify( )方法來依次調用訂閱者添加的回調，當屬性被讀取而觸發get方法時，向dep實例中添加訂閱者的回調函數便可。

2.2.6 發佈訂閱的鏈接

截止目前爲止，還有最後一個問題須要處理，就是訂閱者實例sub和發佈訂閱管理器實例dep存在於兩個不一樣的做用域裏，那麼要怎麼經過調用dep.addSub(sub)來實現訂閱動做呢？換個問法或許你就發現這個問題其實並不難回答，在SPA框架中，兄弟組件之間如何通訊呢？一般都是藉助數據上浮(公用數據提高到共同的父級組件中)或者EventBus來實現的。

這裏的作法是一致的，在策略類中某個指令對應的處理方法中，當咱們準備從數據模型this.data中讀取對應的初值前，先將訂閱者實例sub掛載到一個更高的層級（附件的demo中簡單粗暴地掛載到全局，Vue2.0源碼中掛載到Dep.target），而後再去讀取this.data[expr],這個時候在expr屬性被劫持的get方法中，不只能夠訪問到屬於本身的訂閱管理器dep實例，也能夠經過Dep.target訪問到當前節點所對應的訂閱者實例，那麼完成對應的訂閱邏輯就易如反掌了。

2.2.7 邏輯整合

瞭解了上述細節，咱們整理一下思路，總體看一下數據綁定所經歷的各個環節：

2.2.8 Demo

有關上面示例中d-model和d-click指令綁定的實現，本文再也不贅述，筆者提供了包含詳細註釋的完整Demo，有須要的讀者能夠直接從附件中取用，最後Demo也會存放在個人github倉庫。

2.2.9 Vue2.0中有關雙向綁定的源碼

瞭解了上述細節，能夠閱讀《vue的雙向綁定原理及實現》來看看 Vue2.0的源代碼中是如何更加規範地實現雙向數據綁定的。

2.3 數據劫持綁定存在的問題

基於劫持的數據綁定方法是沒法感知數組方法的，Vue2.0中使用了Hack的方法來實現對於數組元素的感知，其基本原理依舊是經過代理模式實現，在此直接給出源碼Vue源碼連接：

//Vue2.0中有關數組方法
const arrayProto = Array.prototype
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto)
// hack 如下幾個函數
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // 得到原生函數
  const original = arrayProto[method]
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    // 調用原生函數
    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
    }
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    // 觸發更新
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

大體的思路是爲Array.prototype上幾個原生方法設置了訪問代理，並將訂閱管理器的消息發佈方法混入其中，實現了對特定數組方法的監控。

三. 基於Proxy的數據綁定

Vue官方已經確認3.0版本重構數據綁定代碼，改成Proxy實現。

Proxy對象是ES6引入的原生化的代理對象，和基於defineProperty實現數據劫持在思路上其實並無什麼本質區別，都是使用經典的「代理模式」來實現的，只是原生支持的Proxy編寫起來更簡潔，整個自然支持對數組變化的感知能力。Proxy和Reclect對象基本是成對出現使用的，屬於元編程範疇，能夠從語言層面改變原有特性，Proxy能夠攔截對象的數十種方法，比手動實現的代理模式要清晰不少，也要方便不少。

基本實現以下：

//使用Proxy代理數據模型對象
let watchVmData = (obj, setBind， getLogger) => {
    let handler = {
        get(target, property, receiver){
            getLogger(target, property);
            return Reflect.get(target, property, receiver);
        },
        set(target, property, value, receiver){
            setBind(value);
            return Reflect.set(target, property, value);
        }
    };
    return new Proxy(obj, handler);
};

//使用Proxy代理
let data = { myname : 1 };
let value;
let vmproxy = watchVmData(obj, (v) => {
    value = v;
},(target, property)=>{
    console.log(`Get ${property} = ${target[property]}`);
});

四. What's next

數據綁定只是MVVM模型中的冰山一角，若是你本身動手實現了上面說起的Demo，必定會發現不少明顯的問題，例如訂閱者刷新函數是直接修改DOM的，稍有開發經驗的前端工程師都會想到須要將變化收集起來，儘量將高性能消耗的DOM操做合併在一塊兒處理來提高效率，這就引出了一系列咱們經常聽到的Virtual-DOM(虛擬DOM樹)和Life-Cycle-Hook(生命週期鉤子)等等知識點，若是你對三大框架的底層原理感興趣，能夠繼續探索，那是一件很是有意思的事情。

五. 總結

經過原理的學習就會發現學習【設計模式】的重要性，不少時候別人用設計模式的術語交流並非在裝X，而是它真的表明了一些久經驗證的思想，僅僅是數據綁定這樣一個小小的知識點，就包含了類模式，代理模式,原型模式,策略模式,發佈訂閱模式的運用，代碼的實現中也涉及到了單一職責，開放封閉等等開發原則的考量，框架編寫是一件很是考驗基本功的事情，在基礎面前，技巧只能是浮雲。