前言
響應式原理作為 Vue 的核心，使用數據劫持實現數據驅動視圖。在面試中是經常考查的知識點，也是面試加分項。
本文將會循序漸進的解析響應式原理的工作流程，主要以下面結構進行：
- 分析主要成員，了解它們有助於理解流程
- 將流程拆分，理解其中的作用
- 結合以上的點，理解整體流程
文章稍長，但部分是代碼，還請耐心觀看。為了方便理解原理，文中的代碼會進行簡化，如果可以請對照源碼學習。
主要成員
在響應式原理中，Observe、Dep、Watcher 這三個類是構成完整原理的主要成員。
Observe，響應式原理的入口，根據數據類型處理觀測邏輯Dep，依賴收集器，屬性都會有一個Dep，方便發生變化時能夠找到對應的依賴觸發更新Watcher，用於執行更新渲染，組件會擁有一個渲染Watcher，我們常說的收集依賴，就是收集Watcher
下面來看看這些類的實現，包含哪些主要屬性和方法。
Observe：我會對數據進行觀測
溫馨提示：代碼里的序號對應代碼塊下面序號的講解
// 源碼位置：/src/core/observer/index.js
class Observe {
constructor(data) {
this.dep = new Dep()
// 1
def(data, '__ob__', this)
if (Array.isArray(data)) {
// 2
protoAugment(data, arrayMethods)
// 3
this.observeArray(data)
} else {
// 4
this.walk(data)
}
}
walk(data) {
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key, data[key])
})
}
observeArray(data) {
data.forEach(item => {
observe(item)
})
}
}
- 為觀測的屬性添加
__ob__屬性，它的值等於this，即當前Observe的實例 - 為數組添加重寫的數組方法，比如：
push、unshift、splice等方法，重寫目的是在調用這些方法時，進行更新渲染 - 觀測數組內的數據，
observe內部會調用new Observe，形成遞歸觀測 - 觀測對象數據，
defineReactive為數據定義get和set，即數據劫持
Dep：我會為數據收集依賴
// 源碼位置：/src/core/observer/dep.js
let id = 0
class Dep{
constructor() {
this.id = ++id // dep 唯一標識
this.subs = [] // 存儲 Watcher
}
// 1
depend() {
Dep.target.addDep(this)
}
// 2
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher)
}
// 3
notify() {
this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
}
}
// 4
Dep.target = null
export function pushTarget(watcher) {
Dep.target = watcher
}
export function popTarget(){
Dep.target = null
}
export default Dep
- 數據收集依賴的主要方法，
Dep.target是一個watcher實例 - 添加
watcher到數組中，也就是添加依賴 - 屬性在變化時會調用
notify方法，通知每一個依賴進行更新 Dep.target用來記錄watcher實例，是全局唯一的，主要作用是為了在收集依賴的過程中找到相應的watcher
pushTarget 和 popTarget 這兩個方法顯而易見是用來設置 Dep.target的。Dep.target 也是一個關鍵點，這個概念可能初次查看源碼會有些難以理解，在後面的流程中，會詳細講解它的作用，需要注意這部分的內容。
Watcher：我會觸發視圖更新
// 源碼位置：/src/core/observer/watcher.js
let id = 0
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.id = ++id // watcher 唯一標識
this.vm = vm
this.cb = cb
this.options = options
// 1
this.getter = exprOrFn
this.deps = []
this.depIds = new Set()
this.get()
}
run() {
this.get()
}
get() {
pushTarget(this)
this.getter()
popTarget(this)
}
// 2
addDep(dep) {
// 防止重複添加 dep
if (!this.depIds.has(dep.id)) {
this.depIds.add(dep.id)
this.deps.push(dep)
dep.addSub(this)
}
}
// 3
update() {
queueWatcher(this)
}
}
this.getter存儲的是更新視圖的函數watcher存儲dep，同時dep也存儲watcher，進行雙向記錄- 觸發更新，
queueWatcher是為了進行異步更新，異步更新會調用run方法進行更新頁面
響應式原理流程
對於以上這些成員具有的功能，我們都有大概的了解。下面結合它們，來看看這些功能是如何在響應式原理流程中工作的。
數據觀測
數據在初始化時會通過 observe 方法來調用 Observe
// 源碼位置：/src/core/observer/index.js
export function observe(data) {
// 1
if (!isObject(data)) {
return
}
let ob;
// 2
if (data.hasOwnProperty('__ob__') && data.__ob__ instanceof Observe) {
ob = data.__ob__
} else {
// 3
ob = new Observe(data)
}
return ob
}
在初始化時，observe 拿到的 data 就是我們在 data 函數內返回的對象。
observe函數只對object類型數據進行觀測- 觀測過的數據都會被添加上
__ob__屬性，通過判斷該屬性是否存在，防止重複觀測 - 創建
Observe實例，開始處理觀測邏輯
對象觀測
進入 Observe 內部，由於初始化的數據是一個對象，所以會調用 walk 方法:
walk(data) {
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key, data[key])
})
}
defineReactive 方法內部使用 Object.defineProperty 對數據進行劫持，是實現響應式原理最核心的地方。
function defineReactive(obj, key, value) {
// 1
let childOb = observe(value)
// 2
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
// 3
dep.depend()
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
// 4
childOb = observe(newVal)
// 5
dep.notify()
return value
}
})
}
- 由於值可能是對象類型，這裏需要調用
observe進行遞歸觀測 - 這裏的
dep就是上面講到的每一個屬性都會有一個dep，它是作為一個閉包的存在，負責收集依賴和通知更新 - 在初始化時，
Dep.target是組件的渲染watcher，這裏dep.depend收集的依賴就是這個watcher，childOb.dep.depend主要是為數組收集依賴 - 設置的新值可能是對象類型，需要對新值進行觀測
- 值發生改變，
dep.notify通知watcher更新，這是我們改變數據后能夠實時更新頁面的觸發點
通過 Object.defineProperty 對屬性定義后，屬性的獲取觸發 get 回調，屬性的設置觸發 set 回調，實現響應式更新。
通過上面的邏輯，也能得出為什麼 Vue3.0 要使用 Proxy 代替 Object.defineProperty 了。Object.defineProperty 只能對單個屬性進行定義，如果屬性是對象類型，還需要遞歸去觀測，會很消耗性能。而 Proxy 是代理整個對象，只要屬性發生變化就會觸發回調。
數組觀測
對於數組類型觀測，會調用 observeArray 方法：
observeArray(data) {
data.forEach(item => {
observe(item)
})
}
與對象不同，它執行 observe 對數組內的對象類型進行觀測，並沒有對數組的每一項進行 Object.defineProperty 的定義，也就是說數組內的項是沒有 dep 的。
所以，我們通過數組索引對項進行修改時，是不會觸發更新的。但可以通過 this.$set 來修改觸發更新。那麼問題來了，為什麼 Vue 要這樣設計？
結合實際場景，數組中通常會存放多項數據，比如列表數據。這樣觀測起來會消耗性能。還有一點原因，一般修改數組元素很少會直接通過索引將整個元素替換掉。例如：
export default {
data() {
return {
list: [
{id: 1, name: 'Jack'},
{id: 2, name: 'Mike'}
]
}
},
cretaed() {
// 如果想要修改 name 的值，一般是這樣使用
this.list[0].name = 'JOJO'
// 而不是以下這樣
// this.list[0] = {id:1, name: 'JOJO'}
// 當然你可以這樣更新
// this.$set(this.list, '0', {id:1, name: 'JOJO'})
}
}
數組方法重寫
當數組元素新增或刪除，視圖會隨之更新。這並不是理所當然的，而是 Vue 內部重寫了數組的方法，調用這些方法時，數組會更新檢測，觸發視圖更新。這些方法包括：
- push()
- pop()
- shift()
- unshift()
- splice()
- sort()
- reverse()
回到 Observe 的類中，當觀測的數據類型為數組時，會調用 protoAugment 方法。
if (Array.isArray(data)) {
protoAugment(data, arrayMethods)
// 觀察數組
this.observeArray(data)
} else {
// 觀察對象
this.walk(data)
}
這個方法里把數組原型替換為 arrayMethods ，當調用改變數組的方法時，優先使用重寫后的方法。
function protoAugment(data, arrayMethods) {
data.__proto__ = arrayMethods
}
接下來看看 arrayMethods 是如何實現的:
// 源碼位置：/src/core/observer/array.js
// 1
let arrayProto = Array.prototype
// 2
export let arrayMethods = Object.create(arrayProto)
let methods = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'reverse',
'sort',
'splice'
]
methods.forEach(method => {
arrayMethods[method] = function(...args) {
// 3
let res = arrayProto[method].apply(this, args)
let ob = this.__ob__
let inserted = ''
switch(method){
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break;
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break;
}
// 4
inserted && ob.observeArray(inserted)
// 5
ob.dep.notify()
return res
}
})
- 將數組的原型保存起來，因為重寫的數組方法里，還是需要調用原生數組方法的
arrayMethods是一個對象，用於保存重寫的方法，這裏使用Object.create(arrayProto)創建對象是為了使用者在調用非重寫方法時，能夠繼承使用原生的方法- 調用原生方法，存儲返回值，用於設置重寫函數的返回值
inserted存儲新增的值，若inserted存在，對新值進行觀測ob.dep.notify觸發視圖更新
依賴收集
依賴收集是視圖更新的前提，也是響應式原理中至關重要的環節。
偽代碼流程
為了方便理解，這裏寫一段偽代碼，大概了解依賴收集的流程：
// data 數據
let data = {
name: 'joe'
}
// 渲染watcher
let watcher = {
run() {
dep.tagret = watcher
document.write(data.name)
}
}
// dep
let dep = [] // 存儲依賴
dep.tagret = null // 記錄 watcher
// 數據劫持
let oldValue = data.name
Object.defineProperty(data, 'name', {
get(){
// 收集依賴
dep.push(dep.tagret)
return oldValue
},
set(newVal){
oldValue = newVal
dep.forEach(watcher => {
watcher.run()
})
}
})
初始化：
- 首先會對
name屬性定義get和set - 然後初始化會執行一次
watcher.run渲染頁面 - 這時候獲取
data.name，觸發get函數收集依賴。
更新：
修改 data.name，觸發 set 函數，調用 run 更新視圖。
真正流程
下面來看看真正的依賴收集流程是如何進行的。
function defineReactive(obj, key, value) {
let childOb = observe(value)
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
dep.depend() // 收集依賴
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
childOb = observe(newVal)
dep.notify()
return value
}
})
}
首先初始化數據，調用 defineReactive 函數對數據進行劫持。
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.getter = exprOrFn
this.get()
}
get() {
pushTarget(this)
this.getter()
popTarget(this)
}
}
初始化將 watcher 掛載到 Dep.target，this.getter 開始渲染頁面。渲染頁面需要對數據取值，觸發 get 回調，dep.depend 收集依賴。
class Dep{
constructor() {
this.id = id++
this.subs = []
}
depend() {
Dep.target.addDep(this)
}
}
Dep.target 為 watcher，調用 addDep 方法，並傳入 dep 實例。
export class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.deps = []
this.depIds = new Set()
}
addDep(dep) {
if (!this.depIds.has(dep.id)) {
this.depIds.add(dep.id)
this.deps.push(dep)
dep.addSub(this)
}
}
}
addDep 中添加完 dep 后，調用 dep.addSub 並傳入當前 watcher 實例。
class Dep{
constructor() {
this.id = id++
this.subs = []
}
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher)
}
}
將傳入的 watcher 收集起來，至此依賴收集流程完畢。
補充一點，通常頁面上會綁定很多屬性變量，渲染會對屬性取值，此時每個屬性收集的依賴都是同一個 watcher，即組件的渲染 watcher。
數組的依賴收集
methods.forEach(method => {
arrayMethods[method] = function(...args) {
let res = arrayProto[method].apply(this, args)
let ob = this.__ob__
let inserted = ''
switch(method){
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break;
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break;
}
// 對新增的值觀測
inserted && ob.observeArray(inserted)
// 更新視圖
ob.dep.notify()
return res
}
})
還記得重寫的方法里，會調用 ob.dep.notify 更新視圖，__ob__ 是我們在 Observe 為觀測數據定義的標識，值為 Observe 實例。那麼 ob.dep 的依賴是在哪裡收集的？
function defineReactive(obj, key, value) {
// 1
let childOb = observe(value)
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(obj, key, {
get() {
if (Dep.target) {
dep.depend()
// 2
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
}
}
return value
},
set(newVal) {
if (newVal === value) {
return
}
value = newVal
childOb = observe(newVal)
dep.notify()
return value
}
})
}
observe函數返回值為Observe實例childOb.dep.depend執行，為Observe實例的dep添加依賴
所以在數組更新時，ob.dep 內已經收集到依賴了。
整體流程
下面捋一遍初始化流程和更新流程，如果你是初次看源碼，不知道從哪裡看起，也可以參照以下的順序。由於源碼實現比較多，下面展示的源碼會稍微刪減一些代碼
初始化流程
入口文件：
// 源碼位置：/src/core/instance/index.js
import { initMixin } from './init'
import { stateMixin } from './state'
import { renderMixin } from './render'
import { eventsMixin } from './events'
import { lifecycleMixin } from './lifecycle'
import { warn } from '../util/index'
function Vue (options) {
this._init(options)
}
initMixin(Vue)
stateMixin(Vue)
eventsMixin(Vue)
lifecycleMixin(Vue)
renderMixin(Vue)
export default Vue
_init：
// 源碼位置：/src/core/instance/init.js
export function initMixin (Vue: Class<Component>) {
Vue.prototype._init = function (options?: Object) {
const vm: Component = this
// a uid
vm._uid = uid++
// merge options
if (options && options._isComponent) {
// optimize internal component instantiation
// since dynamic options merging is pretty slow, and none of the
// internal component options needs special treatment.
initInternalComponent(vm, options)
} else {
// mergeOptions 對 mixin 選項和傳入的 options 選項進行合併
// 這裏的 $options 可以理解為 new Vue 時傳入的對象
vm.$options = mergeOptions(
resolveConstructorOptions(vm.constructor),
options || {},
vm
)
}
// expose real self
vm._self = vm
initLifecycle(vm)
initEvents(vm)
initRender(vm)
callHook(vm, 'beforeCreate')
initInjections(vm) // resolve injections before data/props
// 初始化數據
initState(vm)
initProvide(vm) // resolve provide after data/props
callHook(vm, 'created')
if (vm.$options.el) {
// 初始化渲染頁面 掛載組件
vm.$mount(vm.$options.el)
}
}
}
上面主要關注兩個函數，initState 初始化數據，vm.$mount(vm.$options.el) 初始化渲染頁面。
先進入 initState：
// 源碼位置：/src/core/instance/state.js
export function initState (vm: Component) {
vm._watchers = []
const opts = vm.$options
if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
if (opts.data) {
// data 初始化
initData(vm)
} else {
observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
}
if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
initWatch(vm, opts.watch)
}
}
function initData (vm: Component) {
let data = vm.$options.data
// data 為函數時，執行 data 函數，取出返回值
data = vm._data = typeof data === 'function'
? getData(data, vm)
: data || {}
// proxy data on instance
const keys = Object.keys(data)
const props = vm.$options.props
const methods = vm.$options.methods
let i = keys.length
while (i--) {
const key = keys[i]
if (props && hasOwn(props, key)) {
process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
`The data property "${key}" is already declared as a prop. ` +
`Use prop default value instead.`,
vm
)
} else if (!isReserved(key)) {
proxy(vm, `_data`, key)
}
}
// observe data
// 這裏就開始走觀測數據的邏輯了
observe(data, true /* asRootData */)
}
observe 內部流程在上面已經講過，這裏再簡單過一遍：
new Observe觀測數據defineReactive對數據進行劫持
initState 邏輯執行完畢，回到開頭，接下來執行 vm.$mount(vm.$options.el) 渲染頁面：
$mount:
// 源碼位置：/src/platforms/web/runtime/index.js
Vue.prototype.$mount = function (
el?: string | Element,
hydrating?: boolean
): Component {
el = el && inBrowser ? query(el) : undefined
return mountComponent(this, el, hydrating)
}
mountComponent:
// 源碼位置：/src/core/instance/lifecycle.js
export function mountComponent (
vm: Component,
el: ?Element,
hydrating?: boolean
): Component {
vm.$el = el
callHook(vm, 'beforeMount')
let updateComponent
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
updateComponent = () => {
const name = vm._name
const id = vm._uid
const startTag = `vue-perf-start:${id}`
const endTag = `vue-perf-end:${id}`
mark(startTag)
const vnode = vm._render()
mark(endTag)
measure(`vue ${name} render`, startTag, endTag)
mark(startTag)
vm._update(vnode, hydrating)
mark(endTag)
measure(`vue ${name} patch`, startTag, endTag)
}
} else {
// 數據改變時 會調用此方法
updateComponent = () => {
// vm._render() 返回 vnode，這裏面會就對 data 數據進行取值
// vm._update 將 vnode 轉為真實dom，渲染到頁面上
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
}
// 執行 Watcher，這個就是上面所說的渲染wacther
new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
before () {
if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
callHook(vm, 'beforeUpdate')
}
}
}, true /* isRenderWatcher */)
hydrating = false
// manually mounted instance, call mounted on self
// mounted is called for render-created child components in its inserted hook
if (vm.$vnode == null) {
vm._isMounted = true
callHook(vm, 'mounted')
}
return vm
}
Watcher:
// 源碼位置：/src/core/observer/watcher.js
let uid = 0
export default class Watcher {
constructor(vm, exprOrFn, cb, options){
this.id = ++id
this.vm = vm
this.cb = cb
this.options = options
// exprOrFn 就是上面傳入的 updateComponent
this.getter = exprOrFn
this.deps = []
this.depIds = new Set()
this.get()
}
get() {
// 1. pushTarget 將當前 watcher 記錄到 Dep.target，Dep.target 是全局唯一的
pushTarget(this)
let value
const vm = this.vm
try {
// 2. 調用 this.getter 相當於會執行 vm._render 函數，對實例上的屬性取值，
//由此觸發 Object.defineProperty 的 get 方法，在 get 方法內進行依賴收集（dep.depend），這裏依賴收集就需要用到 Dep.target
value = this.getter.call(vm, vm)
} catch (e) {
if (this.user) {
handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
} else {
throw e
}
} finally {
// "touch" every property so they are all tracked as
// dependencies for deep watching
if (this.deep) {
traverse(value)
}
// 3. popTarget 將 Dep.target 置空
popTarget()
this.cleanupDeps()
}
return value
}
}
至此初始化流程完畢，初始化流程的主要工作是數據劫持、渲染頁面和收集依賴。
更新流程
數據發生變化，觸發 set ，執行 dep.notify
// 源碼位置：/src/core/observer/dep.js
let uid = 0
/**
* A dep is an observable that can have multiple
* directives subscribing to it.
*/
export default class Dep {
static target: ?Watcher;
id: number;
subs: Array<Watcher>;
constructor () {
this.id = uid++
this.subs = []
}
addSub (sub: Watcher) {
this.subs.push(sub)
}
removeSub (sub: Watcher) {
remove(this.subs, sub)
}
depend () {
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this)
}
}
notify () {
// stabilize the subscriber list first
const subs = this.subs.slice()
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
// subs aren't sorted in scheduler if not running async
// we need to sort them now to make sure they fire in correct
// order
subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
}
for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
// 執行 watcher 的 update 方法
subs[i].update()
}
}
}
wathcer.update：
// 源碼位置：/src/core/observer/watcher.js
/**
* Subscriber interface.
* Will be called when a dependency changes.
*/
update () {
/* istanbul ignore else */
if (this.lazy) { // 計算屬性更新
this.dirty = true
} else if (this.sync) { // 同步更新
this.run()
} else {
// 一般的數據都會進行異步更新
queueWatcher(this)
}
}
queueWatcher:
// 源碼位置：/src/core/observer/scheduler.js
// 用於存儲 watcher
const queue: Array<Watcher> = []
// 用於 watcher 去重
let has: { [key: number]: ?true } = {}
/**
* Flush both queues and run the watchers.
*/
function flushSchedulerQueue () {
let watcher, id
// 對 watcher 排序
queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
// do not cache length because more watchers might be pushed
// as we run existing watchers
for (index = 0; index < queue.length; index++) {
watcher = queue[index]
id = watcher.id
has[id] = null
// run方法更新視圖
watcher.run()
}
}
/**
* Push a watcher into the watcher queue.
* Jobs with duplicate IDs will be skipped unless it's
* pushed when the queue is being flushed.
*/
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
const id = watcher.id
if (has[id] == null) {
has[id] = true
// watcher 加入數組
queue.push(watcher)
// 異步更新
nextTick(flushSchedulerQueue)
}
}
nextTick：
// 源碼位置：/src/core/util/next-tick.js
const callbacks = []
let pending = false
function flushCallbacks () {
pending = false
const copies = callbacks.slice(0)
callbacks.length = 0
// 遍歷回調函數執行
for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
copies[i]()
}
}
let timerFunc
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
const p = Promise.resolve()
timerFunc = () => {
p.then(flushCallbacks)
}
}
export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
let _resolve
// 將回調函數加入數組
callbacks.push(() => {
if (cb) {
cb.call(ctx)
}
})
if (!pending) {
pending = true
// 遍歷回調函數執行
timerFunc()
}
// $flow-disable-line
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(resolve => {
_resolve = resolve
})
}
}
這一步是為了使用微任務將回調函數異步執行，也就是上面的p.then。最終，會調用 watcher.run 更新頁面。
至此更新流程完畢。
寫在最後
如果沒有接觸過源碼的同學，我相信看完可能還是會有點懵的，這很正常。建議對照源碼再自己多看幾遍就能知道流程了。對於有基礎的同學就當做是複習了。
想要變強，學會看源碼是必經之路。在這過程中，不僅能學習框架的設計思想，還能培養自己的邏輯思維。萬事開頭難，遲早都要邁出這一步，不如就從今天開始。
簡化后的代碼我已放在 github，有需要的可以看看。
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