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设计一个完善的响应式系统

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一文聊聊Vue响应式实现原理

青灯夜游

Sep 15, 2022 pm 07:36 PM

vue vue3

一文聊聊Vue响应式实现原理

vue 是一个易上手的框架，许多便捷功能都在其内部做了集成，其中最有区别性的功能就是其潜藏于底层的响应式系统。组件状态都是响应式的 JavaScript 对象。当更改它们时，视图会随即更新，这让状态管理更加简单直观。那么，Vue 响应性系统是如何实现的呢？本文也是在阅读了 Vue 源码后的理解以及模仿实现，所以跟随作者的思路，我们一起由浅入深的探索一下vue吧！【相关推荐：vuejs视频教程】

本文 Vue 源码版本：2.6.14，为了便于理解，代码都最简化。

Vue 是如何实现的数据响应式

当你把一个普通的 JavaScript 对象传入 Vue 实例作为 data 选项，Vue 将遍历此对象所有的 property，并使用 Object.defineProperty 把这些 property 全部转为 getter/setter，然后围绕 getter/setter来运行。

一句话概括Vue 的响应式系统就是: 观察者模式 + Object.defineProperty 拦截getter/setter

MDN ObjdefineProperty

观察者模式

什么是Object.defineProperty ？

Object.defineProperty() 方法会直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个对象的现有属性，并返回此对象。

简单的说，就是通过此方式定义的 property，执行 obj.xxx 时会触发 get，执行 obj.xxx = xxx会触发 set，这便是响应式的关键。

Object.defineProperty 是 ES5 中一个无法 shim（无法通过polyfill实现）的特性，这也就是 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。

响应式系统基础实现

现在，我们来基于Object.defineProperty实现一个简易的响应式更新系统作为“开胃菜”

let data = {};
// 使用一个中间变量保存 value
let value = "hello";
// 用一个集合保存数据的响应更新函数
let fnSet = new Set();
// 在 data 上定义 text 属性
Object.defineProperty(data, "text", {
  enumerable: true,
  configurable: true,
  set(newValue) {
    value = newValue;
    // 数据变化
    fnSet.forEach((fn) => fn());
  },
  get() {
    fnSet.add(fn);
    return value;
  },
});

// 将 data.text 渲染到页面上
function fn() {
  document.body.innerText = data.text;
}
// 执行函数，触发读取 get
fn();

// 一秒后改变数据，触发 set 更新
setTimeout(() => {
  data.text = "world";
}, 1000);

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接下来我们在浏览器中运行这段代码，会得到期望的效果

通过上面的代码，我想你对响应式系统的工作原理已经有了一定的理解。为了让这个“开胃菜”易于消化，这个简易的响应式系统还有很多缺点，例如：数据和响应更新函数是通过硬编码强耦合在一起的、只实现了一对一的情况、不够模块化等等……所以接下来，我们来一一完善。

设计一个完善的响应式系统

要设计一个完善的响应式系统，我们需要先了解一个前置知识，什么是观察者模式？

什么是观察者模式？

它就是一种行为设计模式，允许你定义一种订阅机制，可在对象事件发生时通知多个 “观察” 该对象的其他对象。

拥有一些值得关注状态的对象通常被称为目标，由于它自身状态发生改变时需要通知其他对象，我们也将其成为发布者（publisher） 。所有希望关注发布者状态变化的其他对象被称为订阅者（subscribers） 。此外，发布者与所有订阅者直接仅通过接口交互，都必须具有同样的接口。

举个例子?：

你（即应用中的订阅者）对某个书店的周刊感兴趣，你给老板（即应用中的发布者）留了电话，让老板一有新周刊就给你打电话，其他对这本周刊感兴趣的人，也给老板留了电话。新周刊到货时，老板就挨个打电话，通知读者来取。

假如某个读者一不小心留的是 qq 号，不是电话号码，老版打电话时就会打不通，该读者就收不到通知了。这就是我们上面说的，必须具有相同的接口。

了解了观察者模式后，我们就开始着手设计响应式系统。

抽象观察者（订阅者）类Watcher

在上面的例子中，数据和响应更新函数是通过硬编码强耦合在一起的。而实际开发过程中，更新函数不一定叫fn，更有可能是一个匿名函数。所以我们需要抽像一个观察者（订阅者）类Watcher来保存并执行更新函数，同时向外提供一个update更新接口。

// Watcher 观察者可能有 n 个，我们为了区分它们，保证唯一性，增加一个 uid
let watcherId = 0;
// 当前活跃的 Watcher
let activeWatcher = null;

class Watcher {
  constructor(cb) {
    this.uid = watcherId++;
    // 更新函数
    this.cb = cb;
    // 保存 watcher 订阅的所有数据
    this.deps = [];
    // 初始化时执行更新函数
    this.get();
  }
  // 求值函数
  get() {
    // 调用更新函数时，将 activeWatcher 指向当前 watcher
    activeWatcher = this;
    this.cb();
    // 调用完重置
    activeWatcher = null;
  }
  // 数据更新时，调用该函数重新求值
  update() {
    this.get();
  }
}

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抽象被观察者（发布者）类Dep

我们再想一想，实际开发过程中，data 中肯定不止一个数据，而且每个数据，都有不同的订阅者，所以说我们还需要抽象一个被观察者（发布者）Dep类来保存数据对应的观察者（Watcher），以及数据变化时通知观察者更新。

class Dep {
  constructor() {
    // 保存所有该依赖项的订阅者
    this.subs = [];
  }
  addSubs() {
    // 将 activeWatcher 作为订阅者，放到 subs 中
    // 防止重复订阅
    if(this.subs.indexOf(activeWatcher) === -1){
      this.subs.push(activeWatcher);
    }
  }
  notify() {
    // 先保存旧的依赖,便于下面遍历通知更新
    const deps = this.subs.slice()
    // 每次更新前，清除上一次收集的依赖，下次执行时，重新收集
    this.subs.length = 0;
    deps.forEach((watcher) => {
      watcher.update();
    });
  }
}

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抽象 Observer

现在，Watcher和Dep只是两个独立的模块，我们怎么把它们关联起来呢？

答案就是Object.defineProperty，在数据被读取，触发get方法，Dep 将当前触发 get 的 Watcher 当做订阅者放到 subs中，Watcher 就与 Dep建立关系；在数据被修改，触发set方法，Dep就遍历 subs 中的订阅者，通知Watcher更新。

下面我们就来完善将数据转换为getter/setter的处理。

上面基础的响应式系统实现中，我们只定义了一个响应式数据，当 data 中有其他property时我们就处理不了了。所以，我们需要抽象一个 Observer类来完成对 data数据的遍历，并调用defineReactive转换为 getter/setter，最终完成响应式绑定。

为了简化，我们只处理data中单层数据。

class Observer {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.walk(value);
  }
  // 遍历 keys，转换为 getter/setter
  walk(obj) {
    const keys = Object.keys(obj);
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      const key = keys[i]
      defineReactive(obj, key, obj[key]);
    }
  }
}

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这里我们通过参数 value 的闭包，来保存最新的数据，避免新增其他变量

function defineReactive(target, key, value) {
  // 每一个数据都是一个被观察者
  const dep = new Dep();
  Object.defineProperty(target, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    // 执行 data.xxx 时 get 触发，进行依赖收集，watcher 订阅 dep
    get() {
      if (activeWatcher) {
        // 订阅
        dep.addSubs(activeWatcher);
      }
      return value;
    },
    // 执行 data.xxx = xxx 时 set 触发，遍历订阅了该 dep 的 watchers，
    // 调用 watcher.updata 更新
    set(newValue) {
      // 如果前后值相等，没必要跟新
      if (value === newVal) {
        return;
      }
      value = newValue;
      // 派发更新
      dep.notify();
    },
  });
}

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至此，响应式系统就大功告成了！！

测试

我们通过下面代码测试一下：

let data = {
  name: "张三",
  age: 18,
  address: "成都",
};
// 模拟 render
const render1 = () => {
  console.warn("-------------watcher1--------------");
  console.log("The name value is", data.name);
  console.log("The age value is", data.age);
  console.log("The address value is", data.address);
};
const render2 = () => {
  console.warn("-------------watcher2--------------");
  console.log("The name value is", data.name);
  console.log("The age value is", data.age);
};
// 先将 data 转换成响应式
new Observer(data);
// 实例观察者
new Watcher(render1);
new Watcher(render2);

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在浏览器中运行这段代码，和我们期望的一样，两个render都执行了，并且在控制台上打印了结果。