Vue 响应式原理解析

2021-07-25codingVue

几年来看了不少 Vue 原理的文章,在这些文章的帮助下,我也多次尝试自己理解 Vue 的源码,终于,我觉得是时候自己输出一下内容了,希望可以从不同于其他文章的角度带大家熟悉 Vue。

这个专题自然是分多个部分讲解 Vue 源码,第一篇就先讲最最经典的 Vue 响应式原理吧!

在正式讲原理之前,我觉得应该首先讲明白下面几个概念吧。

Dep

var Dep = function Dep() {
  this.id = uid++
  this.subs = []
}

Dep 的含义,自然就是 dependency(也就是依赖,一个计算机领域的名词)。

就像编写 node.js 程序,常会使用 npm 仓库的依赖。在 Vue 中,依赖具体指的是响应式处理后的数据。后面会提到,响应式处理的关键函数之一是在很多 Vue 原理文章都会提到的 defineReactive

Dep 与每个响应式数据绑定后,该响应式数据就会成为一个依赖(名词),下面介绍 Watcher 时会提到,响应式数据可能被 watch、computed、在模板中使用 3 种情况依赖(动词)。

subs

Dep 对象下有一个 subs 属性,是一个数组,很容易猜出,就是 subscriber(订阅者)列表的意思咯。订阅者可能是 watch 函数、computed 函数、视图更新函数。

Watcher

Watcher 是 Dep 里提到的订阅者(不要和后面的 Observer 观察者搞混)。

因为 Watcher 的功能在于及时响应 Dep 的更新,就像一些 App 的订阅推送,你(Watcher)订阅了某些资讯(Dep),资讯更新时会提醒你阅读。

deps

与 Dep 拥有 subs 属性类似,Watcher 对象也有 deps 属性。这样构成了 Watcher 和 Dep 就是一个多对多的关系,互相记录的原因是当一方被清除的时候可以及时更新相关对象。

Watcher 如何产生

上面多次提到的 watch、computed、渲染模板产生 Watcher,在 Vue 源码里都有简明易懂的体现:

  • mountComponentvm._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop);
  • initComputedwatchers[key] = new Watcher(vm, getter || noop, noop, computedWatcherOptions)
  • $watchervar watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options);

Observer

Observer 是观察者,他负责递归地观察(或者说是处理)响应式对象(或数组)。在打印出的实例里,可以注意到响应式的对象都会带着一个 __ob__,这是已经被观察的证明。观察者没有上面的 Dep 和 Watcher 重要,稍微了解下就可以了。

walk

Observer.prototype.walk 是 Observer 初始化时递归处理的核心方法,不过此方法用于处理对象,另外还有 Observer.prototype.observeArray 处理数组。

核心流程

按照上面几个概念的关系,如何搭配,该如何实现数据响应式更新?

首先定下我们的目标:自然是在数据更新时,自动刷新视图,显示最新的数据。

这就是上面提到的 Dep 和 Watcher 的关系,数据是 Dep,而 Watcher 触发的是页面渲染函数(这是最重要的 watcher)。

但是新问题随之而来,Dep 怎么知道有什么 Watcher 依赖于他?

Vue 采用了一个很有意思的方法:

  • 在运行 Watcher 的回调函数前,先记下当前 Watcher 是什么(通过 Dep.target)
  • 运行回调函数中用到响应式数据,那么必然会调用响应式数据的 getter 函数
  • 在响应式数据的 getter 函数中就能记下当前的 Watcher,建立 Dep 和 Watcher 的关系
  • 之后,在响应式数据更新时,必然会调用响应式数据的 setter 函数
  • 基于之前建立的关系,在 setter 函数中就能触发对应 Watcher 的回调函数了

代码

上述逻辑就在 defineReactive 函数中。这个函数入口不少,这里先讲比较重要的 observe 函数。

observe 函数中会 new Observer 对象,其中使用 Observer.prototype.walk 对对象中的值进行逐个响应式处理,使用的就是 defineReactive 函数。

因为 defineReactive 函数太重要了,而且也不长,所以直接贴到这边讲比较方便。

function defineReactive(obj, key, val, customSetter, shallow) {
  var dep = new Dep()
  depsArray.push({ dep, obj, key })
  var property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // cater for pre-defined getter/setters
  var getter = property && property.get
  var setter = property && property.set

  var childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
      var 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) {
      var value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 后半部分诡异的条件是用于判断新旧值都是 NaN 的情况
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      // customSetter 用于提醒你设置的值可能存在问题
      if ('development' !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      dep.notify()
    },
  })
}

首先每个响应式的值都是一个“依赖”,所以第一步我们先借闭包的能力给每个值造一个 Dep。(到 Vue 3 就不需要闭包啦)

接着看核心的三个参数:

  • obj 当前需要响应式处理的值所在的对象
  • key 值的 key
  • val 当前的值

这个值还可能之前就定义了自己的 getter、setter,所以在做 Vue 的响应式处理时先处理原本的 getter、setter。

上面在核心流程中提到在 getter 函数会建立 Dep 和 Watcher 的关系,具体来说依靠的是 dep.depend()

下面贴一下 DepWatcher 互相调用的几个方法:

Dep.prototype.depend = function depend() {
  if (Dep.target) {
    Dep.target.addDep(this)
  }
}
Watcher.prototype.addDep = function addDep(dep) {
  var id = dep.id
  if (!this.newDepIds.has(id)) {
    this.newDepIds.add(id)
    this.newDeps.push(dep)
    if (!this.depIds.has(id)) {
      dep.addSub(this)
    }
  }
}
Dep.prototype.addSub = function addSub(sub) {
  this.subs.push(sub)
}

通过这几个函数,可以领略到了 DepWatcher 错综复杂的关系……不过看起来迂回,简单来说,其实做的就是上面说的互相添加到多对多列表。

你可以在 Dep 的 subs 找到所有订阅同一个 Dep 的 Watcher,也可以在 Watcher 的 deps 找到所有该 Watcher 订阅的所有 Dep。

但是里面还有一个隐藏问题,就是 Dep.target 怎么来呢?先放一放,后会作出解答。先接着看看 setter 函数,其中的关键是 dep.notify()

Dep.prototype.notify = function notify() {
  // stabilize the subscriber list first
  var subs = this.subs.slice()
  for (var i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
    subs[i].update()
  }
}

不难理解,就是 Dep 提醒他的订阅者列表(subs)里的所有人更新,所谓订阅者都是 Watcher,subs[i].update() 调用的也就是 Watcher.prototype.update

那么来看一下 Watcher 的 update 做了什么——

Watcher.prototype.update = function update() {
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true
  } else if (this.sync) {
    this.run()
  } else {
    queueWatcher(this)
  }
}

在这里我觉得有两个点比较值得展开,所以挖点坑 😂

  • 坑 1:这里如果不是同步更新的话会跑到 queueWatcher,之后再来讲异步更新,同时也降低了这里的理解难度,总之知道 queueWatcher 在一顿操作之后还是会运行 run 就好了
  • 坑 2:Watcher 的 cb 函数可能会处理 watch、computed 和组件更新函数。尤其重要的是组件更新函数,也正在这里进行 Vue 页面更新,所以这里也值得展开,为降低理解难度,只要知道更新在这里触发即可,更新方法后面再说
  • 坑 3:可以看到 lazy 时其实没有运行下面的步骤只会标记数据更新过,在下次取值再计算新的值
Watcher.prototype.run = function run() {
  if (this.active) {
    var value = this.get()
    if (
      value !== this.value ||
      // Deep watchers and watchers on Object/Arrays should fire even
      // when the value is the same, because the value may
      // have mutated.
      isObject(value) ||
      this.deep
    ) {
      // set new value
      var 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)
      }
    }
  }
}

这段代码的重点在于需要现在 get 方法中对 Dep.target 进行了设置

因为只有 Dep.target 存在,之后在回调函数 cb(例如页面渲染函数就是一个典型的 Watcher cb)调用时,Dep.prototype.depend 才能真正生效。再之后的逻辑,就回到使用响应式数据的取值,一切都连起来了!形成闭环(滑稽)!这就是上面 depend() 遗留问题的答案。

总结

  • Dep 与数据关联,代表数据可以成为依赖
  • Watcher 与 watch、computed、渲染函数关联,代表这些函数可以成为依赖的订阅者
  • Observer 算是一个处理 Dep 的入口,递归处理响应式数据
  • Watcher 的回调函数在使用响应式数据时,会先设置 Dep.target
  • 响应式数据在 getter 函数中通过 Dep.target 得知调用者,并与调用者建立订阅者和依赖的关系
  • 响应式数据在 setter 函数中遍历 subs 通知所有订阅者该数据更新
  • 当订阅者为视图更新函数(updateComponent -> _update)时,用户就能在响应式数据更新时看到页面更新,从而实现响应式更新效果

虽说粗略来说这个算法并不难理解,但实际上还有许多其他机制与这个算法一起协作,组成完整的 Vue。例如上面挖的坑:更新队列和组件更新的函数本身的实现,都值得学习。

另外还有代码里还有更多小细节,这就留下感兴趣的大家自己研究啦。

PS. 因为我的表达能力实在不算好,再加上知识的诅咒,不确定这篇文字是否能真的讲清楚 Vue 响应式原理,如果有什么看不懂的地方请在评论区提出,谢谢大家 💡

唯一参考链接:Vue.js


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