vue:响应原理

Waxiangyu

vue生命周期图示:
clipboard.png

Vue.js最显著的功能就是响应式系统,它是一个典型的MVVM框架,Model只是普通的Javascript对象,修改它则View会自动更新,这种设计让状态管理变得非常简单而直观。

如何追踪变化?我们先看一个简单的例子:

<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>

运行后,我们可以从页面中看到,count后面的times每隔一秒递增1,视图一直在更新,在代码中仅仅是通过setInterval方法每隔一秒来修改vm.times的值,并没有任何dom操作,那么vue是怎么实现这个过程呢,我们通过一张图来看下:

clipboard.png

图中的Model就是data方法返回的{times:1},View是最终在浏览器中显示的DOM,模型通过Observer,Dep,Watcher,Directive等一系列对象的关联,最终和视图建立起关系。总的来说,vue在些做了3件事:

  • 通过Observerdata做监听,并提供了订阅某个数据项变化的能力。
  • template编译成一段document fragment,然后解析其中的Directive,得到每一个Directive所依赖的数据项和update方法。
  • 通过Watcher把上述2部分结合起来,即把Directive中的数据依赖通过Watcher订阅在对应数据的ObserverDep上,当数据变化时,就会触发ObserverDep上的notify方法通知对应的Watcherupdate,进而触发Directiveupdate方法来更新dom视图,最后达到模型和视图关联起来。

Observer

我们来看下vue是如何给data对象添加Observer的,我们知道,vue的实例创建的过程会有一个生命周期,其中有一个过程就是调用vm.initData方法处理data选项,代码如下:

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 */)
}

我们要注意下proxy方法,它的功能是遍历datakey,把data上的属性代理到vm实例上,proxy源码如下:

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)
}

方法主要通过Object.definePropertygettersetter方法实现了代理,在 前面的例子中,我们调用vm.times就相当于访问了vm._data.times.

initData的最后,我们调用了observer(data,this)来对data做监听,observer的源码定义如下:

src/core/observer/index.js

/**
 *尝试创建一个值的观察者实例,
 *如果成功观察到新的观察者,
 *或现有的观察者,如果该值已经有一个。
 */
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
}

它会首先判断value是否已经添加了_ob_属性,它是一个Observer对象的实例,如果是就直接用,否则在value满足一些条件(数组或对象,可扩展,非vue组件等)的情况下创建一个Observer对象,下面看下Observer这个类的源码:

class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // 将这个对象作为根$data的vm的数量。

  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)
    }
  }

  /**
   *遍历每个属性并将其转换为拥有getter / setter。这个方法应该只在什么时候调用。当obj是对象。
   */
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
    }
  }

  /**
   观察数组项的列表。
   */
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

这个构造函数主要做了这么几件事,首先创建了一个Dep对象实例,然后把自身this添加到value_ob_属性上,最后对value的类型进行判断,如果是数组则观察数组,否则观察单个元素。obsersverArray方法就是对数组进行遍历,递归调用observer方法,最终都会调用walk方法观察单个元素。walk方法就是对objkey进行遍历。然后调用了defineReactive,把要观察的data对象的每个属性都赋予gettersetter方法,这样一旦属性被访问或者更新,我们就可以追踪到这些变化。源码如下:

/**
 * 在对象上定义一个反应性属性 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
  }

  // 满足预定义的getter / setter
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set

  let childOb = !shallow && observe(val)
    // 在这里添加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某属性改变,遍历所有的订阅者,就是watcher实例,然后调用watcher实例的update方法
      dep.notify()
    }
  })
}

些方法最核心的部分就是通过调用Object.definePropertydata的每个属性添加gettersetter方法。当data的某个属性被访问时,则会调用getter方法,判断当Dep.target不为空时调用dep.dependchildOb.dep.depend方法做依赖收集,如果访问的属性是一个数组则会遍历这个数组收集数组元素的依赖,当改变data的属性时,则会调用setter方法,这时调用dep.notify方法进行通知。其中用到的Dep类是一个简单的观察者模式的实现,然后我们看下源码:

src/core/observer/dep.js

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

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = [] // 用来存储所有订阅它的watcher
  }

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

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

  depend () {
    if (Dep.target) { // Dep.target表示当前正在计算的watcher,是全局唯一的,同一时间只能有一个watcher被计算
      // 把当前Dep的实例添加到当前正在计算的watcher依赖中
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
// 遍历所有的的订阅watcher,调用它们的update方法。
  notify () {
    // 首先稳定用户列表。
    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

/**
 * 观察者解析表达式,收集依赖项,
 *当表达式值发生变化时触发回调。
 这用于$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 为批处理
    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()
  }

  /**
   * 评估getter并重新收集依赖项。
   */
  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 {
      // “触摸”每个属性,所以它们都被跟踪。
        // 对深度观察的依赖。
      if (this.deep) {
        traverse(value)
      }
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**
   * Add a dependency to this directive.把dep添加到watcher实例的依赖中,同时通过            dep.addsup(this)把watcher实例添加到dep的订阅者中。
   */
  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
  }

  /**
   *用户界面。时将调用一个依赖的变化。
   */
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else { // 调用,把watcher实例推入队列中,延迟this.run调用的时机。
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**
   * 调度器的工作界面。会被调度器调用。
   * 再次对watcher进行求值,重新收集依赖,接下来判断求值结果和之前value的关系,如果不变,则什么也不做
   * 此方法是directive实例创建watcher时传入的,它对应相关指令的update方法来真实更新dom。这样就完成了数据更新到对应视图的变化过程。
   * watcher把observer和directive关联起来,实现了数据一旦更新,视图就自动变化的效果。利用object.defineProperty实现了数据和视图的绑定
   */
  run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深入观察和观察对象/阵列甚至应该开火。当值相等时,因为值可以。有突变。
        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)
        }
      }
    }
  }

  /**
   * 评估观察者的价值。
   这只会被称为懒惰的观察者。
   */
  evaluate () {
    this.value = this.get() // 对watcher进行求值,同时收集依赖
    this.dirty = false // 不会再对watcher求值,也不会再访问计算属性的getter方法了
  }

  /**
   * 要看这个观察者收集的所有数据。
   */
  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实例在初始化watcher时,会传入指令的expression.在前面的例子中expressiontimes.get方法的功能是对当前watcher进行求值,收集依赖关系,设置Dep.target为当前watcher的实例,this.getter.call(vm,vm),这个方法相当于获取vm.times,这样就触发了对象的getter.我们之前给data添加Observer时,通过上面defineReactive/Object.definePropertydata对象的每一个属性添加gettersetter了.

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj,key,val,customSetter,shallow) {
  // 在这里添加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
    }
 }

当获取vm.times时,会执行到get方法体内,由于我们在之前已经设置了Dep.target为当前Watcher实例,所以接下来就调用dep.depend()完成收集,它实际上是执行了Dep.target.addDep(this),相当于执行了Watcher实例的addDep方法,把Dep添加到Watcher实例的依赖中。

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实例的依赖中,同时又通过dep.addSup(this)Watcher实例添加到dep的订阅者中

src/observer/dep.js

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

至此,指令完成了依赖收集,并且通过Watcher完成了对数据变化的订阅。

我们再看下,当data发生变化时,视图是如何自动更新的,在前面的例子中,我们setInterval每隔一秒执行一次vm.times++,数据改变会触发对象的setter,执行set方法体的代码。

src/core/observer/index.js

function defineReactive (obj,key,val,customSetter,shallow) {
  // 在这里添加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某属性改变,遍历所有的订阅者,就是watcher实例,然后调用watcher实例的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)// 调用,把watcher实例推入队列中,延迟this.run调用的时机。
    }
  }
src/core/observer/scheduler.js

/**
 * 把一个观察者watcher推入观察者队列。
 *将跳过具有重复id的作业,除非它是。
 *当队列被刷新时被推。
 * 通过nextTick在下一个事件循环周期处理watcher队列,是一种优化手段。因为如果同时观察的数据多次变化,比如同步执行3次vm.time++,同时调用就会触发3次dom操作
 * 而推入队列中等待下一个事件循环周期再操作队列里的watcher,因为是同一个watcher,它只会调用一次watcher.run,从而只触发一次dom操作。
 */
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    if (!flushing) {
      queue.push(watcher)
    } else {
      // 如果已经刷新,则根据其id将监视器拼接起来。
        // 如果已经超过了它的id,它将会立即运行。
      let i = queue.length - 1
      while (i > index && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      queue.splice(i + 1, 0, watcher)
    }
    // 队列的冲
    if (!waiting) {
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}
function flushSchedulerQueue () {
  flushing = true
  let watcher, id

    // 在刷新前排序队列。
    // 这确保:
    // 1。组件由父元素更新为子元素。(因为父母总是在孩子面前创建)
    // 2。组件的用户观察者在它的呈现观察者之前运行(因为用户观察者是在渲染观察者之前创建的
    // 3。如果组件在父组件的监视程序运行期间被销毁, 它的观察者可以跳过。
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)

    // 不要缓存长度,因为可能会有更多的观察者被推。
    // 当我们运行现有的观察者时。遍历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')
  }
}

遍历queueWatcherrun方法,

src/core/observer/watcher.js

run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // 深入观察和观察对象/阵列甚至应该开火。当值相等时,因为值可以。有突变。
        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方法再次对Watcher求值,重新收集依赖,接下来判断求值结果和之前value的关系,如果不变则什么也不做,如果变了则调用this.cb.call(this.vm,value,oldValue)方法,这个方法是Directive实例创建watcher时传入的,它对应相关指令的update方法来真实更新 DOM,这样就完成了数据更新到对应视图的变化过程。Watcher巧妙的把ObserverDirective关联起来,实现了数据一旦更新,视图就会自动变化的效果,vue利用了Object.defineProperty这个核心技术实现了数据和视图的绑定。

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