Vue源码解析:双向绑定原理

shushushu

通过对 Vue2.0 源码阅读,想写一写自己的理解,能力有限故从尤大佬2016.4.11第一次提交开始读,准备陆续写:

其中包含自己的理解和源码的分析,尽量通俗易懂!由于是2.0的最早提交,所以和最新版本有很多差异、bug,后续将陆续补充,敬请谅解!包含中文注释的Vue源码已上传...

开始

在说双向绑定之前,我们先聊聊单向数据流的概念,引用一下Vuex官网的一张图:

clipboard.png

这是单向数据流的极简示意,即状态(数据源)映射到视图,视图的变化(用户输入)触发行为,行为改变状态。但在实际的开发中,大部分的情况是多个视图依赖同一状态,多个行为影响同一状态,Vuex的处理是将共同状态提取出来,转化成单向数据流实现。另外,在Vue的父子组件中prop传值中,也有用到单向数据流的概念,即父级 prop 的更新会向下流动到子组件中,但是反过来则不行。

无论是react还是vue都提倡单向数据流管理状态,那我们今天要谈的双向绑定是否和单向数据流理念有所违背?我觉得不是,从上篇文章AST语法树转render函数了解到,Vue双向绑定,实质是 value 的单向绑定和 oninput/onchange 事件侦听的语法糖。这种机制在某些需要实时反馈用户输入的场合十分方便,这只是Vue内部对 action 进行了封装而形成的。

所以我们今天要说是,状态的变化怎么引起视图的变化?

  • 第一个难点是如何监听状态的变化。Vue2.0主要是采用defineProperty,但它有个缺点是不能检测到对象和数组的变化。尤大佬说3.0将采用proxy,不过兼容仍是问题,有兴趣的同学可以去了解下;
  • 另外一个难点就是状态变化后如何触发视图的变化。Vue2.0采用的发布/订阅模式,即每个状态都会有自己的一个订阅中心,订阅中心放着一个个订阅者,订阅者身上有关于dom的更新函数。当状态改变时会发布消息:我变了!订阅中心会挨个告诉订阅者,订阅者知道了就去执行自己的更新函数。

源码解析

今天涉及到的代码全在observer文件夹下。流程大致如下:

function Vue (options) {
    // ...
    var data = options.data;
    data = typeof data === 'function' ? data() : data || {};
    observe(data, this);
    Watcher(this, this.render, this._update);
    // ...
}

先对 data 进行数据劫持(observe),然后为当前实例创建一个订阅者(Watcher)。具体如何实现,下面将逐一阐述。

数据劫持

数据劫持的实质就是使用 defineProperty 重写对象属性的 getter/setter 方法。但由于defineProperty 无法监测到对象和数组内部的变化,所以遇到子属性为对象时,会递归观察该属性直至简单数据类型;为数组时的处理是重写pushpopshift等方法,方法内部通知订阅中心:状态变化了!这样就能对所有类型数据进行监听了。

我们先看看入口函数observe()

function observe (value, vm) {
  // 若检测数据不是对象,则退出
  if (typeof value !== 'object') return;
  var ob;
  if (value.__ob__ && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__;
  } else {
    ob = new Observer(value);
  }
  return ob;
}

observe()方法尝试为 value 创建观察者实例,观察成功则返回新的观察者或已有的观察者。__ob__属性下面将提到,即对象被观察过后会有__ob__属性,用于存储观察者实例。再来看看Observer类:

function Observer (value) {
  this.value = value;
  // 给value对象通过defineProperty追加__ob__属性
  def(value, '__ob__', this); 
  // 特殊处理数组
  if (Array.isArray(value)) {
    value.__proto__ = arrayMethods;
    value.forEach(item => {
      observe(item);
    })
  } else {
    this.walk(value);
  }
}

很明显看到,Observer类除开属性的定义,就是对数组的特殊处理了。处理的方法是通过原型链去修改数组的pushpopshift...等等方法,当然,还需要对数组的每个元素进行observe(),因为数组元素也可能是对象,我们要继续劫持,直到基本类型!我们先来看下arrayMethods具体是怎么修改的这些方法:

const arrayProto = Array.prototype;
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto);

['push','pop','shift','unshift','splice','sort','reverse']
.forEach(method => {
  // 拿到对应的原生方法
  var original = arrayProto[method];
  def(arrayMethods, method, () => {
    // 参数处理
    var i = arguments.length;
    var args = new Array(i);
    while (i--) {
      args[i] = arguments[i];
    }
    // 运行原生方法
    var result = original.apply(this, args);
    var ob = this.__ob__;
    // 特殊处理数组插入方法
    var inserted;
    switch (method) {
      case 'push':
        inserted = args;
        break;
      case 'unshift':
        inserted = args;
        break;
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2);
        break;
    }
    // 对插入的参数进行数据劫持
    if (inserted) ob.observeArray(inserted);
    // 发布改变通知
    ob.dep.notify();
    return result;
  })
})

能看出arrayMethods的构造其实也很简单,首先是根据数组的prototype创建一个新对象,然后对数组方法进行逐个重写。方法重写的重点在于:

  1. 继续监听插入类方法(push、unshift、splice)带入的新数据
  2. 数组方法在调用时强行触发通知:dep.notify()

到这,defineProperty无法监听数组内部变化的问题解决了,当然,你通过数组下标修改内部数据还是察觉不到的!

我们继续来看,walk()函数:

Observer.prototype.walk = function (obj) {
  var keys = Object.keys(obj);
  for (var i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
    this.convert(keys[i], obj[keys[i]]);
  }
}
Observer.prototype.convert = function (key, val) {
  defineReactive(this.value, key, val);
}

walk()意思就是遍历对象的每个属性,并侵占(convert)它们的getter/setter,接下来就是整个数据劫持的重点函数defineReactive():

function defineReactive (obj, key, val) {
  var dep = new Dep();

  // 获取对象的对象描述
  var property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key);
  // 是否可配置
  if (property && property.configurable === false) return;
  // 获取原来的get、set
  var getter = property && property.get;
  var setter = property && property.set;

  // 递归:继续监听该属性值(只有val为对象时才有childOb)
  var childOb = observe(val);

  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,    // 可枚举
    configurable: true,    // 可配置
    get: ...,
    set: ...
  })
}

以上为defineReactive()函数的内部结构,先定义了依赖中心Dep,再获取对象的原生get/set方法,然后递归监听该属性,因为当前属性可能也是对象,最后通过defineProperty劫持getter/setter函数,依次看一下get/set:

get: function reactiveGetter () {
  // 计算value
  var value = getter ? getter.call(obj) : val
  if (Dep.target) {
    // 添加依赖
    dep.depend();
    // 如果有子观察者,也给它添加依赖
    if (childOb) {
      childOb.dep.depend();
    }
    // 如果该属性是数组,查看每项是否含观察者对象,有则添加依赖
    if (isArray(value)) {
      for (var e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
        e = value[i];
        e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend();
      }
    }
  }
  return value;
}

大家看完这个函数,除开if语句,其他的都是get的基本逻辑。至于Dep.target的含义,我的理解是它就像一个开关,当开关在打开的状态下访问该属性,则会被添加到订阅中心。至于什么时候开关打开、关闭,以及把谁添加到订阅中心,先留下疑问。继续看下set

set: function reactiveSetter (newVal) {
  // 计算value
  var value = getter ? getter.call(obj) : val;
  // 新旧值是否相等
  if (newVal === value) return;
  // 不相等,设置新值
  if (setter) {
    setter.call(obj, newVal);
  } else {
    val = newVal;
  }
  // 劫持新值
  childOb = observe(newVal);
  // 发送变更通知
  dep.notify();
}

set也比较好理解,先是新旧值的比较,若不相等,则需要:设置新值,劫持新值,发布通知

到这,数据劫持就完成了。总之,observe对数据对象进行了递归遍历,递归包括数组和子对象,将每个属性的getter/setter进行了改造,使得在特殊情况下获取值(xxx.name)会添加到订阅中心,在设置值(xxx.name = 'Tom')会触发订阅中心的通知事件

订阅中心

订阅中心也就是前面提到的Dep,它要做的事情很简单,维护一个容器(数组)存储订阅者,也就是说它有添加订阅者功能和发布通知功能。简单看一下:

let uid = 0;
function Dep () {
  this.id = uid++;
  this.subs = [];
}
// 添加订阅者
Dep.prototype.addSub = function (sub) {
  this.subs.push(sub);
}
// 将自己作为依赖传给目标订阅者
Dep.prototype.depend = function () {
  Dep.target.addDep(this);
}
// 通知所有订阅者
Dep.prototype.notify = function () {
  var subs = this.subs.slice();
  for (var i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
    subs[i].update();
  }
}
Dep.target = null;

数据劫持中提到,当Dep.target存在时调用get,会触发dep.depend()添加订阅者,那么这个Dep.target.addDep()方法里肯定含添加订阅者addSub()方法。

注意Dep.target的默认值为null

订阅者

订阅者也就是前面提到的Watcher,因为它也用于$watch()接口,所以这边对其简化分析。

Watcher接收3个参数,vm:Vue实例对象,fn:渲染函数,cb:更新函数。先看看Watcher对象:

function Watcher (vm, fn, cb) {
  this.vm = vm;
  this.fn = fn;
  this.cb = cb;
  this.depIds = new Set();

  this.value = this.get();
}

// 向当前watcher添加依赖项
Watcher.prototype.addDep = function (dep) {
  var id = dep.id;
  // 防止重复向订阅中心添加订阅者
  if (!this.depIds.has(id)) {
    this.depIds.add(id);
    dep.addSub(this);
  }
}

WatcheraddDep()方法内为了防止重复添加订阅者到订阅中心,故维护了一个Set用于存储订阅中心(Dep)的id,每次添加前看是否已存在。
Watcher在初始化时,执行了get()函数,看看方法内部:

Watcher.prototype.get = function () {
  // 打开开关,指向自身(Watcher)
  Dep.target = this;
  // 指向渲染函数,会触发getter
  var value = this.fn.call(this.vm);
  // 关闭开关
  Dep.target = null;
  return value;
}

之前一直不理解这边为什么会将订阅者推入各个订阅中心,后来才发现巧妙的地方:Dep.target指向当前Watcher(打开开关),然后执行渲染函数,渲染函数用到的数据都会触发其get,这样就把当前Watcher加入到这些数据的订阅中心了!然后Dep.target = null(开关关闭)。

另外还有一个就是update函数,也就是数据的set被触发是,其订阅中心会发布通知(notify()),而notify()方法的本质就是依次执行订阅者的update()方法。让我们看一下:

Watcher.prototype.update = function () {
  var value = this.get();
  if (value !== this.value) {
    var oldValue = this.value;
    this.value = value;
    this.cb.call(this.vm, value, oldValue);
  }
}

update()方法其实就是拿新值和旧值比较,如果不一样就把它们作为参数,执行更新回调函数。

到这,关于订阅者部分的已经说完了。再回看到前面的调用Watcher(this, this.render, this._update);,这边的渲染函数也就是前篇文章讲的render函数,而_update函数是用于比较vdom并更新的函数,这是下一篇文章要说的内容。

总结

最后再来理一遍,observe递归遍历整个data,给每个属性创建一个订阅中心,而且重写他们的getter/setter方法:在特殊情况(Dep.target存在)下get会添加订阅者到订阅中心,在set时会通知订阅中心,继而通知每位订阅者;订阅者会特殊情况(Dep.target存在)下,执行render函数,get每一个涉及到的数据。这样,以后只要有数据发生变动,就会触发该订阅者的更新函数,就会引起dom的变化!

最近工作比较忙,博客写的比较慢,可能也会有各种问题(┬_┬)...

溜了溜了

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