图解 Vue 响应式原理

最近部门分享，有同学提到了 Vue 响应式原理，大家在讨论时，发现一些同学对这一知识理解还不够深入，不能形成一个闭环，为了帮助大家理解这个问题，我重新过了一下 Vue 源码，并整理了多张流程图，便于大家理解。

• Vue 初始化
• 模板渲染
• 组件渲染

本文 Vue 源码版本：2.6.11，为了便于理解，均有所删减。

本文将从以下两个方面进行探索：

• 从 Vue 初始化，到首次渲染生成 DOM 的流程。
• 从 Vue 数据修改，到页面更新 DOM 的流程。

Vue 初始化

先从最简单的一段 Vue 代码开始：

<template>
  <div>
    {{ message }}
  </div>
</template>
<script>
new Vue({
  data() {
    return {
      message: "hello world",
    };
  },
});
</script>

这段代码很简单，最终会在页面上打印一个 hello world，它是如何实现的呢？

我们从源头：new Vue 的地方开始分析。

// 执行 new Vue 时会依次执行以下方法
// 1. Vue.prototype._init(option)
// 2. initState(vm)
// 3. observe(vm._data)
// 4. new Observer(data)

// 5. 调用 walk 方法，遍历 data 中的每一个属性，监听数据的变化。
function walk(obj) {
  const keys = Object.keys(obj);
  for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
    defineReactive(obj, keys[i]);
  }
}

// 6. 执行 defineProperty 监听数据读取和设置。
function defineReactive(obj, key, val) {
  // 为每个属性创建 Dep（依赖搜集的容器，后文会讲）
  const dep = new Dep();
  // 绑定 get、set
  Object.defineProperty(obj, key, {
    get() {
      const value = val;
      // 如果有 target 标识，则进行依赖搜集
      if (Dep.target) {
        dep.depend();
      }
      return value;
    },
    set(newVal) {
      val = newVal;
      // 修改数据时，通知页面重新渲染
      dep.notify();
    },
  });
}

数据描述符绑定完成后，我们就能得到以下的流程图：

图中我们可以看到，Vue 初始化时，进行了数据的 get、set 绑定，并创建了一个 Dep 对象。

对于数据的 get、set 绑定我们并不陌生，但是 Dep 对象什么呢？

Dep 对象用于依赖收集，它实现了一个发布订阅模式，完成了数据 Data 和渲染视图 Watcher 的订阅，我们一起来剖析一下。

class Dep {
  // 根据 ts 类型提示，我们可以得出 Dep.target 是一个 Watcher 类型。
  static target: ?Watcher;
  // subs 存放搜集到的 Watcher 对象集合
  subs: Array<Watcher>;
  constructor() {
    this.subs = [];
  }
  addSub(sub: Watcher) {
    // 搜集所有使用到这个 data 的 Watcher 对象。
    this.subs.push(sub);
  }
  depend() {
    if (Dep.target) {
      // 搜集依赖，最终会调用上面的 addSub 方法
      Dep.target.addDep(this);
    }
  }
  notify() {
    const subs = this.subs.slice();
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      // 调用对应的 Watcher，更新视图
      subs[i].update();
    }
  }
}

根据对 Dep 的源码分析，我们得到了下面这张逻辑图：

了解 Data 和 Dep 之后，我们来继续揭开 Watcher 的面纱。

class Watcher {
  constructor(vm: Component, expOrFn: string | Function) {
    // 将 vm._render 方法赋值给 getter。
    // 这里的 expOrFn 其实就是 vm._render，后文会讲到。
    this.getter = expOrFn;
    this.value = this.get();
  }
  get() {
    // 给 Dep.target 赋值为当前 Watcher 对象
    Dep.target = this;
    // this.getter 其实就是 vm._render
    // vm._render 用来生成虚拟 dom、执行 dom-diff、更新真实 dom。
    const value = this.getter.call(this.vm, this.vm);
    return value;
  }
  addDep(dep: Dep) {
    // 将当前的 Watcher 添加到 Dep 收集池中
    dep.addSub(this);
  }
  update() {
    // 开启异步队列，批量更新 Watcher
    queueWatcher(this);
  }
  run() {
    // 和初始化一样，会调用 get 方法，更新视图
    const value = this.get();
  }
}

源码中我们看到，Watcher 实现了渲染方法 _render 和 Dep 的关联， 初始化 Watcher 的时候，打上 Dep.target 标识，然后调用 get 方法进行页面渲染。加上上文的 Data，目前 Data、Dep、Watcher 三者的关系如下：

我们再拉通串一下整个流程：Vue 通过 defineProperty 完成了 Data 中所有数据的代理，当数据触发 get 查询时，会将当前的 Watcher 对象加入到依赖收集池 Dep 中，当数据 Data 变化时，会触发 set 通知所有使用到这个 Data 的 Watcher 对象去 update 视图。

目前的整体流程如下：

上图的流程中 Data 和 Dep 都是 Vue 初始化时创建的，但现在我们并不知道 Wacher 是从哪里创建的，带着这个问题，我们接着往下探索。

模板渲染

上文中，我们分析了初始化 Vue 过程中处理数据的部分，接下来，我们分析一下数据渲染的部分。

其实 new Vue 执行到最后，会调用 mount 方法，将 Vue 实例渲染成 dom 。

// new Vue 执行流程。
// 1. Vue.prototype._init(option)
// 2. vm.$mount(vm.$options.el)
// 3. render = compileToFunctions(template) ，编译 Vue 中的 template 模板，生成 render 方法。
// 4. Vue.prototype.$mount 调用上面的 render 方法挂载 dom。
// 5. mountComponent

// 6. 创建 Watcher 实例
const updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render());
};
// 结合上文，我们就能得出，updateComponent 就是传入 Watcher 内部的 getter 方法。
new Watcher(vm, updateComponent);

// 7. new Watcher 会执行 Watcher.get 方法
// 8. Watcher.get 会执行 this.getter.call(vm, vm) ，也就是执行 updateComponent 方法
// 9. updateComponent 会执行 vm._update(vm._render())

// 10. 调用 vm._render 生成虚拟 dom
Vue.prototype._render = function (): VNode {
  const vm: Component = this;
  const { render } = vm.$options;
  let vnode = render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement);
  return vnode;
};
// 11. 调用 vm._update(vnode) 渲染虚拟 dom
Vue.prototype._update = function (vnode: VNode) {
  const vm: Component = this;
  if (!prevVnode) {
    // 初次渲染
    vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false);
  } else {
    // 更新
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode);
  }
};
// 12. vm.__patch__ 方法就是做的 dom diff 比较，然后更新 dom，这里就不展开了。

看完 Vue 模板渲染的过程，我们可以得到如下的流程图：

到这里，我们就知道了 Watcher 其实是在 Vue 初始化的阶段创建的，属于生命周期中 beforeMount 的位置创建的，创建 Watcher 时会执行 render 方法，最终将 Vue 代码渲染成真实的 DOM。

我们再将之前的流程整合一下，就能得到以下的流程：

上图分析了 Vue 初始化到渲染 DOM 的整个过程，最后我们再分析一下，当数据变化时，Vue 又是怎么进行更新的？

其实，在上图也能看出，在 Data 变化时，会调用 Dep.notify 方法，随即调用 Watcher 内部的 update 方法，此方法会将所有使用到这个 Data 的 Watcher 加入一个队列，并开启一个异步队列进行更新，最终执行 _render 方法完成页面更新。

整体的流程如下：

好了，探索到这里，Vue 的响应式原理，已经被我们分析透彻了，如果你还没有明白，不妨再细品一下上图。

组件渲染

本来探索到上面的流程图就结束了，但好奇的我又想到了一个问题 😂。

Vue 组件又是怎么渲染的呢？

带着这个问题，我继续查阅了源码。

// 从模板编译开始，当发现一个自定义组件时，会执行以下函数
// 1. compileToFunctions(template)
// 2. compile(template, options);
// 3. const ast = parse(template.trim(), options)
// 4. const code = generate(ast, options)
// 5. createElement

// 6. createComponent
export function createComponent(
  Ctor: Class<Component> | Function | Object | void,
  data: ?VNodeData,
  context: Component,
  children: ?Array<VNode>,
  tag?: string
): VNode | Array<VNode> | void {
  // $options._base 其实就是全局 Vue 构造函数，在初始化时 initGlobalAPI 中定义的：Vue.options._base = Vue
  const baseCtor = context.$options._base;
  // Ctor 就是 Vue 组件中 <script> 标签下 export 出的对象
  if (isObject(Ctor)) {
    // 将组件中 export 出的对象，继承自 Vue，得到一个构造函数
    // 相当于 Vue.extend(YourComponent)
    Ctor = baseCtor.extend(Ctor);
  }
  const vnode = new VNode(`vue-component-${Ctor.cid}xxx`);
  return vnode;
}

// 7. 实现组件继承 Vue，并调用 Vue._init 方法，进行初始化
Vue.extend = function (extendOptions: Object): Function {
  const Super = this;
  const Sub = function VueComponent(options) {
    // 调用 Vue.prototype._init，之后的流程就和首次加载保持一致
    this._init(options);
  };
  // 原型继承，相当于：Component extends Vue
  Sub.prototype = Object.create(Super.prototype);
  Sub.prototype.constructor = Sub;
  return Sub;
};

看完组件渲染的源码后，结合上文，重新整理了一张流程图，图中的蓝色部分就是渲染组件的过程。

好了，现在是真的结束了，最终的流程图就是上面的这一张图。

问个问题，现在你理解 Vue 响应式原理了吗？

如果仍觉得不好理解，我这里还准备了一张带标注的简图 😂

思考与总结

本文从源码的角度，介绍了 Vue 响应式原理，来简单回顾一下吧。

1. 从 new Vue 开始，首先通过 get、set 监听 Data 中的数据变化，同时创建 Dep 用来搜集使用该 Data 的 Watcher。
2. 编译模板，创建 Watcher，并将 Dep.target 标识为当前 Watcher。
3. 编译模板时，如果使用到了 Data 中的数据，就会触发 Data 的 get 方法，然后调用 Dep.addSub 将 Watcher 搜集起来。
4. 数据更新时，会触发 Data 的 set 方法，然后调用 Dep.notify 通知所有使用到该 Data 的 Watcher 去更新 DOM。

最后，如果你对此有任何想法，欢迎留言评论！