Vue3响应式源码分析 - reactive篇

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小绵羊
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    最近一阶段在学习Vue3，Vue3中用 reactive、ref 等方法将数据转化为响应式数据，在获取时使用 track 往 effect 中收集依赖，在值改变时，使用 trigger 触发依赖，执行对应的监听函数，这次就先来看一下 reactive 的源码。

    前置知识：

    在 reactive 中会根据传入数据的类型，做一下分类：

    function getTargetType(value: Target) {
  return value[ReactiveFlags.SKIP] || !Object.isExtensible(value)
    ? TargetType.INVALID
    : targetTypeMap(toRawType(value))
}

const enum TargetType {
  // 无效的 比如基础数据类型
  INVALID = 0,
  // 常见的 比如object Array
  COMMON = 1,
  // 集合类型比如 map set
  COLLECTION = 2
}

function targetTypeMap(rawType: string) {
  switch (rawType) {
    case 'Object':
    case 'Array':
      return TargetType.COMMON
    case 'Map':
    case 'Set':
    case 'WeakMap':
    case 'WeakSet':
      return TargetType.COLLECTION
    default:
      return TargetType.INVALID
  }
}

    比如说，如果传入的是 Object、Array，就是常见类型（），传入 Map、Set等就是集合类型，其他的比如传入基础数据，就是无效类型 (INVALID)，基础数据要用 ref。

    export const enum ReactiveFlags {
  SKIP = '__v_skip',              // 标记一个不能转换为响应式数据的对象
  IS_REACTIVE = '__v_isReactive', // 标记一个响应式对象
  IS_READONLY = '__v_isReadonly', // 标记一个只读对象
  IS_SHALLOW = '__v_isShallow',   // 标记只有一层响应的浅可读写对象
  RAW = '__v_raw'                 // 标记获取原始值
}

    还有 Vue3 中数据会有一些标记，比如上面的 getTargetType 方法，当target被标记为 ReactiveFlags.SKIP 或是 不可拓展的，则会返回 TargetType.INVALID，无法创建代理，因为Vue需要对Target代理附加很多东西，如果是不可拓展的则会附加失败；或是用户主动调用 markRaw 等方法将数据标记为非响应式数据，那么也无法创建代理。

    进入正题：

    reactive的源码在官方源码的packages/reactivity/src/reactive.ts文件中，源码中提供了四个Api来创建reactive类对象：

    • reactive：创建可深入响应的可读写对象
    • readonly：创建可深入响应的只读对象
    • shallowReactive：创建只有第一层响应的浅可读写对象(其他层，值改变视图不更新)
    • shallowReadonly：创建只有一层响应的浅只读对象

    它们都是调用 createReactiveObject 方法来创建响应式对象，区别在于传入不同的参数：

    function reactive(target: object) {
  // 如果是只读的话直接返回
  if (isReadonly(target)) {
    return target
  }
  return createReactiveObject(
    // 目标对象
    target,
    // 标识是否是只读
    false,
    // 常用类型拦截器
    mutableHandlers,
    // 集合类型拦截器
    mutableCollectionHandlers,
    // 储了每个对象与代理的map关系
    reactiveMap
  )
}

function shallowReactive(target) {
  return createReactiveObject(
    target,
    false,
    shallowReactiveHandlers,
    shallowCollectionHandlers,
    shallowReactiveMap
  );
}

// readonly、shallowReadonly代码这里省略，区别在于传入的拦截器等参数不同

export const reactiveMap = new WeakMap<Target, any>()

    createReactiveObject 代码如下：

    function createReactiveObject(
  target: Target,
  isReadonly: boolean,
  baseHandlers: ProxyHandler<any>,
  collectionHandlers: ProxyHandler<any>,
  proxyMap: WeakMap<Target, any>
) {
  // 如果代理的数据不是对象，则直接返回原对象
  if (!isObject(target)) {
    return target
  }

  // 如果传入的已经是代理了 并且 不是readonly 转换 reactive的直接返回
  if (
    target[ReactiveFlags.RAW] &&
    !(isReadonly && target[ReactiveFlags.IS_REACTIVE])
  ) {
    return target
  }

  // 查看当前代理对象之前是不是创建过当前代理，如果创建过直接返回之前缓存的代理对象
  // proxyMap 是一个全局的缓存WeakMap
  const existingProxy = proxyMap.get(target)
  if (existingProxy) {
    return existingProxy
  }

  // 如果当前对象无法创建代理，则直接返回源对象
  const targetType = getTargetType(target)
  if (targetType === TargetType.INVALID) {
    return target
  }

  //  根据targetType 选择集合拦截器还是基础拦截器
  const proxy = new Proxy(
    target,
    targetType === TargetType.COLLECTION ? collectionHandlers : baseHandlers
  )

  // 向全局缓存Map里存储
  proxyMap.set(target, proxy)
  return proxy
}

    这个方法里最主要的就是使用 new Proxy 创建代理，根据 targat 类型不同使用不同的拦截器。其中的 getTargetType方法是用来获取传入target的类型：

    export function markRaw<T extends object>(value: T): T {
  def(value, ReactiveFlags.SKIP, true)
  return value
}

    看完了入口函数，接下来就是创建Proxy对象的过程了，Vue3会根据getTargetType返回的数据类型来选择是使用collectionHandlers集合拦截器还是baseHandlers常用拦截器，原因下面讲到集合拦截器的时候再说。

    常用拦截器baseHandlers:

    1. get 拦截器:

      function createGetter(isReadonly = false, shallow = false) {
  return function get(target: Target, key: string | symbol, receiver: object) {
 if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) { // 获取当前是否是reactive
   return !isReadonly
 } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) { // 获取当前是否是readonly
   return isReadonly
 } else if (key === ReactiveFlags.IS_SHALLOW) { // 获取当前是否是shallow
   return shallow
 } else if (
   // 如果获取源对象，在全局缓存WeakMap中获取是否有被创建过，如果创建过直接返回被代理对象
   key === ReactiveFlags.RAW &&
   receiver ===
     (isReadonly
       ? shallow
         ? shallowReadonlyMap
         : readonlyMap
       : shallow
       ? shallowReactiveMap
       : reactiveMap
     ).get(target)
 ) {
   return target
 }

 // 是否是数组
 const targetIsArray = isArray(target)

 // arrayInstrumentations相当于一个改造器，里面定义了数组需要改造的方法，进行一些依赖收集等操作
 // 如果是数组，并且访问的方法在改造器中，则使用改造器获取
 if (!isReadonly && targetIsArray && hasOwn(arrayInstrumentations, key)) {
   return Reflect.get(arrayInstrumentations, key, receiver)
 }

 // 获取结果
 const res = Reflect.get(target, key, receiver)

 if (isSymbol(key) ? builtInSymbols.has(key) : isNonTrackableKeys(key)) {
   return res
 }

 // 如果不是只读则收集依赖，Vue3中用track收集依赖
 if (!isReadonly) {
   track(target, TrackOpTypes.GET, key)
 }

 // shallow只有表层响应式，不需要下面去深度创建响应了
 if (shallow) {
   return res
 }

 // 如果获取的值是ref类型
 if (isRef(res)) {
   // 如果是数组 并且 是int类型的 key，则返回，否则返回.value属性
   return targetIsArray && isIntegerKey(key) ? res : res.value
 }

 if (isObject(res)) {
   // *获取时才创建相对应类型的代理，将访问值也转化为reactive，不是一开始就将所有子数据转换
   return isReadonly ? readonly(res) : reactive(res)
 }

 return res
  }
}

大致步骤为：
// 1. 一开始的几个 if else 是用来获取特定属性时返回特定值的
// 2. 如果是数组，用 arrayInstrumentations 特殊处理
// 3. 获取结果，如果不是 只读 的，就 track 收集依赖
// 4. 如果获取的值是 对象 ，将访问的值也转化

      注意点是当代理类型是 readonly 时，不会收集依赖。
      Vue3对于深层次的对象是使用时才创建的，还有如果结果是ref类型，则需要判断是否要获取它的.value类型，举个🌰：

      const Name = ref('张三')
const Array = ref([1])

const data = reactive({
  name: Name,
  array: Array
})

console.log(Name)          // RefImpl类型
console.log(data.name)     // 张三
console.log(data.array[0]) // 1

      Vue3中使用 arrayInstrumentations对数组的部分方法做了处理，为什么要这么做呢？ 对于 push、pop、 shift、 unshift、 splice 这些方法，写入和删除时底层会获取当前数组的length属性，如果我们在effect中使用的话，会收集length属性的依赖，当使用这些api是也会更改length，就会造成死循环：

       let arr = []
 let proxy = new Proxy(arr, {
get: function(target, key, receiver) {
  console.log(key)
  return Reflect.get(target, key, receiver)
}
 })
 proxy.push(1)
 /* 打印 */
 // push
 // length
      // 当把这个代码注释掉时
// if (!isReadonly && targetIsArray && hasOwn(arrayInstrumentations, key)) {
//     return Reflect.get(arrayInstrumentations, key, receiver);
// }

const arr = reactive([])

watchEffect(() => {
 arr.push(1)
})

watchEffect(() => {
 arr.push(2)    
 // 上面的effect里收集了对length的依赖，push又改变了length，所以上面的又会触发，以此类推，死循环
})

// [1,2,1,2 ...] 死循环
console.log(arr)

      对于 includes、 indexOf、 lastIndexOf，内部会去获取每一个的值，上面讲到如果获取出来的结果是Obejct，会自动转换为reactive对象：

      let target = {name: '张三'}

const arr = reactive([target])

console.log(arr.indexOf(target)) // -1

      因为实际上是 reactive(target) 和 target 在对比，当然查不到。

    2. set 拦截器

      function createSetter(shallow = false) {
 return function set(target, key, value, receiver) {
     // 获取旧数据
     let oldValue = target[key];
     if (isReadonly(oldValue) && isRef(oldValue) && !isRef(value)) {
         return false;
     }
     // 如果当前不是shallow并且不是只读的
     if (!shallow && !isReadonly(value)) {
         if (!isShallow(value)) {
             // 如果新value本身是响应对象，就把他变成普通对象
             // 在get中讲到过如果取到的值是对象，才转换为响应式
             // vue3在代理的时候，只代理第一层，在使用到的时候才会代理第二层
             value = toRaw(value);
             oldValue = toRaw(oldValue);
         }
         // 如果旧的值是ref对象，新值不是，则直接赋值给ref对象的value属性
         if (!isArray(target) && isRef(oldValue) && !isRef(value)) {
             // 这里不触发trigger是因为，ref对象在value被赋值的时候会触发写操作，也会触发依赖更新
             oldValue.value = value;
             return true;
         }
     }
     const hadKey = isArray(target) && isIntegerKey(key)
         ? Number(key) < target.length
         : hasOwn(target, key);
     const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
     // 这个判断主要是为了处理代理对象的原型也是代理对象的情况
     if (target === toRaw(receiver)) {
         if (!hadKey) {
             // key不存在就 触发add类型的依赖更新
             trigger(target, "add" /* ADD */, key, value);
         }
         else if (hasChanged(value, oldValue)) {
             // key存在就触发set类型依赖更新
             trigger(target, "set" /* SET */, key, value, oldValue);
         }
     }
     return result;
 };
}

      set中还有一个要注意的地方就是 target === toRaw(receiver)，这主要是为了处理代理对象的原型也是代理对象的情况：

      const child = reactive({})

let parentName = ''
const parent = reactive({
  set name(value) {
     parentName = value
  },
  get name() {
     return parentName
  }
})

Object.setPrototypeOf(child, parent)

child.name = '张三'

console.log(toRaw(child)) // {name: 张三}
console.log(parentName) // 张三

      当这种时候，如果不加上这个判断，由于子代理没有name这个属性，会触发原型父代理的set，加上这个判断避免父代理也触发更新。

    集合拦截器collectionHandlers:

    集合类型的数据比较特殊，其相关实例方法Proxy没有提供相关的捕获器，但是因为方法调用属于属性获取操作，所以都可以通过捕获get操作来实现，所以Vue3也只定义了get拦截：

    export const mutableCollectionHandlers: ProxyHandler<CollectionTypes> = {
  get: /*#__PURE__*/ createInstrumentationGetter(false, false)
}

function createInstrumentationGetter(isReadonly: boolean, shallow: boolean) {
  const instrumentations = shallow
    ? isReadonly
      ? shallowReadonlyInstrumentations
      : shallowInstrumentations
    : isReadonly
    ? readonlyInstrumentations
    : mutableInstrumentations

  return (
    target: CollectionTypes,
    key: string | symbol,
    receiver: CollectionTypes
  ) => {
    if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
      return !isReadonly
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
      return isReadonly
    } else if (key === ReactiveFlags.RAW) {
      return target
    }

    // 注意这里
    return Reflect.get(
      hasOwn(instrumentations, key) && key in target
        ? instrumentations
        : target,
      key,
      receiver
    )
  }
}

    之前的文章《代理具有内部插槽的内建对象》中说过Proxy代理具有内部插槽的内建对象，访问Proxy上的属性会发生错误。Vue3中是如何解决的呢？

    Vue3中新创建了一个和集合对象具有相同属性和方法的普通对象，在集合对象 get 操作时将 target 对象换成新创建的普通对象。这样，当调用 get 操作时 Reflect 反射到这个新对象上，当调用 set 方法时就直接调用新对象上可以触发响应的方法，这样访问的就不是Proxy上的方法，是这个新对象上的方法：

    function createInstrumentations() {
  const mutableInstrumentations: Record<string, Function> = {
    get(key: unknown) {
      return get(this, key)
    },
    get size() {
      return size(this as unknown as IterableCollections)
    },
    has,
    add,
    set,
    delete: deleteEntry,
    clear,
    forEach: createForEach(false, false)
  }
  
  const iteratorMethods = ['keys', 'values', 'entries', Symbol.iterator]
  iteratorMethods.forEach(method => {
    mutableInstrumentations[method as string] = createIterableMethod(
      method,
      false,
      false
    )
  })

  return [
    mutableInstrumentations
  ]
}

    接下来看一看几个具体的拦截器，其实都大同小异了：

    1. get 拦截器：

      function get(
  target: MapTypes,
  key: unknown,
  isReadonly = false,
  isShallow = false
) {
  // 如果出现readonly(reactive())这种嵌套的情况，在readonly代理中获取到reactive()
  // 确保get时也要经过reactive代理
  target = (target as any)[ReactiveFlags.RAW]
  const rawTarget = toRaw(target)
  const rawKey = toRaw(key)
  // 确保 包装后的key 和 没包装的key 都能访问得到
  if (!isReadonly) {
     if (key !== rawKey) {
       track(rawTarget, TrackOpTypes.GET, key)
     }
     track(rawTarget, TrackOpTypes.GET, rawKey)
  }
  const { has } = getProto(rawTarget)
  const wrap = isShallow ? toShallow : isReadonly ? toReadonly : toReactive
  if (has.call(rawTarget, key)) {
     return wrap(target.get(key))
  } else if (has.call(rawTarget, rawKey)) {
     return wrap(target.get(rawKey))
  } else if (target !== rawTarget) {
     target.get(key)
  }
}

      集合拦截器里把 key 和 rawKey 都做了处理，保证都能取到数据：

      let child = {
  name: 'child'
}

const childProxy = reactive(child)

const map = reactive(new Map())

map.set(childProxy, 1234)

console.log(map.get(child)) // 1234
console.log(map.get(childProxy)) // 1234

    2. set 拦截器：

      // Map set拦截器
function set(this: MapTypes, key: unknown, value: unknown) {
  // 存origin value
  value = toRaw(value);
  // 获取origin target
  const target = toRaw(this);
  const { has, get } = getProto(target);

  // 查看当前key是否存在
  let hadKey = has.call(target, key);
  // 如果不存在则获取 origin
  if (!hadKey) {
     key = toRaw(key);
     hadKey = has.call(target, key);
  } else if (__DEV__) {
     // 检查当前是否包含原始版本 和响应版本在target中，有的话发出警告
     checkIdentityKeys(target, has, key);
  }

  // 获取旧的value
  const oldValue = get.call(target, key);
  // 设置新值
  target.set(key, value);
  if (!hadKey) {
     trigger(target, TriggerOpTypes.ADD, key, value);
  } else if (hasChanged(value, oldValue)) {
     trigger(target, TriggerOpTypes.SET, key, value, oldValue);
  }
  return this;
}

    3. has 拦截器：

      function has(this: CollectionTypes, key: unknown, isReadonly = false): boolean {
  // 获取代理前数据
  const target = (this as any)[ReactiveFlags.RAW]
  const rawTarget = toRaw(target)
  const rawKey = toRaw(key)
  // 如果key是响应式的都收集一遍
  if (key !== rawKey) {
     !isReadonly && track(rawTarget, TrackOpTypes.HAS, key)
  }
  !isReadonly && track(rawTarget, TrackOpTypes.HAS, rawKey)

  // 如果key是Proxy 那么先访问 proxyKey 在访问 原始key 获取结果
  return key === rawKey
 ? target.has(key)
 : target.has(key) || target.has(rawKey)
}

    4. forEach 拦截器：

      function createForEach(isReadonly: boolean, isShallow: boolean) {
  return function forEach(
     this: IterableCollections,
     callback: Function,
     thisArg?: unknown
  ) {
 const observed = this as any
 const target = observed[ReactiveFlags.RAW]
 const rawTarget = toRaw(target)
 const wrap = isShallow ? toShallow : isReadonly ? toReadonly : toReactive
 !isReadonly && track(rawTarget, TrackOpTypes.ITERATE, ITERATE_KEY)
 // 劫持传递进来的callback，让传入callback的数据转换成响应式数据
 return target.forEach((value: unknown, key: unknown) => {
   // 确保拿到的值是响应式的
   return callback.call(thisArg, wrap(value), wrap(key), observed)
 })
  }
}

    结尾

    我是周小羊，一个前端萌新，写文章是为了记录自己日常工作遇到的问题和学习的内容，提升自己，如果您觉得本文对你有用的话，麻烦点个赞鼓励一下哟~
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