Vue响应式原理模拟
wkxk 前端攻城狮

准备工作

  • 数据驱动

  • 响应式的核心原理

  • 发布订阅模式和观察者模式

数据驱动

  • 数据响应式、双向绑定、数据驱动

  • 数据响应式

    • 数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象,而当我们修改数据时,视图会进行更新,避免了繁琐的 DOM 操作,提高开发效率
  • 双向绑定

    • 数据改变,视图改变;视图改变,数据也随之改变
    • 我们可以使用 v-model 在表单元素上创建双向数据绑定
  • 数据驱动是 Vue 最独特的特性之一

    • 开发过程中仅需要关注数据本身,不需要关心数据是如何渲染到视图

数据响应式的核心原理

Vue 2.x

  • Vue 2.x深入响应式原理

  • MDN - Object.defifineProperty

  • 浏览器兼容 IE8 以上(不兼容 IE8)

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// 模拟 Vue 中的 data 选项 
let data = { msg: 'hello' }
// 模拟 Vue 的实例
let vm = {}
// 数据劫持:当访问或者设置 vm 中的成员的时候,做一些干预操作
Object.defineProperty(vm, 'msg', {
// 可枚举(可遍历)
enumerable: true,
// 可配置(可以使用 delete 删除,可以通过 defineProperty 重新定义)
configurable: true,
// 当获取值的时候执行
get () {
console.log('get: ', data.msg)
return data.msg
},
// 当设置值的时候执行
set (newValue) {
console.log('set: ', newValue)
if (newValue === data.msg) {
return
}
data.msg = newValue
// 数据更改,更新 DOM 的值
document.querySelector('#app').textContent = data.msg
}
})
// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)
  • 如果有一个对象中多个属性需要转换 getter/setter 如何处理?

Vue 3.x

  • MDN - Proxy

  • 直接监听对象,而非属性。

  • ES 6中新增,IE 不支持,性能由浏览器优化

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// 模拟 Vue 中的 data 选项 
let data = { msg: 'hello', count: 0 }
// 模拟 Vue 实例
let vm = new Proxy(data, {
// 当访问 vm 的成员会执行
get (target, key) {
console.log('get, key: ', key, target[key])
return target[key]
},
// 当设置 vm 的成员会执行
set (target, key, newValue) {
console.log('set, key: ', key, newValue)
if (target[key] === newValue) {
return
}
target[key] = newValue
document.querySelector('#app').textContent = target[key]
}
})
// 测试
vm.msg = 'Hello World'
console.log(vm.msg)

发布订阅模式和观察者模式

发布/订阅模式

  • 发布/订阅模式
    • 订阅者
    • 发布者
    • 信号中心

我们假定,存在一个”信号中心”,某个任务执行完成,就向信号中心”发布”(publish)一个信号,其他任务可以向信号中心”订阅”(subscribe)这个信号,从而知道什么时候自己可以开始执行。这就叫做发布/订阅模式(publish-subscribe pattern)

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let vm = new Vue() 
vm.$on('dataChange', () => {
console.log('dataChange')
})
vm.$on('dataChange', () => {
console.log('dataChange1')
})
vm.$emit('dataChange')
  • 兄弟组件通信过程
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// eventBus.js 
// 事件中心
let eventHub = new Vue()
// ComponentA.vue
// 发布者 addTodo:
function () {
// 发布消息(事件)
eventHub.$emit('add-todo', {
text: this.newTodoText
})
this.newTodoText = ''
}
// ComponentB.vue
// 订阅者 created:
function () {
// 订阅消息(事件)
eventHub.$on('add-todo', this.addTodo)
}
  • 模拟 Vue 自定义事件的实现
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class EventEmitter { 
constructor () {
// { eventType: [ handler1, handler2 ] }
this.subs = {}
}
// 订阅通知
$on (eventType, handler) {
this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
this.subs[eventType].push(handler)
}
// 发布通知
$emit (eventType) {
if (this.subs[eventType]) {
this.subs[eventType].forEach(handler => {
handler()
})
}
}
}
// 测试
var bus = new EventEmitter()
// 注册事件
bus.$on('click', function () {
console.log('click')
})
bus.$on('click', function () {
console.log('click1')
})
// 触发事件
bus.$emit('click')

观察者模式

  • 观察者(订阅者) – Watcher

    • update():当事件发生时,具体要做的事情
  • 目标(发布者) – Dep

    • subs 数组:存储所有的观察者
    • addSub():添加观察者
    • notify():当事件发生,调用所有观察者的 update() 方法
  • 没有事件中心

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// 目标(发布者) 
// Dependency
class Dep {
constructor () {
// 存储所有的观察者
this.subs = []
}
// 添加观察者
addSub (sub) {
if (sub && sub.update) {
this.subs.push(sub)
}
}
// 通知所有观察者
notify () {
this.subs.forEach(sub => {
sub.update()
})
}
}
// 观察者(订阅者)
class Watcher {
update () {
console.log('update')
}
}
// 测试
let dep = new Dep()
let watcher = new Watcher()
dep.addSub(watcher)
dep.notify()

总结

  • 观察者模式是由具体目标调度,比如当事件触发,Dep 就会去调用观察者的方法,所以观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的。

  • 发布/订阅模式由统一调度中心调用,因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在。

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Vue 响应式原理模拟

整体分析

  • Vue 基本结构

  • 打印 Vue 实例观察

  • 整体结构

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  • Vue

    • 把 data 中的成员注入到 Vue 实例,并且把 data 中的成员转成 getter/setter
  • Observer

    • 能够对数据对象的所有属性进行监听,如有变动可拿到最新值并通知 Dep
  • Compiler

    • 解析每个元素中的指令/插值表达式,并替换成相应的数据
  • Dep

    • 添加观察者(watcher),当数据变化通知所有观察者
  • Watcher

    • 数据变化更新视图

Vue

  • 功能

    • 负责接收初始化的参数(选项)
    • 负责把 data 中的属性注入到 Vue 实例,转换成 getter/setter
    • 负责调用 observer 监听 data 中所有属性的变化
    • 负责调用 compiler 解析指令/插值表达式
  • 结构

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  • 代码

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class Vue { 
constructor (options) {
// 1. 保存选项的数据
this.$options = options || {}
this.$data = options.data || {}
const el = options.el
this.$el = typeof options.el === 'string' ? document.querySelector(el) : el
// 2. 负责把 data 注入到 Vue 实例
this._proxyData(this.$data)
// 3. 负责调用 Observer 实现数据劫持
new Observer(this.$data)
// 4. 负责调用 Compiler 解析指令/插值表达式等
new Compiler(this)
}
_proxyData (data) {
// 遍历 data 的所有属性
Object.keys(data).forEach(key => {
Object.defineProperty(this, key, {
get () {
return data[key]
},
set (newValue) {
if (data[key] === newValue) {
return
}
data[key] = newValue
}
})
})
}
}

Observer

  • 功能

    • 负责把 data 选项中的属性转换成响应式数据

    • data 中的某个属性也是对象,把该属性转换成响应式数据

    • 数据变化发送通知

  • 结构

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// 负责数据劫持 
// 把 $data 中的成员转换成 getter/setter
class Observer {
constructor (data) {
this.walk(data)
}
// 1. 判断数据是否是对象,如果不是对象返回
// 2. 如果是对象,遍历对象的所有属性,设置为 getter/setter
walk (data) {
if (!data || typeof data !== 'object') {
return
}
// 遍历 data 的所有成员
Object.keys(data).forEach(key => {
this.defineReactive(data, key, data[key])
})
}
// 定义响应式成员
defineReactive (data, key, val) {
const that = this
// 如果 val 是对象,继续设置它下面的成员为响应式数据
this.walk(val)
Object.defineProperty(data, key, {
configurable: true,
enumerable: true,
get () {
return val
},
set (newValue) {
if (newValue === val) {
return
}
// 如果 newValue 是对象,设置 newValue 的成员为响应式
that.walk(newValue)
val = newValue
}
})
}
}

Compiler

  • 功能

    • 负责编译模板,解析指令/插值表达式
    • 负责页面的首次渲染
    • 当数据变化后重新渲染视图
  • 结构

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  • 代码

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// 负责解析指令/插值表达式 
class Compiler {
constructor (vm) {
this.vm = vm
this.el = vm.$el
// 编译模板
this.compile(this.el)
}
// 编译模板
// 处理文本节点和元素节点
compile (el) {
const nodes = el.childNodes
Array.from(nodes).forEach(node => {
// 判断是文本节点还是元素节点
if (this.isTextNode(node)) {
this.compileText(node)
} else if (
this.isElementNode(node)
) {
this.compileElement(node)
}
if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
// 如果当前节点中还有子节点,递归编译
this.compile(node)
}
})
}
// 判断是否是文本节点
isTextNode (node) {
return node.nodeType === 3
}
// 判断是否是属性节点
isElementNode (node) {
return node.nodeType === 1
}
// 判断是否是以 v- 开头的指令
isDirective (attrName) {
return attrName.startsWith('v-')
}
// 编译文本节点
compileText (node) { }
// 编译属性节点
compileElement (node) { }
}

compileText()

  • 负责编译插值表达式
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// 编译文本节点 
compileText (node) {
const reg = /\{\{(.+)\}\}/
// 获取文本节点的内容
const value = node.textContent
if (reg.test(value)) {
// 插值表达式中的值就是我们要的属性名称
const key = RegExp.$1.trim()
// 把插值表达式替换成具体的值
node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])
}
}

compileElement()

  • 负责编译元素的指令

  • 处理 v-text 的首次渲染

  • 处理 v-model 的首次渲染

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// 编译属性节点 
compileElement (node) {
// 遍历元素节点中的所有属性,找到指令
Array.from(node.attributes).forEach(attr => {
// 获取元素属性的名称
let attrName = attr.name
// 判断当前的属性名称是否是指令
if (this.isDirective(attrName)) {
// attrName 的形式 v-text v-model
// 截取属性的名称,获取 text model
attrName = attrName.substr(2)
// 获取属性的名称,属性的名称就是我们数据对象的属性 v-text="name",获取的是 name
const key = attr.value
// 处理不同的指令
this.update(node, key, attrName)
}
})
}
// 负责更新 DOM
// 创建 Watcher
update (node, key, dir) {
// node 节点,key 数据的属性名称,dir 指令的后半部分
const updaterFn = this[dir + 'Updater']
// 处理 v-on 指令
if (attrName.startsWith('on:')) {
updateFn = this['on' + 'Updater']
const eventType = attrName.split(':')[1]
updateFn.call(this, node, this.vm[key], key, eventType)
return
}
updateFn && updateFn.call(this, node, this.vm[key], key) // 此处的 this 就是 compiler 对象
}
// v-text 指令的更新方法
textUpdater (node, value) {
node.textContent = value
}
// v-model 指令的更新方法
modelUpdater (node, value) {
node.value = value
}
// v-html 指令的更新方法
htmlUpdater (node, value, key) {
node.innerHTML = value
new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
node.innerHTML = newValue
})
}
// 处理 v-on 指令
onUpdater (node, value, key, eventType) {
node.addEventListener(eventType, this.vm.$options.methods[key])
}

Dep(Dependency)

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  • 功能

    • 收集依赖,添加观察者(watcher)
    • 通知所有观察者
  • 结构

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class Dep { 
constructor () {
// 存储所有的观察者
this.subs = []
}
// 添加观察者
addSub (sub) {
if (sub && sub.update) {
this.subs.push(sub)
}
}
// 通知所有观察者
notify () {
this.subs.forEach(sub => {
sub.update()
})
}
}
  • 在 compiler.js 中收集依赖,发送通知
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// defineReactive 中 
// 创建 dep 对象收集依赖
const dep = new Dep()
// getter 中
// get 的过程中收集依赖
Dep.target && dep.addSub(Dep.target)
// setter 中
// 当数据变化之后,发送通知
dep.notify()

Watcher

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  • 功能

    • 当数据变化触发依赖, dep 通知所有的 Watcher 实例更新视图
    • 自身实例化的时候往 dep 对象中添加自己
  • 结构

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  • 代码

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class Watcher { 
constructor (vm, key, cb) {
this.vm = vm
// data 中的属性名称
this.key = key
// 当数据变化的时候,调用 cb 更新视图
this.cb = cb
// 在 Dep 的静态属性上记录当前 watcher 对象,当访问数据的时候把 watcher 添加到 dep 的 subs 中
Dep.target = this
// 触发一次 getter,让 dep 为当前 key 记录 watcher
this.oldValue = vm[key]
// 清空 target
Dep.target = null
}
update () {
const newValue = this.vm[this.key]
if (this.oldValue === newValue) {
return
}
this.cb(newValue)
}
}
  • 在 compiler.js 中为每一个指令/插值表达式创建 watcher 对象,监视数据的变化
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// 因为在 textUpdater等中要使用 
this updaterFn && updaterFn.call(this, node, this.vm[key], key)
// v-text 指令的更新方法
textUpdater (node, value, key) {
node.textContent = value
// 每一个指令中创建一个 watcher,观察数据的变化
new Watcher(this.vm, key, value => {
node.textContent = value
})
}

视图变化更新数据

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// v-model 指令的更新方法 
modelUpdater (node, value, key) {
node.value = value
// 每一个指令中创建一个 watcher,观察数据的变化
new Watcher(this.vm, key, value => {
node.value = value
})
// 监听视图的变化
node.addEventListener('input', () => {
this.vm[key] = node.value
})
}

总结

  • 通过下图回顾整体流程

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  • Vue

    • 记录传入的选项,设置 $data/$el
    • 把 data 的成员注入到 Vue 实例
    • 负责调用 Observer 实现数据响应式处理(数据劫持)
    • 负责调用 Compiler 编译指令/插值表达式等
  • Observer

    • 数据劫持
      • 负责把 data 中的成员转换成 getter/setter
      • 负责把多层属性转换成 getter/setter
      • 如果给属性赋值为新对象,把新对象的成员设置为 getter/setter
    • 添加 Dep 和 Watcher 的依赖关系
    • 数据变化发送通知
  • Compiler

    • 负责编译模板,解析指令/插值表达式
    • 负责页面的首次渲染过程
    • 当数据变化后重新渲染
  • Dep

    • 收集依赖,添加订阅者(watcher)
    • 通知所有订阅者
  • Watcher

    • 自身实例化的时候往dep对象中添加自己
    • 当数据变化dep通知所有的 Watcher 实例更新视图
  • Post title:Vue响应式原理模拟
  • Post author:wkxk
  • Create time:2021-04-23 10:41:32
  • Post link:http://www.iwkxk.com/2021/04/23/Vue响应式原理模拟/
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