Vuejs响应式原理

最近一段时间在阅读Vue源码，从它的核心原理入手，开始了源码的学习，而其核心原理就是其数据的响应式。并且结合设计模式进行学习

观察者模式&&发布订阅者模式

这里简短的介绍这两种模式的联系和差异，

观察者模式

观察者模式定义了对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都将得到通知，并自动更新。观察者模式属于行为型模式，行为型模式关注的是对象之间的通讯，观察者模式就是观察者和被观察者之间的通讯。

观察者模式有一个别名叫“发布-订阅模式”，或者说是“订阅-发布模式”，订阅者和订阅目标是联系在一起的，当订阅目标发生改变时，逐个通知订阅者。我们可以用报纸期刊的订阅来形象的说明，当你订阅了一份报纸，每天都会有一份最新的报纸送到你手上，有多少人订阅报纸，报社就会发多少份报纸，报社和订报纸的客户就是上面文章开头所说的“一对多”的依赖关系。

发布订阅者模式

其实24种基本的设计模式中并没有发布订阅模式，上面也说了，他只是观察者模式的一个别称。

但是经过时间的沉淀，似乎他已经强大了起来，已经独立于观察者模式，成为另外一种不同的设计模式。

在现在的发布订阅模式中，称为发布者的消息发送者不会将消息直接发送给订阅者，这意味着发布者和订阅者不知道彼此的存在。在发布者和订阅者之间存在第三个组件，称为调度中心或事件通道，它维持着发布者和订阅者之间的联系，过滤所有发布者传入的消息并相应地分发它们给订阅者。

举一个例子，你在微博上关注了A，同时其他很多人也关注了A，那么当A发布动态的时候，微博就会为你们推送这条动态。A就是发布者，你是订阅者，微博就是调度中心，你和A是没有直接的消息往来的，全是通过微博来协调的（你的关注，A的发布动态）。

差异

可以看出，发布订阅模式相比观察者模式多了个事件通道，事件通道作为调度中心，管理事件的订阅和发布工作，彻底隔绝了订阅者和发布者的依赖关系。即订阅者在订阅事件的时候，只关注事件本身，而不关心谁会发布这个事件；发布者在发布事件的时候，只关注事件本身，而不关心谁订阅了这个事件。

观察者模式有两个重要的角色，即目标和观察者。在目标和观察者之间是没有事件通道的。一方面，观察者要想订阅目标事件，由于没有事件通道，因此必须将自己添加到目标(Subject) 中进行管理；另一方面，目标在触发事件的时候，也无法将通知操作(notify) 委托给事件通道，因此只能亲自去通知所有的观察者。

响应式原理

当我们在data中定义一个值的时候，如下:

const vm = new Vue({
    data() {
return {
message: ''
        }
    },
template: '<div>{{message}}</div>'
})vm.message = 'hello';

此时Vue内部发生了什么，下面列出需要解决的问题如下：

如何进行依赖收集的

当data中的值发生改变时，是如何更新视图的

上面是表示定义一个data值的时候，内部这个流程是如何的，结合讲解相信你对响应式原理有更深入的理解。为了让结构更加清晰，这里只考虑一个视图，并且不会有computed的情况。

在讲解原理之前，首先对几个单词进行定义:

Watcher: 订阅者

Observer: 观察者

Dep: 发布者

Data: 实例中的数据项

`Observer`

首先看看当实例化Vue的时候，对data是如何进行处理的

 _init
    => mount
    =>this._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop)
    => Dep.target = this._watcher
    => observe(data, true)    => new Observer(data)

首先new Vue会调用_init函数

mount把需要渲染的模板挂载到元素上

创建一个Watcher实例

将上面创建的Watcher实例赋值给Dep.target

对data返回的数据进行observe

调用new Observer遍历data进行setter和getter绑定

下面来看看observe函数的实现：

functionobserve(value, asRootData) {
let ob;
// 检测当前数据是否被observe过，如果是则不必重复绑定
if(hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
        ob = value.__ob__
    } else {
        ob = new Observer(value);
    }
if (asRootData && ob) {
      ob.vmCount++;
    }
return ob;}

首先调用的就是上面这个函数，__ob__用户判断是否有Observer实例，如果有就使用原来的，如果没有就创建一个新的Observer实例。vmCount表示该Vue实例使用的次数，asRootData表示是否是data的跟，例如在一个template中一个相同的组件使用了两次:

<div>
<my-component />
<my-component /></div>

这个时候vmCount就为2。接下来看Observer的实现:

classObserver{
constructor(value) {
this.value = value;
this.dep = new Dep();
this.vmCount = 0;
        def(value, '__ob__', this)
if (Array.isArray(value)) {
// 如果是数组则需要遍历数组的每个成员进行observe
// 这里会对数组原有的方法进行重新定义
this.observeArray(value)
        } else {
// 如果对象则调用下面的程序
this.walk(value)
        }
    }
    walk(obj) {
const keys = Object.keys(obj);
for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
            defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
        }
    }}

下图是Observer类的结构

这里主要就是遍历data中定义的值，然后在每个遍历的属性下面添加__ob__，然后在__ob__定义Dep，根据数据类型的不同调用不同的方法，如果是数组则使用observeArray，该方法会重写数数组的7种方法，对数组的每个成员调用observe函数，如果是普通对象，则遍历他的属性调用defineReactive，进行getter/setter绑定。

defineReactive是Vue最核心的内容，使用方法如: defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])。当在data中定义一个属性的时候，当我们更改该值的时候，视图是如何知道，这个值发生了改变来更新视图的。

functiondefineReactive(obj, key, val) {
// 在闭包中定义一个dep对象
const dep = new Dep();
// 对象的子对象递归进行observe并返回子节点的Observer对象
let childOb = observe(val);
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: functionreactiveGetter() {
const value = getter ? getter.call(obj) : val;
if (Dep.target) {
// 进行依赖收集，dep.depend就是将dep和watcher进行互相绑定
// Dep.target表示需要绑定的watcher
        dep.depend();
if (childOb) {
// 子对象进行依赖收集，其实就是将同一个watcher观察者实例放进两个depend中
// 一个是正在本身闭包中的depend，另一个是子元素的depend
          childOb.dep.depend();
        }
if (Array.isArray(value)) {
// 如果是数组，需要对数组的每个成员都进行依赖收集
          dependArray(value)
        }
      }
return value;
    },
set: functionreactiveSetter(newVal) {
// 通过getter方法获取当前值，与新值发生比较，一致则不需要执行下面的操作
const value = getter ? getter.call(obj) : val;
if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
returnfalse;
      }
if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
// 新的值需要重新observe，保证数据响应式
      childOb = observe(newVal)
// 通知所有观察者
      dep.notify()
    }
  })}

通过Object.defineProperty把数据进行了getter和setter绑定。getter用于依赖收集，setter用于通过dep去通知watcher, watcher进行执行变化。

如何进行依赖收集的，可以通过一个例子进行解释:

data() {
return {
message: [1, 2]
  }}

结合一个流程图进行分析上面例子:

observe(data)
=> data.__ob__ = new Observer(data)
=> walk(data)
=> childOb = observe(message)
  => message.__ob__ = new Observer(data)
  => message.__ob__.dep = new Dep;=> childOb ? childOb.dep.depend();

分析其过程就是:

先对data函数返回的对象添加__ob__，返回具体的内容如下:

const res = {
message: [1, 2]
  __ob___: new Observer(data)}

遍历res, 因为res为对象，所以执行walk

执行到observe(message)

给message添加__ob__，__ob__上存在一个dep用于依赖收集

childOb = message.__ob__，此时同一个watcher放入子对象中，也就是message.__ob__.dep中

回顾上面的分析，就能够区分出Observer和defineReactive中两个dep的区别了，这两个地方都声明了new Dep，Observer的dep用于收集对象和数组的订阅者，挂载在对象的属性上。当对象或者数组增删元素时调用$set，获取到__ob__进行依赖收集，然后调用ob.dep.notifyj进行更新。在defineReactive中，这个dep是存在一个闭包中，这是对对象属性服务的，在获取属性值的时候进行依赖收集，设置属性值的时候发布更新。

`Dep`

下面来介绍一下dep，源码如下：

let uid = 0;
classDep{
constructor() {
this.id = uid++;
this.subs = []
  }
// 添加一个订阅者
  addSub(sub) {
this.subs.push(sub)
  }
// 移除一个观察者对象
  removeSub(sub) {
    remove(this.subs, sub)
  }
// 依赖收集，当存在Dep.target的时候添加观察者对象
  depend() {
if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }
// 通知所有订阅者
  notify() {
const subs = this.subs.slice();
for(let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update();
    }
  }}

结构如下:

当对象中的属性触发get的时候，先前defineReactive中const dep = new Dep()闭包中，就会把当前的Watcher订阅者加入到subs中。

Dep是发布订阅者模型中的发布者，Watcher是订阅者，一个Dep实例对应一个对象属性或一个被观察的对象，用于收集和数据改变时，发布更新。比如说有这个一个data

data() {
return {
message: 'a'
  }}

触发视图有两种方法:

利用getter/setter，重新设置message的值，设置的过程中会触发dep.notify进行发布更新, 比如this.message = 'b'

使用$set函数: this.$set(this.message, 'fpx', 'number-one')，这会获取到message的__ob__上的dep进行发布更新

`Watcher`

Watcher是一个订阅者。依赖收集后watcher会被存放在Dep的subs中，数据变动的时候通过dep发布者发布信息，相关的订阅者watcher收到信息后通过cb进行视图更新。

Watcher内容很多，我们只关注最重要的一些部分：

classWatcher{
constructor(vm, expOrFn, cb, options) {
this.vm = vm;
// 存放订阅者实例
    vm._watchers.push(this)
this.deps = [];
this.newDeps = []
this.depsIds= newSet();
this.newDepIds newSet();
if (typeof expOrFn === 'function') {
this.getter = expOrFn
    } else {
this.getter = parsePath(expOrFn)
    }
this.value = this.get();
  }
  get() {
    pushTarget(this)
const vm = this.vm;
    value = this.getter.call(vm, vm);
    popTarget();
this.cleanupDeps();
return value
  }
// 添加一个依赖关系到Deps集合中
  addDep(dep) {
const id = dep.id;
if (!this.newDepsIds.has(id)) {
this.newDepsIds.add(id)
this.newDeps.push(dep);
// 这里做一个去重，如果depIds里包含这个id，那么之前给depId添加这个id的时候
// 已经调用过dep.addSub(this)，避免了重复添加
if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }
// 用于更新模板
  update() {
if (this.sync) {
// 同步则执行run直接渲染视图
this.run();
    } else {
// 异步推送到观察者队列中，下一个tick时调用，最后会调用run方法
      queueWatcher(this)
    }
  }
// 收集该watcher的所有deps原理
  depend() {
let i = this.deps.length;
while(i--) {
this.deps[i].depend();
    }
  }}

Watcher结构如下:

首先还是理清Watcher构造函数做的事情:

Dep.target = new Watcher(vm, updateComponent, noop = {})
  => 初始化变量
  => 获取getter函数  => 调用get函数，get函数会调用getter函数，从而收集依赖

在创建Vue实例的时候，触发getter就会进行依赖收集，下面是这几种情况:

Watcher有四个使用的场景，只有在这四种场景中，Watcher才会收集依赖，更新模板或表达式

观察模板中的数据

创建Vue实例时watch选项里的数据

computed选型里的数据所依赖的数据

使用$watch观察的数据或者表达式

在前面代码中声明了Dep.target，这个是干嘛用的呢。在前面提到依赖收集的时机，是当我们获取元素属性值的时候，但是此时不知道哪个是正确的watcher，所以定义一个全局变量记录当前的Watcher，方便添加当前正在执行的Watcher。

Watcher对象中有两个属性: deps和newDeps。他们用来记录上一次Watcher收集的依赖和新一轮Watcher收集的依赖，每一次数据的更新都需要重新收集依赖, 流程如下:

setter
  => notify
  => run  => get

当数据发布更新后，会调用notify方法，notify会调用run方法，run方法会调用get方法，重新获取值，重新进行依赖收集。举一个上面的例子，如果我们更改了message的值，并且模板依赖了新更改的值，this.message = {key: 'val'}，因为上一轮没有对新值进行依赖，所以这一轮需要重新收集依赖。

总结

在Vue初始化的时候，会生成一个watcher，依赖收集就是通过属性的getter完成的。结合文章开头给出的图片，Observer和Dep是一对一的关系，Dep和Watcher是多对多的关系，Dep则是Observer和Watcher之间的纽带。依赖收集完成偶，当属性变化会执行被Observer对象的dep.notify()方法，这个方法会遍历订阅者Watcher列表向其发送消息，Watcher会执行run方法去更新视图。

本来还想讲点computed的，但是估计您看着也累，我写着也累，computed将由另外一篇文章进行讲解。

一篇文章写下来，颇有些难度。下面有三点:

代码太多: 因为源码考虑的情况很多，当我们对单个点进行分析的时候，我们需要摒弃其他没有必要的代码

流水账：记录每行代码的作用，没有对更深层次的进行探索

有机结合：分析了以后，不能和以前学习的知识进行结合

所以给出一些措施来弥补这些问题:

尽量少些代码，把整个流程图画出来，图比代码更加直观

从点上，扩展到线，在扩展到面进行思考

结合以前学过的知识，比如说这里的设计模式，结合起来学习