vue2.0与3.0响应式原理机制

2021 年 5 月 24 日
筆記
vue3.0

vue2.0响应式原理 – defineProperty

这个原理老生常谈了，就是拦截对象，给对象的属性增加set 和 get方法，因为核心是defineProperty所以还需要对数组的方法进行拦截

一、变化追踪

把一个普通 JavaScript 对象传给 Vue 实例的 data 选项，Vue 将遍历此对象所有的属性，并使用 Object.defineProperty 把这些属性全部转为 getter/setter。
Object.defineProperty 是仅 ES5 支持，且无法 shim 的特性，这也就是为什么 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。
用户看不到 getter/setter，但是在内部它们让 Vue 追踪依赖，在属性被访问和修改时通知变化。
每个组件实例都有相应的 watcher 实例对象，它会在组件渲染的过程中把属性记录为依赖，之后当依赖项的 setter 被调用时，会通知 watcher 重新计算，从而致使它关联的组件得以更新。

原理：在初次渲染的过程中就会调用对象属性的getter函数，然后getter函数通知wather对象将之声明为依赖，依赖之后，如果对象属性发生了变化，那么就会调用settter函数来通知watcher，watcher就会在重新渲染组件，以此来完成更新。

二、变化检测问题

Vue 不能检测到对象属性的添加或删除。由于 Vue 会在初始化实例时对属性执行 getter/setter 转化过程，所以属性必须在 data 对象上存在才能让 Vue 转换它，这样才能让它是响应的。

var vm = new Vue({
   el: '#app',
   data:{
     a:1,
     k: {}
    }
  })

// `vm.a` 是响应的

vm.b = 2
// `vm.b` 是非响应的

对于已经创建的实例，Vue 不允许动态添加根级别的响应式 property。但是，可以使用 Vue.set(object, propertyName, value) 方法向嵌套对象添加响应式 property。

Vue.set(vm.someObject, 'b', 2)

//您还可以使用 vm.$set 实例方法，这也是全局 Vue.set 方法的别名：
this.$set(this.someObject,'b',2)

// 代替 `Object.assign(this.someObject, { a: 1, b: 2 })` 
this.someObject = Object.assign({}, this.someObject, { a: 1, b: 2 })

Vue 不能检测以下数组的变动：

当你利用索引直接设置一个数组项时，例如：vm.items[indexOfItem] = newValue
当你修改数组的长度时，例如：vm.items.length = newLength

// Vue.set
Vue.set(vm.items, indexOfItem, newValue)
// Array.prototype.splice
vm.items.splice(indexOfItem, 1, newValue)

vm.$set(vm.items, indexOfItem, newValue)
vm.items.splice(newLength)

三、声明响应式属性

由于 Vue 不允许动态添加根级响应式属性，所以你必须在初始化实例前声明根级响应式属性，可以为一个空值

如果你在 data 选项中未声明 message，Vue 将警告你渲染函数在试图访问的属性不存在。

var vm = new Vue({
  data: {
    // 声明 message 为一个空值字符串
    message: ''
  },
  template: '<div>{{ message }}</div>'
})
// 之后设置 `message`
vm.message = 'Hello!'

四、异步更新队列

Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。

只要观察到数据变化，Vue 将开启一个队列，并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据改变。如果同一个 watcher 被多次触发，只会一次推入到队列中。

Vue 在内部尝试对异步队列使用原生的 Promise.then 和 MutationObserver，如果执行环境不支持，会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。

五、拦截

Object.defineProperty缺点

无法监听数组的变化
需要深度遍历，浪费内存

对对象进行拦截

function observer(target){
// 如果不是对象数据类型直接返回即可
    if(typeof target !== 'object'){
        return target
    }
    // 重新定义key
    for(let key in target){
        defineReactive(target,key,target[key])
    }
}
//更新
function update(){
    console.log('update view')
}
function defineReactive(obj,key,value){
　　
　　// 校验----对象嵌套对象，递归劫持
    observer(value); 

    Object.defineProperty(obj,key,{
        get(){
            // 在get 方法中收集依赖
            return value
        },
        set(newVal){
            if(newVal !== value){
                observer(value);
                update(); // 在set方法中触发更新
            }
        }
    })
}
let obj = {name:'youxuan'}
observer(obj);
obj.name = 'webyouxuan';

数组方法劫持

let oldProtoMehtods = Array.prototype;
let proto = Object.create(oldProtoMehtods);
['push','pop','shift','unshift'].forEach(method=>{
    Object.defineProperty(proto,method,{
        get(){
            update();
            oldProtoMehtods[method].call(this,...arguments)
        }
    })
})

function observer(target){
    if(typeof target !== 'object'){
        return target
    }
    // 如果不是对象数据类型直接返回即可
    if(Array.isArray(target)){
        Object.setPrototypeOf(target,proto);
        // 给数组中的每一项进行observr
        for(let i = 0 ; i < target.length;i++){
            observer(target[i])
        }
        return
    };
    // 重新定义key
    for(let key in target){
        defineReactive(target,key,target[key])
    }
}

Vue3.0数据响应机制 – Proxy

首先熟练一下ES6中的 Proxy、Reflect 及 ES6中为我们提供的 Map、Set两种数据结构。

Proxy

　　用于创建一个对象的代理，从而实现基本操作的拦截和自定义（如属性查找、赋值、枚举、函数调用等）。

语法：const p = new Proxy(target, handler)

参数

　　target：要使用 Proxy 包装的目标对象（可以是任何类型的对象，包括原生数组，函数，甚至另一个代理）。
　　handler：一个通常以函数作为属性的对象，各属性中的函数分别定义了在执行各种操作时代理 p 的行为。

const handler = {
    get: function(obj, prop) {
        return prop in obj ? obj[prop] : 37;
    }
};

const p = new Proxy({}, handler);
p.a = 1;
p.b = undefined;

console.log(p.a, p.b);      // 1, undefined
console.log('c' in p, p.c); // false, 37

Reflect

是一个内置的对象，它提供拦截 JavaScript 操作的方法

1、Reflect.deleteProperty(target, propertyKey)

　　作为函数的delete操作符，相当于执行 delete target[name]。

2、Reflect.set(target, propertyKey, value[, receiver])

　　将值分配给属性的函数。返回一个Boolean，如果更新成功，则返回true。

3、Reflect.get(target, propertyKey[, receiver])

　　获取对象身上某个属性的值，类似于 target[name]。

先应用再说原理:

let p = Vue.reactive({name:'youxuan'});
Vue.effect(()=>{ // effect方法会立即被触发
    console.log(p.name);
})
p.name = 'webyouxuan';; // 修改属性后会再次触发effect方法

一、reactive方法实现

通过proxy 自定义获取、增加、删除等行为

1) 对象操作

// 1、声明响应式对象
function reactive(target) {
    return createReactiveObject(target);
}
// 是否是对象类型
function isObject(target) {
    return typeof target === 'object' && target !== null;
}
// 2、创建
function createReactiveObject(target) {
    // 判断target是不是对象,不是对象不必继续
    if (!isObject(target)) {
        return target;
    }
    const handlers = {
        get(target, key, receiver) { // 取值
            console.log('获取')
            let res = Reflect.get(target, key, receiver);
            return res;
        },
        set(target, key, value, receiver) { // 更改 、 新增属性
            console.log('设置')
            let result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
            return result;
        },
        deleteProperty(target, key) { // 删除属性
            console.log('删除')
            const result = Reflect.deleteProperty(target, key);
            return result;
        }
    }
    // 开始代理
    observed = new Proxy(target, handlers);
    return observed;
}

let p = reactive({ name: 'youxuan' });
console.log(p.name); // 获取
p.name = 'webyouxuan'; // 设置
delete p.name; // 删除

深层代理

由于我们只代理了第一层对象，所以对age对象进行更改是不会触发set方法的，但是却触发了get方法，这是由于 p.age会造成 get操作

let p = reactive({ name: "123", age: { num: 10 } });
p.age.num = 11

get改进方案

　　这里我们将p.age取到的对象再次进行代理，这样在去更改值即可触发set方法

get(target, key, receiver) {
      // 取值
    console.log("获取");
    let res = Reflect.get(target, key, receiver);

　　// 懒代理，只有当取值时再次做代理
　　return isObject(res)? reactive(res) : res;
}

2)数组操作

Proxy默认可以支持数组，包括数组的长度变化以及索引值的变化

产生问题：

let p = reactive([1,2,3,4]);
p.push(5);

会触发两次set方法，第一次更新的是数组中的第4项，第二次更新的是数组的length

屏蔽掉多次触发：

set(target, key, value, receiver) {
    // 更改、新增属性
    let oldValue = target[key]; // 获取上次的值
    let hadKey = hasOwn(target,key); // 看这个属性是否存在
    let result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
    if(!hadKey){ // 新增属性
        console.log('更新 添加')
    }else if(oldValue !== value){ // 修改存在的属性
        console.log('更新 修改')
    }
    // 当调用push 方法第一次修改时数组长度已经发生变化
    // 如果这次的值和上次的值一样则不触发更新
    return result;
}

解决重复使用reactive情况

// 情况1.多次代理同一个对象
let arr = [1,2,3,4];
let p = reactive(arr);
reactive(arr);

// 情况2.将代理后的结果继续代理
let p = reactive([1,2,3,4]);
reactive(p);

通过hash表的方式来解决重复代理的情况

const toProxy = new WeakMap(); // 存放被代理过的对象
const toRaw = new WeakMap(); // 存放已经代理过的对象
function reactive(target) {
  // 创建响应式对象
  return createReactiveObject(target);
}
function isObject(target) {
  return typeof target === "object" && target !== null;
}
function hasOwn(target,key){
  return target.hasOwnProperty(key);
}
function createReactiveObject(target) {
  if (!isObject(target)) {
    return target;
  }
  let observed = toProxy.get(target);
  if(observed){ // 判断是否被代理过
    return observed;
  }
  if(toRaw.has(target)){ // 判断是否要重复代理
    return target;
  }
  const handlers = {
    get(target, key, receiver) {
      // 取值
      console.log("获取");
      let res = Reflect.get(target, key, receiver);
      return isObject(res) ? reactive(res) : res;
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      let oldValue = target[key];
      let hadKey = hasOwn(target,key);
      let result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if(!hadKey){
        console.log('更新 添加')
      }else if(oldValue !== value){
        console.log('更新 修改')
      }
      return result;
    },
    deleteProperty(target, key) {
      console.log("删除");
      const result = Reflect.deleteProperty(target, key);
      return result;
    }
  };
  // 开始代理
  observed = new Proxy(target, handlers);
  toProxy.set(target,observed);
  toRaw.set(observed,target); // 做映射表
  return observed;
}

二、effect实现

effect意思是副作用，此方法默认会先执行一次。如果数据变化后会再次触发此回调函数。

let user= {name:'大鹏'}
let p = reactive(user);
effect(()=>{
    console.log(p.name);  // 大鹏
})

实现方法

function effect(fn) {
  const effect = createReactiveEffect(fn); // 创建响应式的effect
  effect(); // 先执行一次
  return effect;
}
const activeReactiveEffectStack = []; // 存放响应式effect
function createReactiveEffect(fn) {
  const effect = function() {
    // 响应式的effect
    return run(effect, fn);
  };
  return effect;
}
function run(effect, fn) {
    try {
      activeReactiveEffectStack.push(effect);
      return fn(); // 先让fn执行,执行时会触发get方法，可以将effect存入对应的key属性
    } finally {
      activeReactiveEffectStack.pop(effect);
    }
}

当调用fn()时可能会触发get方法，此时会触发track

const targetMap = new WeakMap();
function track(target,type,key){
    // 查看是否有effect
    const effect = activeReactiveEffectStack[activeReactiveEffectStack.length-1];
    if(effect){
        let depsMap = targetMap.get(target);
        if(!depsMap){ // 不存在map
            targetMap.set(target,depsMap = new Map());
        }
        let dep = depsMap.get(target);
        if(!dep){ // 不存在set
            depsMap.set(key,(dep = new Set()));
        }
        if(!dep.has(effect)){
            dep.add(effect); // 将effect添加到依赖中
        }
    }
}

当更新属性时会触发trigger执行，找到对应的存储集合拿出effect依次执行、

function trigger(target,type,key){
    const depsMap = targetMap.get(target);
    if(!depsMap){
        return
    }
    let effects = depsMap.get(key);
    if(effects){
        effects.forEach(effect=>{
            effect();
        })
    }
}

我们发现如下问题

　　新增了值，effect方法并未重新执行，因为push中修改length已经被我们屏蔽掉了触发trigger方法，所以当新增项时应该手动触发length属性所对应的依赖。

let school = [1,2,3];
let p = reactive(school);
effect(()=>{
    console.log(p.length);
})
p.push(100);

解决

function trigger(target, type, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) {
    return;
  }
  let effects = depsMap.get(key);
  if (effects) {
    effects.forEach(effect => {
      effect();
    });
  }
  // 处理如果当前类型是增加属性，如果用到数组的length的effect应该也会被执行
  if (type === "add") {
    let effects = depsMap.get("length");
    if (effects) {
      effects.forEach(effect => {
        effect();
      });
    }
  }
}

三、ref实现

ref可以将原始数据类型也转换成响应式数据，需要通过.value属性进行获取值

function convert(val) {
  return isObject(val) ? reactive(val) : val;
}
function ref(raw) {
  raw = convert(raw);
  const v = {
    _isRef:true, // 标识是ref类型
    get value() {
      track(v, "get", "");
      return raw;
    },
    set value(newVal) {
      raw = newVal;
      trigger(v,'set','');
    }
  };
  return v;
}

问题又来了我们再编写个案例

　　这样做的话岂不是每次都要多来一个.value，这样太难用了

let r = ref(1);
let c = reactive({
    a:r
});
console.log(c.a.value);

解决

在get方法中判断如果获取的是ref的值，就将此值的value直接返回即可

let res = Reflect.get(target, key, receiver);
if(res._isRef){
  return res.value
}

四、computed实现

computed 实现也是基于 effect 来实现的，特点是computed中的函数不会立即执行，多次取值是有缓存机制的

let a = reactive({name:'youxuan'});
let c = computed(()=>{
  console.log('执行次数')
  return a.name +'webyouxuan';
})
// 不取不执行，取n次只执行一次
console.log(c.value);
console.log(c.value);
function computed(getter){
  let dirty = true;
  const runner = effect(getter,{ // 标识这个effect是懒执行
    lazy:true, // 懒执行
    scheduler:()=>{ // 当依赖的属性变化了，调用此方法，而不是重新执行effect
      dirty = true;
    }
  });
  let value;
  return {
    _isRef:true,
    get value(){
      if(dirty){
        value = runner(); // 执行runner会继续收集依赖
        dirty = false;
      }
      return value;
    }
  }
}

修改effect方法

function effect(fn,options) {
  let effect = createReactiveEffect(fn,options);
  if(!options.lazy){ // 如果是lazy 则不立即执行
    effect();
  }
  return effect;
}
function createReactiveEffect(fn,options) {
  const effect = function() {
    return run(effect, fn);
  };
  effect.scheduler = options.scheduler;
  return effect;
}

在trigger时判断

deps.forEach(effect => {
  if(effect.scheduler){ // 如果有scheduler 说明不需要执行effect
    effect.scheduler(); // 将dirty设置为true,下次获取值时重新执行runner方法
  }else{
    effect(); // 否则就是effect 正常执行即可
  }
});
let a = reactive({name:'youxuan'});
let c = computed(()=>{
  console.log('执行次数')
  return a.name +'webyouxuan';
})
// 不取不执行，取n次只执行一次
console.log(c.value);
a.name = 'zf10'; // 更改值 不会触发重新计算,但是会将dirty变成true

console.log(c.value); // 重新调用计算方法

Tags: vue3.0

vue2.0与3.0响应式原理机制

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一、变化追踪

二、变化检测问题

三、声明响应式属性

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对对象进行拦截

数组方法劫持

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Reflect

一、reactive方法实现

1) 对象操作

深层代理

2)数组操作

二、effect实现

实现方法

三、ref实现

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