Vue响应式原理深入分析

Vue.js是一个流行的JavaScript框架，它的核心包括Vue.js库和Vue.js运行时，能够让我们构建用户交互的Web应用程序。Vue.js的根本原理就是响应式，下面将详细讲解Vue响应式的原理及其实现方式。

Vue响应式的原理

Vue.js的响应式原理是基于ES5中的Object.defineProperty()方法（ES6中的Proxy也可以实现）。当通过Vue.js的$set()方法或者直接对Vue.js的data属性进行修改时，Vue.js会触发一系列的响应式过程，即首先会检测当前修改的属性是否已经存在，如果存在，则会直接更新属性的值；否则会通过Observer类将新增的属性进行响应式化处理，然后再将新增的属性添加到响应式系统中。

Observer类是Vue.js实现响应式的核心类，其作用是将对象转化为响应式对象，即在对象的属性值发生变化时能够自动更新。Observer类主要通过递归遍历对象上的属性，将对象的每个属性都转化成响应式对象。同时，Observer类中结合Dep类进行订阅发布操作，即在属性值发生变化后自动通知相关的订阅者进行更新。

Dep类是Vue.js实现双向绑定的核心类，其作用是建立属性与Watcher之间的关系，即当属性发生变化时，自动通知Watcher进行更新。Dep类主要通过添加观察者（即Watcher对象）实现，当属性值发生变化时，Dep会通知添加到Dep中的所有Watcher对象进行更新。

Watcher类是Vue.js实现响应式的关键类，其作用是建立Dep与更新UI的关系，即将Dep中的更新操作同步到UI上。Watcher类主要通过调用update()方法进行更新。

Vue响应式的实现方式

Vue.js的响应式实现方式与其它响应式框架的实现方式有所不同，在Vue.js中采用了Observer、Dep和Watcher三个类相互协作的方式实现。

示例一

下面是一个简单的Vue.js响应式实现的示例，主要通过Object.defineProperty()方法实现Vue.js的响应式。

let data = { name: "Lena", age: 20 };
observe(data);

function observe(obj) {
    if (!obj || typeof obj !== "object") {
        return;
    }

    Object.keys(obj).forEach(key => {
        defineReactive(obj, key, obj[key]);
    });
}

function defineReactive(obj, key, val) {
    let dep = new Dep();

    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function reactiveGetter() {
            if (Dep.target) {
                dep.depend();
            }
            return val;
        },
        set: function reactiveSetter(newVal) {
            if (newVal === val) {
                return;
            }
            val = newVal;
            dep.notify();
        }
    });
}

class Dep {
    constructor() {
        this.subs = [];
    }

    addSub(sub) {
        this.subs.push(sub);
    }

    depend() {
        if (Dep.target) {
            Dep.target.addDep(this);
        }
    }

    notify() {
        this.subs.forEach(sub => {
            sub.update();
        });
    }
}

Dep.target = null;

class Watcher {
    constructor(vm, expOrFn, cb) {
        this.vm = vm;
        this.getter = parsePath(expOrFn);
        this.cb = cb;
        this.value = this.get();
    }

    get() {
        Dep.target = this;
        let value = this.getter.call(this.vm);
        Dep.target = null;
        return value;
    }

    update() {
        const oldValue = this.value;
        this.value = this.get();
        this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
    }

    addDep(dep) {
        dep.addSub(this);
    }
}

function parsePath(exp) {
    const segments = exp.split('.');
    return function getter(obj) {
        for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
            if (!obj) {
                return;
            }
            obj = obj[segments[i]];
        }
        return obj;
    }
}

let vm = { data };
new Watcher(vm, "data.name", function(val, oldVal) {
    console.log(`name: ${oldVal} -> ${val}`);
})
vm.data.name = "Amy";

示例二

下面是Vue.js的伪代码，展示了如何使用Observer、Dep和Watcher类实现对象属性的响应式操作。

class Observer {
    constructor(value) {
        this.value = value;
        this.dep = new Dep();
        def(value, "__ob__", this);
        if (Array.isArray(value)) {
            //...
        } else {
            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]]);
        }
    }
}

function defineReactive(obj, key, val) {
    const dep = new Dep();
    let childOb = observe(val);
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function reactiveGetter() {
            if (Dep.target) {
                dep.depend();
                if (childOb) {
                    childOb.dep.depend();
                }
            }
            return val;
        },
        set: function reactiveSetter(newVal) {
            if (newVal === val || (newVal !== newVal && val !== val)) {
                return;
            }
            val = newVal;
            childOb = observe(newVal);
            dep.notify();
        }
    });
}

function observe(value) {
    if (!isObject(value)) {
        return;
    }
    let ob;
    if (hasOwn(value, "__ob__") && value.__ob__ instanceof Observer) {
        ob = value.__ob__;
    } else {
        ob = new Observer(value);
    }
    return ob;
}

class Watcher {
    constructor(vm, expOrFn, cb, options, isRenderWatcher) {
        //...
        this.depIds = new Set();
        this.newDepIds = new Set();
        this.vm = vm;
        this.expression = expOrFn;
        this.cb = cb;
        this.value = this.get();
    }

    get() {
        //...
        Dep.target = this;
        let value = this.getter.call(this.vm, this.vm);
        Dep.target = null;
        return value;
    }

    addDep(dep) {
        const id = dep.id;
        if (!this.newDepIds.has(id)) {
            this.newDepIds.add(id);
            this.depIds.add(id);
            dep.addSub(this);
        }
    }

    update() {
        //...
        this.run();
    }

    run() {
        const value = this.get();
        const oldValue = this.value;
        this.value = value;
        this.cb.call(this.vm, value, oldValue);
    }
}

class Dep {
    constructor() {
        this.id = uid++;
        this.subs = [];
    }

    addSub(sub) {
        this.subs.push(sub);
    }

    removeSub(sub) {
        remove(this.subs, sub)
    }

    depend() {
        if (Dep.target) {
            Dep.target.addDep(this);
        }
    }

    notify() {
        const subs = this.subs.slice();
        for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
            subs[i].update();
        }
    }
}

Dep.target = null;

function noop() {}

function makeMap(str) {
    const map = {};
    const list = str.split(",");
    for (let i = 0; i < list.length; i++) {
        map[list[i]] = true;
    }
    return val => !!map[val];
}

function remove(arr, item) {
    if (arr.length) {
        const index = arr.indexOf(item);
        if (index > -1) {
            return arr.splice(index, 1);
        }
    }
}

function isNative(Ctor) {
    return typeof Ctor === "function" && /native code/.test(Ctor.toString());
}

const hasOwnProperty = Object.prototype.hasOwnProperty;
function hasOwn(obj, key) {
    return hasOwnProperty.call(obj, key);
}

function isObject(obj) {
    return obj !== null && typeof obj === "object";
}

function def(obj, key, value, enumerable) {
    Object.defineProperty(obj, key, {
        value: value,
        enumerable: !!enumerable,
        writable: true,
        configurable: true
    });
}

总结

本文通过详细讲解Vue.js的响应式原理及其实现方式，包括Observer、Dep和Watcher三个核心类的作用及相互协作的关系。同时，通过两个示例，说明了如何使用Object.defineProperty()方法实现Vue.js的响应式操作，以及Vue.js伪代码中Observer、Dep和Watcher类的使用方式。对于Vue.js的深入了解，掌握其响应式原理是非常关键的，希望本文的介绍对大家有所帮助。