Vue2数据响应式原理解析

所谓数据响应式就是建立响应式数据与依赖（调用了响应式数据的操作）之间的关系，当响应式数据发生变化时，可以通知那些使用了这些响应式数据的依赖操作进行相关更新操作，可以是DOM更新，也可以是执行一些回调函数。从Vue2到Vue3都使用了响应式，那么它们之间有什么区别？

• Vue2响应式：基于Object.defineProperty()实现的。
• Vue3响应式：基于Proxy实现的。

那么它们之间有什么区别？为什么Vue3会选择Proxy替代defineProperty？我们先看看下面两个例子：

defineReactive(data,key,val){
    Object.defineProperty(data,key,{
      enumerable:true,
      configurable:true,
      get:function(){
        console.log(`对象属性:${key}访问defineReactive的get！`)
        return val;
      },
      set:function(newVal){
        if(val===newVal){
          return;
        }
        val = newVal;
        console.log(`对象属性:${key}访问defineReactive的set！`)
      }
    })
}

let obj = {};
this.defineReactive(obj,'name','sapper');
// 修改obj的name属性
obj.name = '工兵';
console.log('obj',obj.name);
// 为obj添加age属性
obj.age = 12;
console.log('obj',obj);
console.log('obj.age',obj.age);
// 为obj添加数组属性
obj.hobby = ['游戏', '原神'];
obj.hobby[0] = '王者';
console.log('obj.hobby',obj.hobby);

// 为obj添加对象属性
obj.student = {school:'大学'};
obj.student.school = '学院';
console.log('obj.student.school',obj.student.school);

从上图可以看出使用defineProperty定义了包含name属性的对象obj，然后添加age属性、添加hobby属性（数组）、添加student属性并分别访问，都没有触发obj对象中的get、set方法。也就是说defineProperty定义对象不能监听添加额外属性或修改额外添加的属性的变化，我们再看看这样一个例子：

let obj = {};
// 初始化就添加hobby
this.defineReactive(obj,'hobby',['游戏', '原神']);
// 改变数组下标0的值
obj.hobby[0] = '王者';
console.log('obj.hobby',obj.hobby);

假如我们一开始就为obj添加hobby属性，我们发现修改数组下标0的值，并没有触发obj里的set方法，也就是说defineProperty定义对象不能监听根据自身数组下标修改数组元素的变化，注意地，如果是直接用defineProperty定义数组元素是可以监听的，但是对于数组比较大的时候就很牺牲性能，尤神考虑到性能就没有使用这种方法。那么我们继续看一下Proxy代理的对象例子：

// proxy实现
let targetProxy = {name:'sapper'};
let objProxy = new Proxy(targetProxy,{
    get(target,key){
      console.log(`对象属性:${key}访问Proxy的get！`)
      return target[key];
    },
    set(target,key,newVal){
      if(target[key]===newVal){
        return;
      }
      console.log(`对象属性:${key}访问Proxy的set！`)
      target[key]=newVal;
      return target[key];
    }
})
// 修改objProxy的name属性
objProxy.name = '工兵';
console.log('objProxy.name',objProxy.name);
// 为objProxy添加age属性
objProxy.age = 12;
console.log('objProxy.age',objProxy.age);
// 为objProxy添加hobby属性
objProxy.hobby = ['游戏', '原神'];
objProxy.hobby[0] = '王者';
console.log('objProxy.hobby',objProxy.hobby);
// 为objProxy添加对象属性
objProxy.student = {school:'大学'};
objProxy.student.school = '学院';
console.log('objProxy.student.school',objProxy.student.school);

从上图是不是发现了Proxy与defineProperty的明显区别之处了，Proxy能支持对象添加或修改触发get、set方法，不管对象内部有什么属性。所以

• Object.defineProperty()**：defineProperty定义对象不能监听**添加额外属性或修改额外添加的属性的变化；defineProperty定义对象不能监听根据自身数组下标修改数组元素的变化。我们看看Vue里的用法例子：

• 
   data() {
     return {
       name: 'sapper',
       student: {
         name: 'sapper',
         hobby: ['原神', '天涯明月刀'],
       },
     };
   },
   methods: {
     deleteName() {
       delete this.student.name;
       console.log('删除了name', this.student);
     },
     addItem() {
       this.student.age = 21;
       console.log('添加了this.student的属性', this.student);
     },
     updateArr() {
       this.student.hobby[0] = '王者';
       console.log('更新了this.student的hobby', this.student);
     },
    }
    
  

  

从图中确实可以修改data里的属性，但是不能及时渲染，所以Vue2提供了两个属性方法解决了这个问题：Vue.$set和Vue.$delete。

注意不能直接this._ data.age这样去添加age属性，也是不支持的。

this.$delete(this.student, 'name');// 删除student对象属性name
this.$set(this.student, 'age', '21');// 添加student对象属性age
this.$set(this.student.hobby, 0, '王者');// 更新student对象属性hobby数组

• Proxy：解决了上面两个弊端，proxy可以实现：

• 可以直接监听对象而非对象属性，可以监听对象添加额外属性的变化;

  const user = {name:'张三'}
  const obj = new Proxy(user,{
  get:function (target,key){
    console.log("get run");
    return target[key];
  },
  set:function (target,key,val){
    console.log("set run");
    target[key]=val;
    return true;
  }
  })
  obj.age = 22;
  console.log(obj); // 监听对象添加额外属性打印set run!  
  

  • 可以直接监听数组的变化。

  const obj = new Proxy([2,1],{
  get:function (target,key){
    console.log("get run");
    return target[key];
  },
  set:function (target,key,val){
    console.log("set run");
    target[key]=val;
    return true;
  }
  })
  obj[0] = 3;
  console.log(obj); // 监听到了数组元素的变化打印set run!  
  

• Proxy 返回的是一个新对象,而 Object.defineProperty 只能遍历对象属性直接修改。

• 支持多达13 种拦截方法,不限于 apply、ownKeys、deleteProperty、has 等等是Object.defineProperty 不具备的。

总的来说，Vue3响应式使用Proxy解决了Vue2的响应式的诟病，从原理上说，它们所做的事情都是一样的，依赖收集和依赖更新。

Vue2响应式原理

这里基于Vue2.6.14版本进行分析

Vue2响应式：通过Object.defineProperty()对每个属性进行监听，当对属性进行读取的时候就会触发getter，对属性修改的时候就会触发setter。首先我们都知道Vue实例中有data属性定义响应式数据，它是一个对象。我们看看下面例子的data：

data(){
 return {
  name: 'Sapper',
  hobby: ['游戏', '原神'],
  obj: {
    name: '张三',
    student: {
      major: '软件工程',
      class: '1班',
    }
  }
 }
}

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

从上图我们可以看到，data中的每一个属性都会带 __ob__ 属性，它是一个Observer对象，其实Vue2中响应式的关键就是这个对象，在data中的每一个属性都会带get、set方法，而Vue源码中其实把get、set分别定义为reactiveGetter、reactiveSetter，这些东西怎么添加进去的。Vue2又是怎么数据变化同时实时渲染页面？先看看下面的图：

Observer，监视者类，监视数据的变化，在数据变化时告诉通知者，在这个类中将数据的所有属性用 Object.defineProperty 重新定义一遍，绑定了存取器（getter/setter）

Dep，通知者类，通知订阅者更新视图，因为一个数据可能被多处使用，所以一个通知者会存储多位订阅者

Watcher，订阅者类，用于存储数据变化后要执行的更新函数，调用更新函数可以使用新的数据更新视图

总结：数据变化时，监视者能够立即捕获到变化，同时告诉通知者，通知者在通知数据相关的订阅者执行更新函数，获取新的数据

（1）给data属性创建Observer实例：通过初注册响应式函数initState中调用了initData函数实现为data创建Observer实例。函数如下：

function initData(vm: Component) {
  // 获取组件中声明的data属性
  let data: any = vm.$options.data
  // 对new Vue实例下声明、组件中声明两种情况的处理
  data = vm._data = isFunction(data) ? getData(data, vm) : data || {}
  ...
  // observe data
  const ob = observe(data) // 为data属性创建Observer实例
  ob && ob.vmCount++
}

（2）通过Observer实例把data中所有属性转换成getter/setter形式来实现响应性：对data属性分为两种情况处理：对象属性处理（defineReactive实现）和数组属性处理。数组怎么处理（后面再详细说明）

注意地，由于Vue实例的data永远都是一个对象，所以data里面包含的数组类型只有对象属性、数组属性。

（3) 在getter收集依赖，在setter中触发依赖：当读取data中的数据时，会在get方法中收集依赖，当修改data中的数据时，会在set方法中通知依赖更新。defineReactive方法中主要是做四件事情：创建Dep实例、给对象属性添加get/set方法、收集依赖、通知依赖更新。

从上面我们知道了dep.depend()实现了依赖收集，dep.notify()实现了通知依赖更新，那么Dep类究竟做了什么？我们先看看下面的图：

创建订阅者Watcher，保存更新函数与数据表达式，并将此订阅者存入一个全局变量中（表示进入依赖收集阶段），然后执行这个更新函数

执行函数会时会根据表达式访问数据，触发了监视者的绑定在其身上的 getter，getter 从全局变量获取订阅者，存入其绑定的通知者中

每个数据访问结束时，表示本轮的依赖收集完成，清除全局变量中的订阅者

然后针对模板中用到的每一个响应式数据，都会重复以上的过程。对于多层嵌套的数据，也是转换成字符串一层层访问，监视者会为一路上所有数据的通知者添加本轮的订阅者

从图中我们得明确一点，谁使用了变化的数据，也就是说哪个依赖使用了变化的数据，其实就是Dep.taget，它就是我们需要收集的依赖，是一个Watcher实例对象，其实Watcher对象有点类似watch监听器，我们先看一个例子：

vm.$watch('a.b.c',function(newVal,oldVal)){....}

怎么监听多层嵌套的对象，其实就是通过.分割为对象，循环数组一层层去读数据，最后一后拿到的就是想要对的数据。

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

当嵌套对象a.b.c属性发生变化时，就会触发第二个参数中的函数。也就是说a.b.c就是变化的数据，当它的值发生变化时，通知Watcher，接着Watcher触发第二个参数执行回调函数。我们看看Watcher类源码，是不是发现了cb其实就与watch的第二参数有异曲同工之妙。

export default class Watcher implements DepTarget {
  vm?: Component | null
  cb: Function
  deps: Array<Dep>
  ...
  constructor(vm: Component | null,expOrFn: string | (() => any),cb: Function,...) {
    ...
    this.getter = parsePath(expOrFn)// 解析嵌套对象
    ...
  }
  get() { // 读取数据
    ...
    return value
  }

  addDep(dep: Dep) {
    ...
    dep.addSub(this)//添加依赖
    ...
  }
  cleanupDeps() {// 删除依赖
    ...
    dep.removeSub(this)
    ...
  }
  update() {// 通知依赖更新
   this.run()
   ...
  }

  run() {
   ...
   this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
  }
  ...
  depend() { // 收集依赖
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }
  ...
}

举例说明：

html代码

<div id="app">
  {{ obj.message }}
</div>

js代码

let data = {
  obj: {
    message: 'Hello Vue!',
  },
}

new Vue({
  el: '#app',
  data,
})

setTimeout(() => {
  data.obj = {
    message: 'Obj have changed!',
  }
}, 1000)
setTimeout(() => {
  data.obj.message = 'Message have changed!'
}, 2000)

流程如下：

（1）Vue 拿到了 data 这个对象，创建一个监视者，绑定到对象的 __ob__ 属性上

（2）创建监视者会将data对象身上的所有属性用 Object.defineProperty 重新一遍，在定义的同时，为每一个数据创建它的通知者。通知者会在闭包环境中创建，只有该数据的存取器能够访问到。

（3）如果对象的值中还有对象，会递归上面的过程

（4）处理完 data 后，将其所有属性映射到 Vue 实例身上（允许vm.xxx直接访问）

解析模板

数据监视完毕后，Vue 会解析模板

模板解析的内容较为复杂，这一过程会创建虚拟节点 vnode，匹配到 {{ }} v- 等响应式写法，会根据当前节点的类型、响应式语法等建立该节点的更新函数 patch ，将数据与视图绑定

本文主要是帮助理解响应式更新的逻辑，模板解析语法并不是本文的重点，所以在之后的讲解与实现中使用的还是 DOM 节点

1. Vue 会根据 el: '#app' 配置项获取根 DOM 元素，遍历其所有子节点

2. 发现html文本节点的内容是 {{ obj.message }}，检测到特定的响应式写法，建立更新函数并提取数据表达式（字符串 'obj.message'）

3. 因为要操作的是只是文本节点的内容，所以更新函数较为简单（下方代码）

   const patch = (value) => {
       node.textContent = value
   }
   

4. 创建订阅者，保存更新函数与数据表达式，并将此订阅者存入一个全局变量中（表示进入依赖收集阶段），然后执行这个更新函数

5. 执行函数会时会根据表达式访问数据，触发了监视者的绑定在其身上的 getter，getter 从全局变量获取订阅者，存入其绑定的通知者中

6. 每个数据访问结束时，表示本轮的依赖收集完成，清除全局变量中的订阅者

7. 然后针对模板中用到的每一个响应式数据，都会重复以上的过程。对于多层嵌套的数据，也是转换成字符串一层层访问，监视者会为一路上所有数据的通知者添加本轮的订阅者

8. 模板解析完成时，只创建了一个订阅者但被添加到了四个通知者中(如下图)

以后修改数据就会触发监视者的 setter，setter 就能告诉通知者，通知其内部的订阅者执行更新函数修改视图，实现了数据的响应式

如果修改的数据值是一个对象，会先为其创建监视者，再告诉通知者发布订阅，执行更新函数访问这些数据时，所有子数据的新通知者又存储了之前解析模板时创建的订阅者

还是根据例子来讲解更新流程

1. 第一次修改的是 data.obj，是一个对象，原对象的监视者、Dep2、Dep4被移除
2. 触发 obj 的 setter，新值是一个对象，为其创建监视者，同时创建了空的 Dep2、Dep4
3. 告诉 Dep3，通知其中的订阅者执行更新函数
4. 更新函数执行访问到了 obj 和 obj.message，将此订阅者又添加进 Dep2 和 Dep4 中
5. 第二次修改的是data.obj.message
6. 触发 message 的 setter，告诉 Dep4，通知其中的订阅者更新视图

实现对数组的监听：

从最开始的例子，我们了解对象以及嵌套对象的监听，但是Object.defineProperty是用来监听对象指定属性的变化，不支持数组监听，那么数组又是怎么监听？我们上面说了data中的数据被赋予响应性都是在Observer中实现的，那么监听的实现也是在Observer对象中实现的，先对数组的特定方法做自定义处理，为了拦截数组元素通知依赖更新，然后才通过observeArray函数遍历创建Observer实例，主要分为两种情况：

// 源码Observer类中对数组处理的部分代码
if (Array.isArray(value)) {
  if (hasProto) {
    protoAugment(value, arrayMethods)
  } else {
    copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
  }
  this.observeArray(value)
}

• 当浏览器支持__ proto __ 对象：强制赋值当前arrayMethods给target的__ proto __ 对象，直接给当前target数组带上自定义封装的数组方法，从而实现监听数组变化。其实arrayMethods处理后就是下面这样一个对象：

  

  protoAugment(value, arrayMethods)
  
  function protoAugment (target, src: Object) {
  target.__proto__ = src
  }
  

• 当浏览器不支持__ proto __ 对象：遍历数组元素通过defineProperty定义为元素带上自定义封装的原生数组方法，由于自定义数组方法中做了拦截通知依赖更新，从而实现监听数组的变化。

  const arrayKeys = Object.getOwnPropertyNames(arrayMethods)
  console.log(arrayKeys);// ['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice', 'sort', 'reverse']
  copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
  function copyAugment (target: Object, src: Object, keys: Array<string>) {
  for (let i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
    const key = keys[i];
      //遍历数组元素，给每一个元素绑上数组的方法
    def(target, key, src[key])// 遍历数组元素通过为元素带上
  }
  }
  

  对数组的Array原生方法做了自定义封装的源码如下，在自定义方法中拦截通知依赖更新。

  

  // 遍历target实现创建Observer实例
  observeArray (items: Array<any>) {
  	for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
          observe(items[i])
      }
  }
  

Vue2响应式原理小结：

• 给data创建Observer实例。
• Observer类实现对数据封装getter、setter的响应性。
• 针对数组类型数据，自定义封装Array原生方法，在封装过程中拦截执行通知依赖更新。
• 真正通过Watcher通知依赖更新，通过run方法中的cb回调函数，实现类似watch侦听器第二参数中监听变化后的操作。