【Vue】Vue 响应式初步

2023-12-13 05:02:37

Vue 响应式初步

在上一节 Vue 数据劫持中,介绍了 Vue 响应式的实现基础 — 数据劫持,在那篇文章的最后,我们说到,要实现响应式,仅仅实现对数据的劫持还不够,还需要能够对数据的读写做出相应的处理,具体来说,就是在 getter 和 setter 中,收集依赖触发依赖,下面我们通过一个简单的 demo 来对这两个步骤进行学习。

0. 准备 — Dep 和 Watcher

在介绍具体实现之前,首先要了解两个 Vue 中的重要类:DepWatcher

但是这里我们暂时不去深入学习这两个类,而是简单介绍,有一个基本的理解即可。

0.1 Dep 类

Dep 类对于整个响应式功能模块是非常重要的,它与要实现响应式功能的数据对象和对象属性关联,它只在 Observer 类构造函数和 defineReactive 函数中实例化,并在 setter\getter 方法中的特定场景下完成依赖收集派发更新通知的工作。

0.2 Watcher 类

Watcher 类,可以理解为 Vue 中的观察者。其一般用在渲染函数、计算属性以及侦听属性中,其一般用于在数据发生变化时接收通知,并给出相应的行为。

0.3 Dep 和 Watcher — 发布订阅模式

根据上面的简单介绍,再结合收集依赖和触发依赖,可以发现,这里实际上是一个很典型的发布订阅模式的应用场景,其中 Dep 是发布者,而 Watcher 显然是订阅者。

Vue 中也正是这样做的,Dep 类中有两个方法:addSubnotify

addSub 方法用于添加依赖该变量的 Watcher 实例,将这些 Watcher 实例存入当前 Dep 实例身上的数组变量 subs 中,即发布订阅模式中的订阅操作。

notify 方法则用来通知订阅了该 Dep 实例的所有 Watcher 对象(实际上就是 subs 数组中的所有 Watcher 实例),即发布订阅模式中的通知操作。

至于订阅者 Watcher,我们可以预想到,其中至少需要保存以下内容:

  • 要实现响应式的对象。比如组件中的data对象(当然由于Vue中做了数据代理,所以可以用组件实例vm来指代data)。
  • Watcher 依赖的对象属性的访问路径。比如,当前 Watcher 实例依赖的是 data 的 data.demo.test 属性,那么访问路径就是 'demo.test '。
  • 依赖的回调函数。在 Watcher 收到更新的通知时,执行该回调。

另外,还准备了一个 update 方法,用于在接收到通知时,调用回调函数。

对 Dep 和 Watcher 类有了一个简单的理解之后,我们就可以进入下一部分,依赖收集的实现。

1. 依赖收集

需要注意的是,在收集依赖的过程中,针对 Object 和 Array,Vue 中有不同的实现。

前面我们说到过,Dep 类中有 addSub 方法,用于向 Dep 实例对象身上的 subs 数组中添加 Watcher 实例,但在 Vue 中,依赖收集并不是简单地调用 addSub 方法实现的。

在 Dep 类中,还有一个 depend 方法用于进行依赖的收集:

class Dep {
  constructor() {
    ...
    this.subs = []
    ...
  }
  // 依赖收集
  depend () {
      if (Dep.target) {
          Dep.target.addDep(this)
      }
  }
  // 订阅
  addSub(sub) {
    this.subs.push(sub)
  }
  // 发出更新通知
  notify() {
    this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
  }
  ...
}

问题在于,在哪里调用这个方法呢?

根据响应式的具体表现,当我们更改某一个数据时,使用该数据的地方都需要进行更新,即,引用了该数据的地方,都依赖于该数据。又,由于我们对数据进行了劫持,只要引用该数据,就会触发我们准备好的 getter,所以,我们只需要在 getter 方法中调用该方法即可:

function defineReactive(data, key, val = data[key]) {
  const dep = new Dep()
  let childOb = observe(val)
  Object.defineProperty(data, key, {
    // getter
    get() {
      // 收集依赖
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
      }
      return val
    },
    // setter
    set(newVal) {
      val = newVal;
      ... // 触发依赖
    },
  });
}

这里可以看到,对于响应式对象的每一属性,都会为其创建一个 Dep 实例。

同时,这里和上面的 depend 方法中,都使用到了 Dep.target 这一变量。Dep.target 是一个全局唯一的变量,事实上,它就是一个全局的指向某一 Watcher 实例的变量。在创建一个 Watcher 实例时,会调用成员方法 get,而在 get 方法中,就会将这个全局变量指向当前 Watcher 实例:

// Watcher类的简单实现
class Watcher{ 
    constructor (vm, expr, cb){
        this.vm = vm;	    // 要实现响应式的对象
        this.expr = expr;	// 依赖属性的访问路径
        this.cb = cb;	    // 依赖的回调
        this.value = this.get() // 访问目标属性以触发getter从而发起依赖收集流程
    }
    update () {
      // 调用依赖回调cb
      ...
    }
    get () {
      Dep.target = this
      const value = parsePath(this.vm, this.expr) // 读取依赖的属性,触发对应属性的getter
      Dep.target = null // 依赖收集完毕后,需要将全局变量 Dep.target 置为空
      return value
    }
}

// 根据指定路径读取对象属性
function parsePath(obj, expression) {
  const segments = expression.split('.')
  for (let key of segments) {
    if (!obj) return
    obj = obj[key]
  }
  return obj
}

可以看到,在 new Watcher() 后,调用 get 函数,访问依赖的属性,触发我们在 defineReactive 方法中,为该属性准备好的 getter,然后,由于此时全局变量 Dep.target 指向了我们刚刚创建的 Watcher 实例,说明此时需要进行依赖的收集,调用该属性的 dep 实例身上的 depend 方法,接下来顺着 Dep.target 找到我们刚刚创建的 Watcher 实例,调用该实例身上的 addDep 方法:

addDep (dep) {
     // 此处还会有对重复依赖的过滤,但与现在所讲的内容无关,将其忽略
     this.deps.push(dep)  // 由于一个Watcher实例可能依赖了多个变量,所以可能会对应多个Dep实例,所以也需要一个deps数组来保存其所依赖的Dep实例。
     dep.addSub(this)  // 将当前Watcher实例加入该Dep实例的订阅队列中
}

这样,就完成了依赖的收集。

但还存在一个问题:何时创建 Watcher 实例?

在上述流程中,我们并没有提高在哪里创建的 Watcher 对象,如果不知道该对象在哪里创建,那么这整个流程就根本无从开始,后续也没有意义了。那么,搞清楚在何处、何时创建 Watcher 对象就十分重要。

在前面的介绍中,我们说过,Watcher 类会在三个地方使用:渲染函数计算属性以及侦听属性,而这些地方都是监听变量更新,做出相应处理。以页面渲染时来说,渲染页面时碰到插值表达式,v-bind等需要数据等地方,就会实例化一个watcher

这种方法,每遇到一个插值表达式就会新建一个watcher,这样每个节点就会对应一个watcher。实际上这是vue1.x的做法,以节点为单位进行更新,粒度较细。而vue2.x的做法是每个组件对应一个watcher,实例化watcher时传入的也不再是一个expression,而是渲染函数,渲染函数由组件的模板转化而来,这样一个组件的watcher就能收集到自己的所有依赖,以组件为单位进行更新,是一种中等粒度的方式。要实现vue2.x的响应式系统涉及到很多其他的东西,比如组件化,虚拟DOM等,而这个系列文章只专注于数据响应式的原理,因此不能实现vue2.x,但是两者关于响应式的方面,原理相同。

所以,我们可以将依赖收集的过程总结如下:

在这里插入图片描述

2. 触发依赖

在前面依赖收集部分,我们提到过,需要获取某一数据,或者说需要触发某一数据的 getter,说明此时的 Watcher 就依赖于该数据,所以,进一步地,当该数据变化时,我们需要通知 Watcher 进行更新。

至于在何处通知 Watcher,实际上我们在数据劫持部分中,就知道了在 setter 中触发依赖:

function defineReactive(obj, key, value) {
  ...
  const dep = new Dep();
  ...
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    ...,
    // setter
    set() {
      if (newValue === value) return
      value = newValue
      observe(newValue)	// 对新的值也需要进行一次劫持
      dep.notify();	// 通知 dep 相关的所有 Watcher 实例
    },
  });
}

而在 Dep 实例的 notify 方法中,只需要依次触发 subs 数组中的所有 Watcher 实例身上的 update 方法即可,也就是发布订阅模式中的派发更新操作:

class Dep {
  constructor() {
    ...
    this.subs = []
    ...
  }
  ...
  // 发出更新通知
  notify() {
    this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
  }
  ...
}

在各个 Watcher 的 update 方法中,则需要更新内部保存的信息,并触发依赖的回调:

class Watcher{ 
    constructor (vm, expr, cb){
        this.vm = vm;	    // 要实现响应式的对象
        this.expr = expr;	// 依赖属性的访问路径
        this.cb = cb;	    // 依赖的回调
        this.value = this.get() // 访问目标属性以触发getter从而发起依赖收集流程
    }
    update () {
      const oldValue = this.value
      this.value = parsePath(this.vm, this.expr)
      // 调用依赖回调cb,这里借助call方法,将新值和旧值都传过去
      this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue)
    }
    ...
}

// 根据指定路径读取对象属性
function parsePath(obj, expression) {
  const segments = expression.split('.')
  for (let key of segments) {
    if (!obj) return
    obj = obj[key]
  }
  return obj
}

3. 存在的问题以及解决

考虑下面的场景:

如果按照 Vue 2.x 中的处理方法,对于两个嵌套的父子组件,首先渲染父组件时,会创建一个父组件的 Watcher 实例,渲染到子组件时,会再创建一个子组件的 Watcher 实例,当创建父组件的 Watcher 实例时,会将全局变量 Dep.target 指向当前 Watcher 实例,但在接下来创建子组件 Watcher 实例时,会将 Dep.target 指向子组件的 Watcher 实例,然后进行子组件的依赖收集,收集完成后会将 Dep.target 置为空,待完成子组件的渲染后,回到父组件中,继续父组件的依赖收集时,会发现 Dep.target 为空了,也就无法再走下去了。

为了解决这一问题,Vue 中采用的方案是:用一个栈结构来保存 Watcher 实例 — targetStack

所以我们需要在 Watcher 类中进行一些修改:

class Watcher{ 
    constructor (vm, expr, cb){
        this.vm = vm;	    // 要实现响应式的对象
        this.expr = expr;	// 依赖属性的访问路径
        this.cb = cb;	    // 依赖的回调
        this.value = this.get() // 访问目标属性以触发getter从而发起依赖收集流程
    }
    
    update () {
      ...
    }
    get () {
      pushTarget(this)	// 将 Dep.target 指向当前实例
      const value = parsePath(this.vm, this.expr) // 读取依赖的属性,触发对应属性的getter
      popTarget() // 依赖收集完毕后,需要将全局变量 Dep.target 重置
      return value
    }
    addDep () {
        ...
    }
}

// 根据指定路径读取对象属性
function parsePath(obj, expression) {
  const segments = expression.split('.')
  for (let key of segments) {
    if (!obj) return
    obj = obj[key]
  }
  return obj
}
        
const targetStack = []

// 入栈
function pushTarget (_target) {
    targetStack.push(Dep.target)	// 保存当前 Dep.target
    Dep.target = _target
}
        
// 出栈
function popTarget () {
    Dep.target = targetStack.pop()
}

这样就解决了这个问题,然后下面把代码合并一下,方便阅读。

4. 最终demo

这里的数据拦截相关的代码在上一节中有详细的介绍 — Vue 数据劫持

// observer 方法
function observer (value) {
    if (!isObject(value)) {
        return
    }
    var ob;
    if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
        ob = value.__ob__;
    } else {
        ob = new Observer(value);
    }
    return ob
}

// Observer 类
export class Observer {
  constructor (value) {
      ...
      def(value, '__ob__', this)
      this.walk(value)
  }
  // 遍历下一层属性,执行defineReactive
  walk (obj) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }
}

// def 方法,用于为当前正在拦截的数据添加 __ob__ 属性
function def (obj, key, val, enumerable) {
  Object.defineProperty(obj, key, {
    value: val,
    enumerable: !!enumerable,
    writable: true,
    configurable: true
  });
}

// 数据劫持
function defineReactive(data, key, value = data[key]) {
  const dep = new Dep()
  // 对当前属性的下一层属性进行劫持
  let childOb = observe(val)
  // 对当前属性进行拦截
  Object.defineProperty(data, key, {
    get: function reactiveGetter() {
      // 收集依赖
      dep.depend()
      return value
    },
    set: function reactiveSetter(newValue) {
      if (newValue === value) return
      value = newValue
      // 触发依赖
      observe(newValue)
      dep.notify()
    }
  })
}

// Dep 类
class Dep {
  constructor() {
    this.subs = []
  }
  // 依赖收集
  depend() {
    if (Dep.target) {
      this.addSub(Dep.target)
    }
  }
  // 通知更新
  notify() {
    const subs = [...this.subs]
    subs.forEach((s) => s.update())
  }
  // 添加订阅
  addSub(sub) {
    this.subs.push(sub)
  }
}

// 全局变量 Dep.target
Dep.target = null

// 用于暂存 Dep.target 指向的栈
const targetStack = []

// 入栈
function pushTarget (_target) {
    targetStack.push(Dep.target)	// 保存当前 Dep.target
    Dep.target = _target
}
        
// 出栈
function popTarget () {
    Dep.target = targetStack.pop()
}

// Watcher 类
class Watcher {
  constructor(data, expression, cb) {
      this.data = data;	    // 要实现响应式的对象
      this.expression = expression;	// 依赖属性的访问路径
      this.cb = cb;	    // 依赖的回调
      this.value = this.get() // 访问目标属性以触发getter从而发起依赖收集流程
  }
  // 访问当前实例依赖的属性,并将全局变量指向自身
  get() {
    pushTarget(this)
    const value = parsePath(this.data, this.expression)
    popTarget()
    return value
  }
  // 收到更新通知后,进行更新,并触发依赖回调
  update() {
    const oldValue = this.value
    this.value = parsePath(this.data, this.expression)
    this.cb.call(this.data, this.value, oldValue)
  }
}

// 工具函数,用于根据指定访问路径,取出某一对象下的指定属性
function parsePath(obj, expression) {
  const segments = expression.split('.')
  for (let key of segments) {
    if (!obj) return
    obj = obj[key]
  }
  return obj
}

有一点需要注意 — 依赖属性的嵌套

假设现在有一个地方使用到了一个对象 obj 的一个属性 obj.a.b.c,那么根据我们上面的分析,此时会为其新建一个 Watcher 实例:

let test = {
    a: {
        b: {
            c: 111
        }
    }
}

observer(test)

const watcher = new Watcher(test, 'a.b.c', (newVal, oldVal) => {
    console.log(`obj发生了变化!newVal: ${newVal}---oldVal: ${oldVal}`)
})

那么有一个问题,我们知道此时 watcher 依赖的是 test.a.b.c,但此时 watcher 是否也同时依赖了 test 中的 test.a.btest.a 这两个属性?或者说,test.a.btest.a 这两个属性的 dep 身上的 subs 数组中是否有 watcher?

单纯考虑这种情况的话,如果我们此时改变了 test.a.b 的值,那么我们传入的回调函数理应触发,问题就在于,如何触发?为什么会触发?

从实现的角度分析,在创建 Watcher 实例时,会调用 get 方法,然后根据访问路径去找依赖的属性:

function parsePath(obj, expression) {
  const segments = expression.split('.')
  for (let key of segments) {
    if (!obj) return
    obj = obj[key]	// 关键就在这里!
  }
  return obj
}

在上面的例子中,这里的执行流程如下:

  1. 函数局部变量 obj 初始时指向 test,segments 中的内容为 ['a', 'b', 'c'],另外,此时的 Dep.target 始终指向 watcher!
  2. 第一次循环,执行至 obj = obj[key] 时,读取 obj.a 的值,触发其的 getter,调用 a 属性的 dep 的 depend 方法,收集依赖,将 Dep.target 也就是 watcher 添加到 a 属性的 dep 的 subs 数组中。
  3. 第二次循环,执行至 obj = obj[key] 时,读取 obj.a.b 的值,触发其的 getter,调用 b 属性的 dep 的 depend 方法,收集依赖,将 Dep.target 也就是 watcher 添加到 b 属性的 dep 的 subs 数组中。
  4. 第三次循环,执行至 obj = obj[key] 时,读取 obj.a.b.c 的值,触发其的 getter,调用 c 属性的 dep 的 depend 方法,收集依赖,将 Dep.target 也就是 watcher 添加到 c 属性的 dep 的 subs 数组中。

这样,无论我们修改 a 属性还是 b 属性,抑或是 test 本身的值,都会触发更新,进而去通知 watcher 指向回调!

所以,当依赖某一嵌套属性时,也会依赖与该属性相关的每一项属性

5. 遗留的问题

  1. 数组的处理 — Vue 针对 Object 类型和 Array 类型有不同的实现,目前我们还没涉及到数组的处理
  2. 目前的 demo 仅仅做到了数据劫持、依赖收集以及依赖触发,但触发依赖后页面的重新渲染是做不到的。

文章来源:https://blog.csdn.net/cannotbecounted/article/details/134953314
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