Vue数据绑定简析小结
作为MVVM框架的一种,Vue最为人津津乐道的当是数据与视图的绑定,将直接操作DOM节点变为修改 data
数据,利用 Virtual Dom
来 Diff
对比新旧视图,从而实现更新。不仅如此,还可以通过 Vue.prototype.$watch
来监听 data
的变化并执行回调函数,实现自定义的逻辑。虽然日常的编码运用已经驾轻就熟,但未曾去深究技术背后的实现原理。作为一个好学的程序员,知其然更要知其所以然,本文将从源码的角度来对Vue响应式数据中的观察者模式进行简析。
初始化 Vue 实例
在阅读源码时,因为文件繁多,引用复杂往往使我们不容易抓住重点,这里我们需要找到一个入口文件,从 Vue
构造函数开始,抛开其他无关因素,一步步理解响应式数据的实现原理。首先我们找到 Vue
构造函数:
// src/core/instance/index.js function Vue (options) { if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !(this instanceof Vue) ) { warn('Vue is a constructor and should be called with the `new` keyword') } this._init(options) }
// src/core/instance/init.js Vue.prototype._init = function (options) { ... // a flag to avoid this being observed vm._isVue = true // merge options // 初始化vm实例的$options if (options && options._isComponent) { initInternalComponent(vm, options) } else { vm.$options = mergeOptions( resolveConstructorOptions(vm.constructor), options || {}, vm ) } ... initLifecycle(vm) // 梳理实例的parent、root、children和refs,并初始化一些与生命周期相关的实例属性 initEvents(vm) // 初始化实例的listeners initRender(vm) // 初始化插槽,绑定createElement函数的vm实例 callHook(vm, 'beforeCreate') initInjections(vm) // resolve injections before data/props initState(vm) initProvide(vm) // resolve provide after data/props callHook(vm, 'created') if (vm.$options.el) { vm.$mount(vm.$options.el) // 挂载组件到节点 } }
为了方便阅读,我们去除了 flow
类型检查和部分无关代码。可以看到,在实例化Vue组件时,会调用 Vue.prototype._init
,而在方法内部,数据的初始化操作主要在 initState
(这里的 initInjections
和 initProvide
与 initProps
类似,在理解了 initState
原理后自然明白),因此我们重点来关注 initState
。
// src/core/instance/state.js export function initState (vm) { vm._watchers = [] const opts = vm.$options if (opts.props) initProps(vm, opts.props) if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods) if (opts.data) { initData(vm) } else { observe(vm._data = {}, true /* asRootData */) } if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed) if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) { initWatch(vm, opts.watch) } }
首先初始化了一个 _watchers
数组,用来存放 watcher
,之后根据实例的 vm.$options
,相继调用 initProps
、 initMethods
、 initData
、 initComputed
和 initWatch
方法。
initProps
function initProps (vm, propsOptions) { const propsData = vm.$options.propsData || {} const props = vm._props = {} // cache prop keys so that future props updates can iterate using Array // instead of dynamic object key enumeration. const keys = vm.$options._propKeys = [] const isRoot = !vm.$parent // root instance props should be converted if (!isRoot) { toggleObserving(false) } for (const key in propsOptions) { keys.push(key) const value = validateProp(key, propsOptions, propsData, vm) ... defineReactive(props, key, value) if (!(key in vm)) { proxy(vm, '_props', key) } } toggleObserving(true) }
在这里, vm.$options.propsData
是通过父组件传给子组件实例的数据对象,如 <my-element :item="false"></my-element>
中的 {item: false}
,然后初始化 vm._props
和 vm.$options._propKeys
分别用来保存实例的 props
数据和 keys
,因为子组件中使用的是通过 proxy
引用的 _props
里的数据,而不是父组件传递的 propsData
,所以这里缓存了 _propKeys
,用来 updateChildComponent
时能更新 vm._props
。接着根据 isRoot
是否是根组件来判断是否需要调用 toggleObserving(false)
,这是一个全局的开关,来控制是否需要给对象添加 __ob__
属性。这个相信大家都不陌生,一般的组件的 data
等数据都包含这个属性,这里先不深究,等之后和 defineReactive
时一起讲解。因为 props
是通过父传给子的数据,在父元素 initState
时已经把 __ob__
添加上了,所以在不是实例化根组件时关闭了这个全局开关,待调用结束前在通过 toggleObserving(true)
开启。
之后是一个 for
循环,根据组件中定义的 propsOptions
对象来设置 vm._props
,这里的 propsOptions
就是我们常写的
export default { ... props: { item: { type: Object, default: () => ({}) } } }
循环体内,首先
const value = validateProp(key, propsOptions, propsData, vm)
validateProp
方法主要是校验数据是否符合我们定义的 type
,以及在 propsData
里未找到 key
时,获取默认值并在对象上定义 __ob__
,最后返回相应的值,在这里不做展开。
这里我们先跳过 defineReactive
,看最后
if (!(key in vm)) { proxy(vm, '_props', key) }
其中 proxy
方法:
function proxy (target, sourceKey, key) { sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter () { return this[sourceKey][key] } sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter (val) { this[sourceKey][key] = val } Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition) }
在 vm
不存在 key
属性时,通过 Object.defineProperty
使得我们能通过 vm[key]
访问到 vm._props[key]
。
defineReactive
在 initProps
中,我们了解到其首先根据用户定义的 vm.$options.props
对象,通过对父组件设置的传值对象 vm.$options.propsData
进行数据校验,返回有效值并保存到 vm._props
,同时保存相应的 key
到 vm.$options._propKeys
以便进行子组件的 props
数据更新,最后利用 getter/setter
存取器属性,将 vm[key]
指向对 vm._props[key]
的操作。但其中跳过了最重要的 defineReactive
,现在我们将通过阅读 defineReactive
源码,了解响应式数据背后的实现原理。
// src/core/observer/index.js export function defineReactive ( obj, key, val, customSetter, shallow ) { const dep = new Dep() const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key) if (property && property.configurable === false) { return } // cater for pre-defined getter/setters const getter = property && property.get const setter = property && property.set if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) { val = obj[key] } let childOb = !shallow && observe(val) ... }
首先 const dep = new Dep()
实例化了一个 dep
,在这里利用闭包来定义一个依赖项,用以与特定的 key
相对应。因为其通过 Object.defineProperty
重写 target[key]
的 getter/setter
来实现数据的响应式,因此需要先判断对象 key
的 configurable
属性。接着
if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) { val = obj[key] }
arguments.length === 2
意味着调用 defineReactive
时未传递 val
值,此时 val
为 undefined
,而 !getter || setter
判断条件则表示如果在 property
存在 getter
且不存在 setter
的情况下,不会获取 key
的数据对象,此时 val
为 undefined
,之后调用 observe
时将不对其进行深度观察。正如之后的 setter
访问器中的:
if (getter && !setter) return
此时数据将是只读状态,既然是只读状态,则不存在数据修改问题,继而无须深度观察数据以便在数据变化时调用观察者注册的方法。
Observe
在 defineReactive
里,我们先获取了 target[key]
的 descriptor
,并缓存了对应的 getter
和 setter
,之后根据判断选择是否获取 target[key]
对应的 val
,接着是
let childOb = !shallow && observe(val)
根据 shallow
标志来确定是否调用 observe
,我们来看下 observe
函数:
// src/core/observer/index.js export function observe (value, asRootData) { if (!isObject(value) || value instanceof VNode) { return } let ob if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) { ob = value.__ob__ } else if ( shouldObserve && !isServerRendering() && (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) && Object.isExtensible(value) && !value._isVue ) { ob = new Observer(value) } if (asRootData && ob) { ob.vmCount++ } return ob }
首先判断需要观察的数据是否为对象以便通过 Object.defineProperty
定义 __ob__
属性,同时需要 value
不属于 VNode
的实例( VNode
实例通过 Diff
补丁算法来实现实例对比并更新)。接着判断 value
是否已有 __ob__
,如果没有则进行后续判断:
- shouldObserve:全局开关标志,通过toggleObserving来修改。
- !isServerRendering():判断是否服务端渲染。
- (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)):数组和纯对象时才允许添加__ob__进行观察。
- Object.isExtensible(value):判断value是否可扩展。
- !value._isVue:避免Vue实例被观察
满足以上五个条件时,才会调用 ob = new Observer(value) ,接下来我们要看下 Observer 类里做了哪些工作
// src/core/observer/index.js export class Observer { constructor (value) { this.value = value this.dep = new Dep() this.vmCount = 0 def(value, '__ob__', this) if (Array.isArray(value)) { if (hasProto) { protoAugment(value, arrayMethods) } else { copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys) } this.observeArray(value) } else { this.walk(value) } } /** * Walk through all properties and convert them into * getter/setters. This method should only be called when * value type is Object. */ walk (obj) { const keys = Object.keys(obj) for (let i = 0; i < keys.length; i++) { defineReactive(obj, keys[i]) } } /** * Observe a list of Array items. */ observeArray (items) { for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) { observe(items[i]) } } }
构造函数里初始化了 value 、 dep 和 vmCount 三个属性,为 this.value 添加 __ob__ 对象并指向自己,即 value.__ob__.value === value ,这样就可以通过 value 或 __ob__ 对象取到 dep 和 value 。 vmCount 的作用主要是用来区分是否为 Vue 实例的根 data , dep 的作用这里先不介绍,待与 getter/setter 里的 dep 一起解释。
接着根据 value 是数组还是纯对象来分别调用相应的方法,对 value 进行递归操作。当 value 为纯对象时,调用 walk 方法,递归调用 defineReactive 。当 value 是数组类型时,首先判断是否有 __proto__ ,有就使用 __proto__ 实现原型链继承,否则用 Object.defineProperty 实现拷贝继承。其中继承的基类 arrayMethods 来自 src/core/observer/array.js :
// src/core/observer/array.js const arrayProto = Array.prototype export const arrayMethods = Object.create(arrayProto) const methodsToPatch = [ 'push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice', 'sort', 'reverse' ] methodsToPatch.forEach(function (method) { // cache original method const original = arrayProto[method] def(arrayMethods, method, function mutator (...args) { const result = original.apply(this, args) const ob = this.__ob__ let inserted switch (method) { case 'push': case 'unshift': inserted = args break case 'splice': inserted = args.slice(2) break } if (inserted) ob.observeArray(inserted) // notify change ob.dep.notify() return result }) })
这里为什么要对数组的实例方法进行重写呢?代码里的 methodsToPatch 这些方法并不会返回新的数组,导致无法触发 setter ,因而不会调用观察者的方法。所以重写了这些变异方法,使得在调用的时候,利用 observeArray 对新插入的数组元素添加 __ob__ ,并能够通过 ob.dep.notify 手动通知对应的被观察者执行注册的方法,实现数组元素的响应式。
if (asRootData && ob) { ob.vmCount++ }
最后添加这个 if 判断,在 Vue 实例的根 data 对象上,执行 ob.vmCount++ ,这里主要为了后面根据 ob.vmCount 来区分是否为根数据,从而在其上执行 Vue.set 和 Vue.delete 。
getter/setter
在对 val 进行递归操作后(假如需要的话),将 obj[key] 的数据对象封装成了一个被观察者,使得能够被观察者观察,并在需要的时候调用观察者的方法。这里通过 Object.defineProperty 重写了 obj[key] 的访问器属性,对 getter/setter 操作做了拦截处理, defineReactive 剩余的代码具体如下:
... Object.defineProperty(obj, key, { enumerable: true, configurable: true, get: function reactiveGetter () { const value = getter "htmlcode">// src/core/observer/dep.js export default class Dep { static target: "htmlcode">if (childOb) { childOb.dep.depend() if (Array.isArray(value)) { dependArray(value) } }这里可能会有疑惑,既然已经调用了 dep.depend ,为什么还要调用 childOb.dep.depend ?两个 dep 之间又有什么关系呢?
其实这两个 dep 的分工是不同的。对于数据的增、删,利用 childOb.dep.notify 来调用观察者方法,而对于数据的修改,则使用的 dep.notify ,这是因为 setter 访问器无法监听到对象数据的添加和删除。举个例子:
const data = { arr: [{ value: 1 }], } data.a = 1; // 无法触发setter data.arr[1] = {value: 2}; // 无法触发setter data.arr.push({value: 3}); // 无法触发setter data.arr = [{value: 4}]; // 可以触发setter还记得 Observer 构造函数里针对数组类型 value 的响应式转换吗?通过重写 value 原型链,使得对于新插入的数据:
if (inserted) ob.observeArray(inserted) // notify change ob.dep.notify()将其转换为响应式数据,并通过 ob.dep.notify 来调用观察者的方法,而这里的观察者列表就是通过上述的 childOb.dep.depend 来收集的。同样的,为了实现对象新增数据的响应式,我们需要提供相应的 hack 方法,而这就是我们常用的 Vue.set/Vue.delete 。
// src/core/observer/index.js export function set (target: Array<any> | Object, key: any, val: any): any { ... if (Array.isArray(target) && isValidArrayIndex(key)) { target.length = Math.max(target.length, key) target.splice(key, 1, val) return val } if (key in target && !(key in Object.prototype)) { target[key] = val return val } const ob = (target: any).__ob__ if (target._isVue || (ob && ob.vmCount)) { process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn( 'Avoid adding reactive properties to a Vue instance or its root $data ' + 'at runtime - declare it upfront in the data option.' ) return val } if (!ob) { target[key] = val return val } defineReactive(ob.value, key, val) ob.dep.notify() return val }
- 判断value是否为数组,如果是,直接调用已经hack过的splice即可。
- 是否已存在key,有的话说明已经是响应式了,直接修改即可。
- 接着判断target.__ob__是否存在,如果没有说明该对象无须深度观察,设置返回当前的值。
- 最后,通过defineReactive来设置新增的key,并调用ob.dep.notify通知到观察者。
现在我们了解了 childOb.dep.depend() 是为了将当前 watcher 收集到 childOb.dep ,以便在增、删数据时能通知到 watcher 。而在 childOb.dep.depend() 之后还有:
if (Array.isArray(value)) { dependArray(value) }/** * Collect dependencies on array elements when the array is touched, since * we cannot intercept array element access like property getters. */ function dependArray (value: Array<any>) { for (let e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) { e = value[i] e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend() if (Array.isArray(e)) { dependArray(e) } } }在触发 target[key] 的 getter 时,如果 value 的类型为数组,则递归将其每个元素都调用 __ob__.dep.depend ,这是因为无法拦截数组元素的 getter ,所以将当前 watcher 收集到数组下的所有 __ob__.dep ,这样当其中一个元素触发增、删操作时能通知到观察者。比如:
const data = { list: [[{value: 0}]], }; data.list[0].push({value: 1});这样在 data.list[0].__ob__.notify 时,才能通知到 watcher 。
target[key] 的 getter 主要作用:
将 Dep.target 收集到闭包中 dep 的观察者列表,以便在 target[key] 的 setter 修改数据时通知观察者
根据情况对数据进行遍历添加 __ob__ ,将 Dep.target 收集到 childOb.dep 的观察者列表,以便在增加/删除数据时能通知到观察者
通过 dependArray 将数组型的 value 递归进行观察者收集,在数组元素发生增、删、改时能通知到观察者
target[key] 的 setter 主要作用是对新数据进行观察,并通过闭包保存到 childOb 变量供 getter 使用,同时调用 dep.notify 通知观察者,在此就不再展开。
Watcher
在前面的篇幅中,我们主要介绍了 defineReactive 来定义响应式数据:通过闭包保存 dep 和 childOb ,在 getter 时来进行观察者的收集,使得在数据修改时能触发 dep.notify 或 childOb.dep.notify 来调用观察者的方法进行更新。但具体是如何进行 watcher 收集的却未做过多解释,现在我们将通过阅读 Watcher 来了解观察者背后的逻辑。
上一篇:微信小程序扫描二维码获取信息实例详解function initComputed (vm: Component, computed: Object) { const watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null) const isSSR = isServerRendering() for (const key in computed) { const userDef = computed[key] const getter = typeof userDef === 'function' "htmlcode">if (!(key in vm)) { defineComputed(vm, key, userDef) }defineComputed 主要将 userDef 转化为 getter/setter 访问器,并通过 Object.defineProperty 将 key 设置到 vm 上,使得我们能通过 this[key] 直接访问到计算属性。接下来我们主要看下 userDef 转为 getter 中的 createComputedGetter 函数:
function createComputedGetter (key) { return function computedGetter () { const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key] if (watcher) { if (watcher.dirty) { watcher.evaluate() } if (Dep.target) { watcher.depend() } return watcher.value } } }利用闭包保存计算属性的 key ,在 getter 触发时,首先通过 this._computedWatchers[key] 获取到之前保存的 watcher ,如果 watcher.dirty 为 true 时调用 watcher.evaluate (执行 this.get() 求值操作,并将当前 watcher 的 dirty 标记为 false ),我们主要看下 get 操作:
get () { pushTarget(this) let value const vm = this.vm try { value = this.getter.call(vm, vm) } catch (e) { ... } finally { // "touch" every property so they are all tracked as // dependencies for deep watching if (this.deep) { traverse(value) } popTarget() this.cleanupDeps() } return value }可以看到,求值时先执行 pushTarget(this) ,通过查阅 src/core/observer/dep.js ,我们可以看到:
Dep.target = null const targetStack = [] export function pushTarget (target: "htmlcode">addDep (dep: Dep) { const id = dep.id if (!this.newDepIds.has(id)) { this.newDepIds.add(id) this.newDeps.push(dep) if (!this.depIds.has(id)) { dep.addSub(this) } } }先判断 newDepIds 是否包含 dep.id ,没有则说明尚未添加过这个 dep ,此时将 dep 和 dep.id 分别加到 newDepIds 和 newDeps 。如果 depIds 不包含 dep.id ,则说明之前未添加过此 dep ,因为是双向添加的(将 dep 添加到 watcher 的同时也需要将 watcher 收集到 dep ),所以需要调用 dep.addSub ,将当前 watcher 添加到新的 dep 的观察者队列。
if (this.deep) { traverse(value) }再接着根据 this.deep 来调用 traverse 。 traverse 的作用主要是递归遍历触发 value 的 getter ,调用所有元素的 dep.depend() 并过滤重复收集的 dep 。最后调用 popTarget() 将当前 watcher 移出栈,并执行 cleanupDeps :
cleanupDeps () { let i = this.deps.length while (i--) { const dep = this.deps[i] if (!this.newDepIds.has(dep.id)) { dep.removeSub(this) } } ... }遍历 this.deps ,如果在 newDepIds 中不存在 dep.id ,则说明新的依赖里不包含当前 dep ,需要到 dep 的观察者列表里去移除当前这个 watcher ,之后便是 depIds 和 newDepIds 、 deps 和 newDeps 的值交换,并清空 newDepIds 和 newDeps 。到此完成了对 watcher 的求值操作,同时更新了新的依赖,最后返回 value 即可。
回到 createComputedGetter 接着看:
if (Dep.target) { watcher.depend() }当执行计算属性的 getter 时,有可能表达式中还有别的计算属性依赖,此时我们需要执行 watcher.depend 将当前 watcher 的 deps 添加到 Dep.target 即可。最后返回求得的 watcher.value 即可。
总的来说我们从 this[key] 触发 watcher 的 get 函数,将当前 watcher 入栈,通过求值表达式将所需要的依赖 dep 收集到 newDepIds 和 newDeps ,并将 watcher 添加到对应 dep 的观察者列表,最后清除无效 dep 并返回求值结果,这样就完成了依赖关系的收集。
Watcher 的更新
以上我们了解了 watcher 的依赖收集和 dep 的观察者收集的基本原理,接下来我们了解下 dep 的数据更新时如何通知 watcher 进行 update 操作。
notify () { // stabilize the subscriber list first const subs = this.subs.slice() for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) { subs[i].update() } }首先在 dep.notify 时,我们将 this.subs 拷贝出来,防止在 watcher 的 get 时候 subs 发生更新,之后调用 update 方法:
update () { /* istanbul ignore else */ if (this.lazy) { this.dirty = true } else if (this.sync) { this.run() } else { queueWatcher(this) } }
- 如果是 lazy ,则将其标记为 this.dirty = true ,使得在 this[key] 的 getter 触发时进行 watcher.evaluate 调用计算。
- 如果是 sync 同步操作,则执行 this.run ,调用 this.get 求值和执行回调函数 cb 。
- 否则执行 queueWatcher ,选择合适的位置,将 watcher 加入到队列去执行即可,因为和响应式数据无关,故不再展开。
小结
因为篇幅有限,只对数据绑定的基本原理做了基本的介绍,在这画了一张简单的流程图来帮助理解 Vue 的响应式数据,其中省略了一些 VNode 等不影响理解的逻辑及边界条件,尽可能简化地让流程更加直观:
最后,本着学习的心态,在写作的过程中也零零碎碎的查阅了很多资料,其中难免出现纰漏以及未覆盖到的知识点,如有错误,还请不吝指教。
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。
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