聊一聊 Vue3 中响应式原理

引言

Vue.js 3.0 "One Piece" 正式发布已经有一段时间了，真可谓是千呼万唤始出来啊！

相比于 Vue2.x，Vue3.0 在新的版本中提供了更好的性能、更小的捆绑包体积、更好的 TypeScript 集成、用于处理大规模用例的新 API。

在发布之前，尤大大就已经声明了响应式方面将采用 Proxy 对于之前的 Object.defineProperty 进行改写。其主要目的就是弥补 Object.defineProperty 自身的一些缺陷，例如无法检测到对象属性的新增或者删除，不能监听数组的变化等。

而 Vue3 采用了新的 Proxy 实现数据读取和设置拦截，不仅弥补了之前 Vue2 中 Object.defineProperty 的缺陷，同时也带来了性能上的提升。

今天，我们就来盘一盘它，看看 Vue3 中响应式是如何实现的。

Proxy ?

The Proxy object enables you to create a proxy for another object, which can intercept and redefine fundamental operations for that object.MDN

Proxy - 代理，顾名思义，就是在要访问的对象之前增加一个中间层，这样就不直接访问对象，而是通过中间层做一个中转，通过操作代理对象，来实现修改目标对象。

关于 Proxy 的更多的知识，可以参考我之前的一篇文章 —— 初探 Vue3.0 中的一大亮点——Proxy !，这里我就不在赘述。

reactive 和 effect 方法

Vue3 中响应式核心方法就是 reactive 和 effect ， 其中 reactive 方法是负责将数据变成响应式，effect 方法的作用是根据数据变化去更新视图或调用函数，与 react 中的 useEffect 有点类似~

其大概用法如下：

let { reactive, effect } = Vue;
let data = reactive({ name: 'Hello' });

effect(() => {
    console.log(data.name)
})

data.name = 'World';

默认会执行一次，打印 Hello , 之后更改了 data.name 的值后，会在触发执行一次，打印World。

我们先看看 reactive 方法的实现~

reactive.js

首先应该明确，我们应该导出一个 reactive 方法，该方法有一个参数 target，目的就是将 target 变成响应式对象，因此返回值就是一个响应式对象。

import {isObject} from "../shared/utils";
// Vue3 响应式原理
// 响应式方法，将 target 对象变成响应式对象
export function reactive (target) {
    // 创建响应式对象
    return createReactiveObject(target);
}

// 创建响应式对象
function createReactiveObject (target) {
    // 不是对象，直接返回
    if ( !isObject(target) ) return target;
    // 创建 Proxy 代理
    const observed = new Proxy(target,{})
    return observed;
}

reactive 方法基本结构就是如此，给定一个对象，返回一个响应式对象。

其中 isObject 方法用于判断是否是对象，不是对象不需要代理，直接返回即可。

reactive 方法的重点是 Proxy 的第二个参数handler，它承载监控对象变化，依赖收集，视图更新等各项重大责任，我们重点来研究这个对象。

handler.js

在 Vue3 中 Proxy 的 handler 主要设置了 get，set，deleteProperty，has，ownKeys 这些属性，即拦截了对象的读取，设置，删除，in 以及 Object.getOwnPropertyNames 方法和 Object.getOwnPropertySymbols 方法。

这里我们偷个懒，暂时就考虑 set 和 get 操作。

handler.get()

get 获取属性比较简单，我们先来看看这个，这里我们用一个方法创建 getHanlder。

// 创建 get
function createGetter () {
  return function get (target, key, receiver) {
      // proxy + reflect
      const res = Reflect.get(target, key, receiver);  // target[key];

      // 如果是对象，递归代理
      if ( isObject(res) ) return reactive(res);

      console.log('获取属性的值：', 'target：', target, 'key：', key)

      return res;
  }
}

这里推荐使用了 Reflect.get 而并非 target[key]。

可以发现，Vue3 是在取值的时候才去递归遍历属性的，而非 Vue2 中一开始就递归 data 给每个属性添加 Watcher，这也是 Vue3 性能提升之一。

handler.set()

同理 set 操作，我们也是用一个方法创建 setHandler。

// 创建 set
function createSetter () {
    return function set (target, key, value, receiver) {
        // 设置属性值
        const res = Reflect.set(target, key, value, receiver);  
        return res;
    }
}

Reflect.set 会返回一个 Boolean 值，用于判断属性是否设置成功。

完事后将 handler 导出，然后在 reactive 中引入即可。

const get = createGetter();
const set = createSetter();

// 拦截普通对象和数组
export const mutableHandler = {
    get,
    set
}

测试几组对象貌似没啥问题，其实是有一个坑，这个坑也跟数组有关。

  let { reactive } = Vue;
  // 代理数组
  let arr = [1,2,3]
  let proxy = reactive(arr)
  // 添加元素
  proxy.push(4)

如上例子，如果我们选择代理数组，在 setHandler 中打印其 key 和 value 的话会得到 3 4 ，length 4 这两组值：

  • 第一组表示给数组索引为 3 的位置新增一个 4 的值
  • 第二组表示将数组的 length 改为 4

如果不作处理，那么会导致如果更新视图的话，则会触发两次，这肯定是不允许的，因此，我们需要将区分新增和修改这两种操作。

Vue3 中是通过判断 target 是否存在该属性来区分是新增还是修改操作，需要借助一个工具方法 —— hasOwnProperty。

// 判断自身是否包含某个属性
function hasOwnProperty (target,key) {
    return Object.prototype.hasOwnProperty.call(target,key);
}

这里我们将上述的 createSetter 方法修改如下：

function createSetter () {
  return function set (target, key, value, receiver) {
      // 需要判断修改属性还是新增属性，如果原始值于新设置的值一样，则不作处理
      const hasKey = hasOwnProperty(target, key);
      // 获取原始值
      const oldVal = target[key];
      const res = Reflect.set(target, key, value, receiver);    // target[key]=value;
        
      if ( !hasKey ) { 
          // 新增属性
          console.log('新增了属性：', 'key：', key, 'value：', value);
      } else if ( hasChanged(value, oldVal) ) { 
          // 原始值于新设置的值不一样，修改属性值
          console.log('修改了属性：', 'key：', key, 'value：', value)
      }

      // 值未发生变化，不作处理
      return res;
  }
}

如此一来，我们调 push 方法的时候，就只会触发一次更新了，非常巧妙的避免了无意义的更新操作。

effect.js

光上述构造响应式对象并不能完成响应式的操作，我们还需要一个非常重要的方法 effect，它会在初始化执行的时候存储跟其有关的数据依赖，当依赖数据发生变化的时候，则会再次触发 effect 传递的函数。

其基本雏形如下，入参是一个函数，还有个可选参数 options 方便后面计算属性等使用，暂时不考虑：

// 响应式副作用方法
export function effect (fn，options = {}) {
    // 创建响应式 effect
    const reactiveEffect = createReactiveEffect(fn, options);
    
    // 默认执行一次
    reactiveEffect()
}

createReactiveEffect 就是为了将 fn 变成响应式函数，监控数据变化，执行 fn 函数，因此该函数是一个高阶函数。

let activeEffect;   // 当前 effect
const effectStack = []; // effect 栈

// 创建响应式 effect
function createReactiveEffect (fn, options) {
    // 创建的响应式函数
    const reactiveEffect = function () {
        // 防止不停更改属性导致死循环
        if ( !effectStack.includes(reactiveEffect) ) {
            try {
                effectStack.push(reactiveEffect);
                // 将当前 effect 存储到 activeEffect
                activeEffect = reactiveEffect;      
                // 运行 fn 函数
                return fn();
            } finally {
                // 执行完清空
                effectStack.pop();
                activeEffect = effectStack[effectStack.length - 1];
            }
        }
    }
    return reactiveEffect;
}

createReactiveEffect 将原来的 fn 转变成一个 reactvieEffect ， 并将当前的 effect 挂到全局的 activeEffect 上，目的是为了一会与当前所依赖的属性做好对应关系。

我们必须要将依赖属性构造成 { prop : [effect,effect] } 这种结构，才能保证依赖属性变化的时候，依次去触发与之相关的 effect，因此，需要在 get 属性的时候，做属性的依赖收集，将属性与 effect 关联起来。

依赖收集 —— track

在获取对象的属性时，会触发 getHandler ，再次做属性的依赖收集，即 Vue2 中的发布订阅。

在 setHandler 中获取属性的时候，做一次 track(target, key) 操作。

整个 track 的数据结构大概是这样

/** 
* 最外层是 WeakMap，其 key 是 target 对象，值是一个 map
* map 中包含 target 的属性，key 为每一个属性 ， 值为属性对应的 `effect` 
*/
     key               val(map)
{name : 'chris}     {  name : Set(effect,effect) ， age : Set() }

目的就是将 target，key，effect 之间做好对应的关系映射。

const targetMap = new WeakMap();
// 依赖收集
export function tract(target,key){
    // activeEffect 为空
    if ( activeEffect === undefined ) {
        return; // 说明取值的属性，不依赖于 effect
    }

    // 判断 target 对象是否收集过依赖
    let depsMap = targetMap.get(target);
    // 不存在构建
    if ( !depsMap ) {
        targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
    }

    // 判断要收集的 key 中是否收集过 effect
    let dep = depsMap.get(key);
    // 不存在则创建
    if ( !dep ) {
        depsMap.set(key, (dep = new Set()));
    }

    // 如果未收集过当前依赖则添加
    if ( !dep.has(activeEffect) ) {
        dep.add(activeEffect);
    }
}

打印 targetMap 的结构如下：

targetMap

**触发更新 —— trigger **

上述已经完成了依赖收集，剩下就是监控数据变化，触发更新操作，即在 setHandler 中添加 trigger 触发操作。

// 触发更新
export function trigger (target, type, key) {
    // 获取 target 的依赖
    const depsMap = targetMap.get(target);
    // 没有依赖收集，直接返回
    if ( !depsMap ) return;

    // 获取 effects
    const effects = new Set();

    // 添加 key 对应的 effect
    const add = (effectsToAdd) => {
        if ( effectsToAdd ) {
            effectsToAdd.forEach(effect => {
                effects.add(effect)
            })
        }
    }

    // 执行单个 effect
    const run = (effect) => {
        effect && effect()
    }

    // 获取 key 对应的 effect
    if ( key !== null ) {
        add(depsMap.get(key));
    }

    if ( type === 'add' ) { // 对数组新增会触发 length 对应的依赖
        let effects = depsMap.get(Array.isArray(target) ? 'length' : '');
        add(effects);
    }

    // 触发更新
    effects.forEach(run);
}

这样一来，获取数据的时候通过 track 进行依赖收集，更新数据的时候再通过 trigger 进行更新，就完成了整个数据的响应式操作。

再回头看看我们先前提到的例子：

let { effect, reactive } = Vue;

let data = reactive({ name: 'Hello' })
effect(() => {
    console.log(data.name, '  ***** effect *****  ');
})

data.name = 'World'

控制台会依次打印 Hello ***** effect ***** 以及 World ***** effect *****， 分别是首次渲染触发跟更新数据重渲染触发，至此功能实现！

总结

整体来说，Vue3 相比于 Vue2 在很多方面都做了调整，数据的响应式只是冰山一角，但是可以看出尤大团队非常巧妙的利用了 Proxy 的特点以及 es6 的数据结构和方法。另外，Composition API 的模式跟 React 在某些程度上有异曲同工之妙，这种设计模式让我们在实际开发使用中更加的方法快捷，值得我们去学习，加油！

最后附上仓库地址 github，欢迎各位大佬批评斧正~

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