Vue 3 深入响应式原理 - 聊一聊响应式构建的那些经历-原创手记-慕课网

vue 的响应性

当我第一次使用 vue 进行项目开发时，响应式数据渲染 是让我感到最惊奇的一个功能，我们来看下面这段代码：

<body>
  <div id="app">
    <div>
      修改商品的数量: <input type="number" v-model="product.quantity">
    </div>
    <div>
      修改商品的价格: <input type="number" v-model="product.price">
    </div>

    <p>
      总价格：{{ total }}
    </p>
  </div>
</body>
<script src="https://unpkg.com/vue@next"></script>
<script>
  const component = {
    data() {
      return {
        // 定义一个商品对象，包含价格和数量
        product: {
          price: 10,
          quantity: 2
        },
      }
    },
    computed: {
      // 计算总价格
      total() {
        return this.product.price * this.product.quantity
      }
    }
  }

  const app = Vue.createApp(component)
  app.mount('#app')
</script>

这是一段标准的 vue3 的代码，当你在输入框中输入内容的时候，totla 永远会被重新计算，就像下面这样。

这样的功能我们称它为 响应式。

响应式的数据渲染 是现在前端非常重要的机制。但是这种机制它究竟是 怎么被一步一步的构建出来的呢？ 这就是这篇博客想要说的内容。

如果你想要了解 `vue3`的响应系统及构建历程，那么你就应该看下去。

js 的程序性

想要了解 响应性，那么你需要先了解 程序性。我们来看下面这段普通的 js代码：

  // 定义一个商品对象，包含价格和数量
  let product = {
    price: 10,
    quantity: 2
  }
  // 总价格
  let total = product.price * product.quantity;
  // 第一次打印
  console.log(`总价格：${total}`); 
  // 修改了商品的数量
  product.quantity = 5;
  // 第二次打印
  console.log(`总价格：${total}`);

想一下，上面的代码第一次应该打印什么内容？第二次应该打印什么内容？

恭喜你！答对了，因为它们只是普通的 js 代码，所以两次的打印结果应该都是：

总价格：20

但是你有没有想过，当我们去进行第二次打印的时候，你真的希望它还是 20 吗？

你有没有过冒出来这么一个想法：商品数量发生变化了，如果总价格能够自己跟随变化，那就太好了！ 这是人性，从人的角度考虑，确实应该这个样子。但是程序并不会如此 ”智能“。那么怎么能够让程序变得更加 “聪明” 呢？

这个 让程序变 ”聪明“ 的过程，就是响应式构建的过程。

你希望：当数据变化时，重新执行运算

你为了让你的程序变得更加 “聪明” , 所以你开始想：”如果数据变化了，重新执行运算就好了“。

想到就去做，为了达到这个目的，你开始对运算函数进行了封装。

你定义了一个匿名函数 effect，用来计算 商品总价格。并且 当打印总价格前，让 effect 执行 。所以你得到了下面的代码：

  // 定义一个商品对象，包含价格和数量
  let product = {
    price: 10,
    quantity: 2
  }
  // 总价格
  let total = 0;
  // 计算总价格的匿名函数
  let effect = () => {
    total = product.price * product.quantity;
  };
  // 第一次打印
  effect();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20
  // 修改了商品的数量
  product.quantity = 5;
  // 第二次打印
  effect();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50

在这样的一个代码中，你得到了一个想要的结果：数据变化了，运算也重新执行了

但是，你很快发现了一个新的问题：这样的代码只能维护单一的总价格运算 。你希望让它可以支持更多的运算，那怎么办呢？

你希望：当数据变化时，重新执行多个运算

你的代码只支持单一运算，你希望让它支持更多。

为了达到这个目的，你开始对代码进行了简单的封装，你做了以下三件事情：

创建 Set 数组（点击了解 Set），用来存放多个运算函数
创建 track 函数，用来向 Set 中存放运算函数
创建 trigger 函数，用来执行所有的运算函数

这样，你得到了下面的代码，并且把这样的一套代码称之为 响应式：

  // -------------创建响应式-------------
  // set 数组，用作保存所有的运算函数
  let deps = new Set();
  // 保存运算函数
  function track() {
    deps.add(effect);
  }
  // 触发器，执行所有的运算函数
  function trigger() {
    deps.forEach((effect) => effect());
  }

  // -------------创建数据源-------------
  // 声明商品对象，为数据源
  let product = {
    price: 10,
    quantity: 2
  };
  // 声明总价格
  let total = 0;
  // 运算总价格的匿名函数
  let effect = () => {
    total = product.price * product.quantity;
  };

  // -------------执行响应式-------------
  // 保存运算函数
  track();
  // 运算 总价格
  effect();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20
	
  // 修改数据源
  product.quantity = 5;
  // 数据源被修改，执行触发器，重新运算所有的 total
  trigger();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50

你对你的创造非常骄傲，并且开始把它推荐给周边的朋友进行使用。但是很快，就有人提出了问题：我 希望把响应式作用到对象的具体属性中 ，而不是 一个属性改变，全部计算重新执行。

你希望：使每个属性具备单独的响应性

响应性绑定对象，导致 一个属性改变，全部计算重新执行。所以你希望把响应式作用到对象的具体属性中，只 重新运算该属性相关的内容

为了实现这个功能，你需要借助 Map 对象。

Map 以 key:val 的形式存储数据，你希望以属性为 key，以该属性相关的运算方法集合为 val。以此你构建了一个 depsMap 对象，用来达到你的目的：

// -------------创建响应式-------------
  // Key:Val 结构的集合
  let depsMap = new Map();
  // 为每个属性单独保存运算函数，从而让每个属性具备自己独立的响应式
  function track(key, eff) {
    let dep = depsMap.get(key)
    if (!dep) {
      depsMap.set(key, (dep = new Set()))
    }
    dep.add(eff)
  }
  // 触发器，执行指定属性的运算函数
  function trigger(key) {
    // 获取指定函数的 dep 数组
    const dep = depsMap.get(key);
    // 遍历 dep，执行指定函数的运算函数
    if (dep) {
      dep.forEach((eff) => eff());
    }
  }

  // -------------创建数据源-------------
  // 声明商品对象，为数据源
  let product = {
    price: 10,
    quantity: 2
  };
  // 声明总价格
  let total = 0;
  // 运算总价格的匿名函数
  let effect = () => {
    total = product.price * product.quantity;
  };

  // -------------执行响应式-------------
  // 保存运算函数
  track('quantity', effect);
  // 运算 总价格
  effect();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20

  // 修改数据源
  product.quantity = 5;
  // quantity 被修改，仅仅触发 quantity 的响应式
  trigger('quantity');
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50
</script>

你的客户总是非常挑剔的，很快他们抛出了新的问题：我的程序不可能只有一个对象！你需要让所有的对象都具备响应式！

你希望：使不同对象的不同属性具备单独的响应性

你的响应式需要覆盖程序中的所有对象，否则你的代码将毫无意义！

为了达到这个目的，你需要将 对象、属性、运算方法 进行分别的缓存，现有的 depsMap 已经没有办法满足你了。你需要更加强大的 Map ，让 每个对象 都有一个 Map 。它就是 WeakMap。

WeakMap 对象是一组键/值对的集合。其键必须是对象，而值可以是任意的。

借助 WeakMap 你让每个对象都拥有了一个 depsMap：

  // -------------创建响应式-------------
  // weakMap:key 必须为对象，val 可以为任意值
  const targetMap = new WeakMap()
  // 为不同对象的每个属性单独保存运算函数，从而让不同对象的每个属性具备自己独立的响应式
  function track(target, key, eff) {
    // 获取对象所对应的 depsMap
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (!depsMap) {
      targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
    }
    // 获取 depsMap 对应的属性
    let dep = depsMap.get(key)
    if (!dep) {
      depsMap.set(key, (dep = new Set()))
    }
    // 保存不同对象，不同属性的 运算函数
    dep.add(eff)
  }
  // 触发器，执行指定对象的指定属性的运算函数
  function trigger(target, key) {
    // 获取对象所对应的 depsMap
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (!depsMap) {
      return
    }
    // 获取指定函数的 dep 数组
    const dep = depsMap.get(key);
    // 遍历 dep，执行指定函数的运算函数
    if (dep) {
      dep.forEach((eff) => eff());
    }
  }

  // -------------创建数据源-------------
  // 声明商品对象，为数据源
  let product = {
    price: 10,
    quantity: 2
  };
  // 声明总价格
  let total = 0;
  // 运算总价格的匿名函数
  let effect = () => {
    total = product.price * product.quantity;
  };


  // -------------执行响应式-------------
  // 保存运算函数
  track(product, 'quantity', effect);
  // 运算 总价格
  effect();
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20

  // 修改数据源
  product.quantity = 5;
  // quantity 被修改，仅仅触发 quantity 的响应式
  trigger(product, 'quantity');
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50

每次数据改变，我都需要重新执行 trigger , 这样太麻烦了！万一我忘了怎么办？ 。客户总是会提出一些 改(wu)进(li) 的要求，没办法，谁让人家是客户呢？

你希望：使不同对象的不同属性具备自动的响应性

每次数据改变，我都需要重新执行 trigger ，你的客户发出了这样的抱怨。

如果想要达到这样的目的，那么你需要了解 “数据的行为” ，即：你需要知道，数据在什么时候被赋值，在什么时候被输出。

此时你需要借助两个新的对象：

Proxy （这里有个happy的视频版）
Reflect

借助 Proxy + Reflect 你成功实现了对数据的监听：

  // -------------创建响应式-------------
  // weakMap:key 必须为对象，val 可以为任意值
  const targetMap = new WeakMap()
  // 为不同对象的每个属性单独保存运算函数，从而让不同对象的每个属性具备自己独立的响应式
  function track(target, key, eff) {
    // 获取对象所对应的 depsMap
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (!depsMap) {
      targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
    }
    // 获取 depsMap 对应的属性
    let dep = depsMap.get(key)
    if (!dep) {
      depsMap.set(key, (dep = new Set()))
    }
    // 保存不同对象，不同属性的 运算函数
    dep.add(eff)
  }
  // 触发器，执行指定对象的指定属性的运算函数
  function trigger(target, key) {
    // 获取对象所对应的 depsMap
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (!depsMap) {
      return
    }
    // 获取指定函数的 dep 数组
    const dep = depsMap.get(key);
    // 遍历 dep，执行指定函数的运算函数
    if (dep) {
      dep.forEach((eff) => eff());
    }
  }

  // 使用 proxy 代理数据源，以达到监听的目的
  function reactive(target) {
    const handlers = {
      get(target, key, receiver) {
        track(target, key, effect)
        return Reflect.get(target, key, receiver)
      },
      set(target, key, value, receiver) {
        let oldValue = target[key]
        let result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
        if (result && oldValue != value) {
          trigger(target, key)
        }
        return result
      },
    }
    return new Proxy(target, handlers)
  }

  // -------------创建数据源-------------

  // 声明商品对象，为数据源
  let product = reactive({ price: 10, quantity: 2 })
  // 声明总价格
  let total = 0;
  // 运算总价格的匿名函数
  let effect = () => {
    total = product.price * product.quantity;
  };


  // -------------执行响应式-------------
  effect()
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20
  // 修改数据源
  product.quantity = 5;
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50

你心满意足，觉得你的代码无懈可击。突然耳边响起客户 赏(bu)心(he)悦(shi)目(yi) 的声音：你不觉得每次执行 effect 很反人类吗？

你希望：让运算自动执行

自动化！自动化！所有的操作都应该自动运行！

为了可以让运算自动运行，你专门设计了一个 effect 函数，它可以 接收运算函数，并自动执行

  // -------------创建响应式-------------
  // weakMap:key 必须为对象，val 可以为任意值
  const targetMap = new WeakMap()
  // 运算函数的对象
  let activeEffect = null;
  // 为不同对象的每个属性单独保存运算函数，从而让不同对象的每个属性具备自己独立的响应式
  function track(target, key) {
    if (activeEffect) {
      // 获取对象所对应的 depsMap
      let depsMap = targetMap.get(target)
      if (!depsMap) {
        targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
      }
      // 获取 depsMap 对应的属性
      let dep = depsMap.get(key)
      if (!dep) {
        depsMap.set(key, (dep = new Set()))
      }
      // 保存不同对象，不同属性的 运算函数
      dep.add(activeEffect)
    }

  }
  // 触发器，执行指定对象的指定属性的运算函数
  function trigger(target, key) {
    // 获取对象所对应的 depsMap
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (!depsMap) {
      return
    }
    // 获取指定函数的 dep 数组
    const dep = depsMap.get(key);
    // 遍历 dep，执行指定函数的运算函数
    if (dep) {
      dep.forEach((eff) => eff());
    }
  }

  // 使用 proxy 代理数据源，以达到监听的目的
  function reactive(target) {
    const handlers = {
      get(target, key, receiver) {
        track(target, key)
        return Reflect.get(target, key, receiver)
      },
      set(target, key, value, receiver) {
        let oldValue = target[key]
        let result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
        if (result && oldValue != value) {
          trigger(target, key)
        }
        return result
      },
    }
    return new Proxy(target, handlers)
  }

  // 接收运算函数，执行运算函数
  function effect(eff) {
    activeEffect = eff;
    activeEffect();
    activeEffect = null;
  }

  // -------------创建数据源-------------
  // 声明商品对象，为数据源
  let product = reactive({ price: 10, quantity: 2 })
  // 声明总价格
  let total = 0;
  // 通过 effect 运算总价格
  effect(() => {
    total = product.price * product.quantity;
  })


  // -------------执行响应式-------------
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：20
  // 修改数据源
  product.quantity = 5;
  console.log(`总价格：${total}`); // 总价格：50

总结

vue 的响应性让人惊奇，我们希望了解它，更希望知道它的发展历程。

我们从 JS 的程序性 开始，站在人性开始思考，程序应该是什么样子的？

我们经历了 6 个大的阶段，最终得到了我们想要的 响应式 系统，而这个也正是 vue3 的响应式在构建时，所经历的 ”过程“。