Vue 进阶系列之响应式原理及实现

高级前端进阶（id：FrontendGaoji）

作者：木易杨，资深前端工程师，前网易工程师，13K star Daily-Interview-Question 作者

题图：自己拍摄于乌镇

什么是响应式Reactivity

Reactivity表示一个状态改变之后，如何动态改变整个系统，在实际项目应用场景中即数据如何动态改变Dom。

需求

现在有一个需求，有a和b两个变量，要求b一直是a的10倍，怎么做？

简单尝试1：

let a = 3;let b = a * 10;console.log(b); // 30

乍一看好像满足要求，但此时b的值是固定的，不管怎么修改a，b并不会跟着一起改变。也就是说b并没有和a保持数据上的同步。只有在a变化之后重新定义b的值，b才会变化。

a = 4;console.log(a); // 4console.log(b); // 30b = a * 10;console.log(b); // 40

简单尝试2：

将a和b的关系定义在函数内，那么在改变a之后执行这个函数，b的值就会改变。伪代码如下。

onAChanged(() => {
    b = a * 10;
})

所以现在的问题就变成了如何实现onAChanged函数，当a改变之后自动执行onAChanged，请看后续。

结合view层

现在把a、b和view页面相结合，此时a对应于数据，b对应于页面。业务场景很简单，改变数据a之后就改变页面b。

<span class="cell b"></span>document
    .querySelector('.cell.b')
    .textContent = state.a * 10

现在建立数据a和页面b的关系，用函数包裹之后建立以下关系。

<span class="cell b"></span>onStateChanged(() => {    document
        .querySelector(‘.cell.b’)
        .textContent = state.a * 10})

再次抽象之后如下所示。

<span class="cell b">
    {{ state.a * 10 }}
</span>

onStateChanged(() => {
    view = render(state)
})

view = render(state)是所有的页面渲染的高级抽象。这里暂不考虑view = render(state)的实现，因为需要涉及到DOM结构及其实现等一系列技术细节。这边需要的是onStateChanged的实现。

实现

实现方式是通过Object.defineProperty中的getter和setter方法。具体使用方法参考如下链接。

MDN之Object.defineProperty

需要注意的是get和set函数是存取描述符，value和writable函数是数据描述符。描述符必须是这两种形式之一，但二者不能共存，不然会出现异常。

实例1：实现convert()函数

要求如下：

• 1、传入对象obj作为参数

• 2、使用Object.defineProperty转换对象的所有属性

• 3、转换后的对象保留原始行为，但在get或者set操作中输出日志

示例：

const obj = { foo: 123 }
convert(obj)


obj.foo // 输出 getting key "foo": 123obj.foo = 234 // 输出 setting key "foo" to 234obj.foo // 输出 getting key "foo": 234

在了解Object.defineProperty中getter和setter的使用方法之后，通过修改get和set函数就可以实现onAChanged和onStateChanged。

实现：

function convert (obj) {  // 迭代对象的所有属性
  // 并使用Object.defineProperty()转换成getter/setters
  Object.keys(obj).forEach(key => {  
    // 保存原始值
    let internalValue = obj[key]    
    Object.defineProperty(obj, key, {
      get () {        console.log(`getting key "${key}": ${internalValue}`)        return internalValue
      },
      set (newValue) {        console.log(`setting key "${key}" to: ${newValue}`)
        internalValue = newValue
      }
    })
  })
}

实例2：实现Dep类

要求如下：

• 1、创建一个Dep类，包含两个方法：depend和notify

• 2、创建一个autorun函数，传入一个update函数作为参数

• 3、在update函数中调用dep.depend()，显式依赖于Dep实例

• 4、调用dep.notify()触发update函数重新运行

示例：

const dep = new Dep()

autorun(() => {
  dep.depend()  console.log('updated')
})// 注册订阅者，输出 updateddep.notify()// 通知改变，输出 updated

首先需要定义autorun函数，接收update函数作为参数。因为调用autorun时要在Dep中注册订阅者，同时调用dep.notify()时要重新执行update函数，所以Dep中必须持有update引用，这里使用变量activeUpdate表示包裹update的函数。

实现代码如下。

let activeUpdate = null function autorun (update) {  const wrappedUpdate = () => {
    activeUpdate = wrappedUpdate    // 引用赋值给activeUpdate
    update()                        // 调用update，即调用内部的dep.depend
    activeUpdate = null             // 绑定成功之后清除引用
  }
  wrappedUpdate()                   // 调用}

wrappedUpdate本质是一个闭包，update函数内部可以获取到activeUpdate变量，同理dep.depend()内部也可以获取到activeUpdate变量，所以Dep的实现就很简单了。

实现代码如下。

class Dep {  // 初始化
  constructor () {          
    this.subscribers = new Set()
  }  // 订阅update函数列表
  depend () {    if (activeUpdate) {     
      this.subscribers.add(activeUpdate)
    }
  }  // 所有update函数重新运行
  notify () {              
    this.subscribers.forEach(sub => sub())
  }
}

结合上面两部分就是完整实现。

实例3：实现响应式系统

要求如下：

• 1、结合上述两个实例，convert()重命名为观察者observe()

• 2、observe()转换对象的属性使之响应式，对于每个转换后的属性，它会被分配一个Dep实例，该实例跟踪订阅update函数列表，并在调用setter时触发它们重新运行

• 3、autorun()接收update函数作为参数，并在update函数订阅的属性发生变化时重新运行。

示例：

const state = {  count: 0}

observe(state)

autorun(() => {  console.log(state.count)
})// 输出 count is: 0state.count++// 输出 count is: 1

结合实例1和实例2之后就可以实现上述要求，observe中修改obj属性的同时分配Dep的实例，并在get中注册订阅者，在set中通知改变。autorun函数保存不变。 实现如下：

class Dep {  // 初始化
  constructor () {          
    this.subscribers = new Set()
  }  // 订阅update函数列表
  depend () {    if (activeUpdate) {     
      this.subscribers.add(activeUpdate)
    }
  }  // 所有update函数重新运行
  notify () {              
    this.subscribers.forEach(sub => sub())
  }
}function observe (obj) {  // 迭代对象的所有属性
  // 并使用Object.defineProperty()转换成getter/setters
  Object.keys(obj).forEach(key => {    let internalValue = obj[key]    // 每个属性分配一个Dep实例
    const dep = new Dep()    Object.defineProperty(obj, key, {    
      // getter负责注册订阅者
      get () {
        dep.depend()        return internalValue
      },      // setter负责通知改变
      set (newVal) {        const changed = internalValue !== newVal
        internalValue = newVal        
        // 触发后重新计算
        if (changed) {
          dep.notify()
        }
      }
    })
  })  return obj
}let activeUpdate = nullfunction autorun (update) {  // 包裹update函数到"wrappedUpdate"函数中，
  // "wrappedUpdate"函数执行时注册和注销自身
  const wrappedUpdate = () => {
    activeUpdate = wrappedUpdate
    update()
    activeUpdate = null
  }
  wrappedUpdate()
}

结合Vue文档里的流程图就更加清晰了。 

Job Done！！！