Vue数据双向绑定(响应式)原理之别再说发布者-订阅者模式

每当去找工作面试的时候，当面试官问到vue的双向数据绑定或者响应式原理的时候，面试者总是不加思索的张口就来：采用发布者-订阅者模式。。。。。一顿神侃。真不知道是梁静茹给了你们多少勇气说出的这句话。这么说一定会被面试官认为是背过题的。那么vue的双向数据绑定（响应式）原理到底是什么呢？这还是得从vue的源码说起：

我们知道vue的一大特点是数据驱动视图，如何理解数据驱动视图这六个字呢？

数据：可以理解为state；

驱动：这里应该是一个动词，就是操作的意思,就是render函数；

视图：就是页面的UI；

这样说来，其实我们可以得到这样一个公式：UI = render(state)，这样一来，state的变化就会直接导致UI的变化，而始终不变的是这个render，vue就是扮演了人render的角色。那么vue是如何知道state变化的呢？这是一个问题。有个词叫变化侦测，别说你没听过，因为在当前的主流技术栈，vue，react，angular中都有提到，换言之，就是状态追宗，一旦数据变化，就去更新视图。那么这是如何做到的呢。我们先从对象的变化侦测说起。

所谓变化侦测，就是我们能够知道数据什么时候被读取了或数据什么时候被改写了。

数据的侦测

1、实现对象的侦测（可观察）

对象的侦测是借助Object.defineProperty()这个方法。

首先定义一个对象animal:

let animal = {
    name: 'dog',
    age: 3
}

那么当这个animal的对象的属性被修改的时候，我们是如何知道的呢，且看下面的操作：

let name = 'cat'
Objecct. defineProperty(animal, 'name', {
    configrable: true,    //    描述属性是否配置，以及可否删除
    enumerable: true,     //    描述属性是否会出现在for in 或者 Object.keys()的遍历中
    writable: true,       //    属性的值是否可以被重写
    get () {
        //    这里读取了name的值
        return name
    },
    set (value) {
        //    这里设置了name的值
        name = value
    }
})

这样一来，当name的值被改成cat的时候，就会变的可观测，可被侦测。但是这只是做到了对象的某一个属性被侦测，但是对象的属性往往不是一个，多个的时候又该怎么办呢？其实也很简单，对，没错，就是你想说的递归。直接上代码：

//    源码位置：src/core/observer/index.js
export class Observer {
    constructor (value) {
        this.value = value
        def(value,'__ob__',this)
        if (Array.isArray(value)) {
              // 当value为数组时的逻辑
        } else {
              this.walk(value)
        }
    }

    walk (obj: Object) {
        const keys = Object.keys(obj)
        for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
              defineReactive(obj, keys[i])
        }
    }
}
function defineReactive (obj,key,val) {
      if (arguments.length === 2) {
            val = obj[key]
      }
      if(typeof val === 'object'){
          new Observer(val)
      }
      Object.defineProperty(obj, key, {
          enumerable: true,
          configurable: true,
          get(){
              console.log(`${key}属性被读取了`);
              return val;
          },
          set(newVal){
              if(val === newVal){
                  return
              }
              console.log(`${key}属性被修改了`);
              val = newVal;
          }
      })
}

我们声明一个Observer类，用于将对象的所有属性都转变为可侦测，并且，我们要给每一个可侦测的对象添加一个__ob__属性，值为value的Observer的实力，这就相当于给每一个value设置了标示，表示这个value是响应式的了。那么当value是一个对象的时候，我们拿到他的所有的key,循环遍历调用Object.defineProperty()的方法，调用get/set方法来侦测，当发现传入的是一个Object的时候，通过递归的方式，再次通过Observer类去实例这个Object。这样我们就实现了对象的侦测。

2、实现数组的侦测（可观察）

上面我们讲了对象的侦测，现在来聊聊数组的侦测。

数组的可观测与对象的可观测有所不同，因为数组不能用Object.defineProperty()去观测。那么数组如何做到可观测呢，其实大同小意，数组是通过拦截器来做到的，那么这个拦截器是何方神圣？且听我一一道来。

我们知道，JavaScript中操作数组的原生方法，其实就是那么几个，push/pop/shift/unshift/splice/sort/reverse。这些方法都是通过Array.prototype来访问，那么我们如果在Array.prototype上重新第一个方法，去实现原生的方法，如newPush去实现与push同样的作用，是不是很完美。既没有修改原生方法，又可以在调用原生方法之前做了相应的操作。

let arr = [1,2,3]
//    arr.push(4) 原生方法调用
Array.prototype.newPush = function(val){
      console.log('arr被修改了')
      this.push(val)
}
arr.newPush(4)

所以，数组的拦截器就是在数组实例和Array.prototype之间重写了操作数组的方法。这样在调用处理的方法的时候，就是调用的重写之后的方法，而不是原生方法。来看拦截器的实现：

// 源码位置：/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) {
  const original = arrayProto[method]
  Object.defineProperty(arrayMethods, method, {
    enumerable: false,
    configurable: true,
    writable: true,
    value:function mutator(...args){
      const result = original.apply(this, args)
      return result
    }
  })
})

这就是拦截器的实现，当调用数组的方法时，实际调用的是mutator函数，所以，我们可以在这个函数中做一些操作。但是这么做还不够，只有将拦截器挂载在数组实例和Array.prototype之间才能生效，也就是将数据的__proto__属性设置为拦截器arrayMethods即可。

// 源码位置：/src/core/observer/index.js
export class Observer {
  constructor (value) {
    this.value = value
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto
        ? protoAugment
        : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }
}
// 能力检测：判断__proto__是否可用，因为有的浏览器不支持该属性
export const hasProto = '__proto__' in {}

const arrayKeys = Object.getOwnPropertyNames(arrayMethods)

/**
 * Augment an target Object or Array by intercepting
 * the prototype chain using __proto__
 */
function protoAugment (target, src: Object, keys: any) {
  target.__proto__ = src
}

/**
 * Augment an target Object or Array by defining
 * hidden properties.
 */
/* istanbul ignore next */
function copyAugment (target: Object, src: Object, keys: Array<string>) {
  for (let i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
    const key = keys[i]
    def(target, key, src[key])
  }
}

当拦截器生效后，如果数组发生变化，就可以被侦测到了。

以上就是如何让对象，和数组的变化可被侦测。数据仅仅被侦测还远远不够，下面来讲依赖的搜集。

数据的依赖收集

1、对象的依赖收集

依赖收集：视图中用到了哪个数据，视图就依赖哪个数据，把变化的数据收集起来，这个过程就是依赖的收集。

在哪里收集依赖：可观测的数据在getter中被获取，所以getter是收集依赖的场所。

何时通知依赖更新：数据变化在setter中可被观测，自然，通知依赖更新是在setter中。

依赖应该被搜集在哪里？且往下看：

因为更新的数据大小，我们无法控制，所以，对于依赖的收集，我们需要一个依赖管理器：

// 源码位置：src/core/observer/dep.js
export default class Dep {
    constructor () {
        this.subs = []
    }

    addSub (sub) {
        this.subs.push(sub)
    }
    // 删除一个依赖
    removeSub (sub) {
        remove(this.subs, sub)
    }
    // 添加一个依赖
    depend () {
        if (window.target) {
            this.addSub(window.target)
        }
    }
    // 通知所有依赖更新
    notify () {
        const subs = this.subs.slice()
        for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
            subs[i].update()
        }
    }
}

/**
 * Remove an item from an array
 */
export function remove (arr, item) {
    if (arr.length) {
        const index = arr.indexOf(item)
        if (index > -1) {
            return arr.splice(index, 1)
        }
    }
}

有了依赖管理器，我们就可以在getter中收集依赖，在setter中通知依赖更新了。

function defineReactive (obj,key,val) {
    if (arguments.length === 2) {
         val = obj[key]
    }
    if(typeof val === 'object'){
        new Observer(val)
    }
    const dep = new Dep()  //实例化一个依赖管理器，生成一个依赖管理数组dep
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get(){
            dep.depend()    // 在getter中收集依赖
            return val;
        },
        set(newVal){
            if(val === newVal){
            return
        }
        val = newVal;
        dep.notify()   // 在setter中通知依赖更新
     }
  })
}

getter中调用了dep.depend()方法收集依赖，在setter中调用dep.notify()方法通知所有依赖更新。

其实在vue中实现了一个为每一个变化的依赖数据的watcher类，在之后数据变化时，我们不直接去通知依赖更新，而是通知依赖对应的Watch实例，由Watcher实例去通知真正的视图。

export default class Watcher {
  constructor (vm,expOrFn,cb) {
    this.vm = vm;
    this.cb = cb;
    this.getter = parsePath(expOrFn)
    this.value = this.get()
  }
  get () {
    window.target = this;
    const vm = this.vm
    let value = this.getter.call(vm, vm)
    window.target = undefined;
    return value
  }
  update () {
    const oldValue = this.value
    this.value = this.get()
    this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue)
  }
}

/**
 * Parse simple path.
 * 把一个形如'data.a.b.c'的字符串路径所表示的值，从真实的data对象中取出来
 * 例如：
 * data = {a:{b:{c:2}}}
 * parsePath('a.b.c')(data)  // 2
 */
const bailRE = /[^\w.$]/
export function parsePath (path) {
  if (bailRE.test(path)) {
    return
  }
  const segments = path.split('.')
  return function (obj) {
    for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
      if (!obj) return
      obj = obj[segments[i]]
    }
    return obj
  }
}

分析：

• 当实例化watch的时候，先执行构造函数；
• 在构造函数中调用this.get()实例方法；
• 在get()方法中，先通过通过window.target = this 把实例自身赋给全局的一个唯一对象window.target上，然后通过let value = this.getter.call(vm, vm)获取一下被依赖的数据，获取被依赖数据的目的是触发该数据上面的getter，上文我们说过，在getter里会调用dep.depend()收集依赖，而在dep.depend()中取到挂载window.target上的值并将其存入依赖数组中，在get()方法最后将window.target释放掉。
• 而当数据变化时，会触发数据的setter，在setter中调用了dep.notify()方法，在dep.notify()方法中，遍历所有依赖(即watcher实例)，执行依赖的update()方法，也就是Watcher类中的update()实例方法，在update()方法中调用数据变化的更新回调函数，从而更新视图。

简单总结一下就是：Watcher先把自己设置到全局唯一的指定位置（window.target），然后读取数据。因为读取了数据，所以会触发这个数据的getter。接着，在getter中就会从全局唯一的那个位置读取当前正在读取数据的Watcher，并把这个watcher收集到Dep中去。收集好之后，当数据发生变化时，会向Dep中的每个Watcher发送通知。通过这样的方式，Watcher可以主动去订阅任意一个数据的变化。为了便于理解，我们画出了其关系流程图，如下图：

以上，就彻底完成了对Object数据的侦测，依赖收集，依赖的更新等所有操作。

2、数组的依赖收集

对于数组，其实在依赖收集有个和对象大同小意的方法。

数组的依赖的收集是在observer类中：

// 源码位置：/src/core/observer/index.js
export class Observer {
  constructor (value) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep()    // 实例化一个依赖管理器，用来收集数组依赖
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto
        ? protoAugment
        : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }
}

这样我们也在observer中实现了一个依赖管理器。

所以我们可以看看数组的依赖到底是如何收集的，直接上代码：

function defineReactive (obj,key,val) {
  let childOb = observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get(){
      if (childOb) {
        childOb.dep.depend()
      }
      return val;
    },
    set(newVal){
      if(val === newVal){
        return
      }
      val = newVal;
      dep.notify()   // 在setter中通知依赖更新
    }
  })
}

/**
 * Attempt to create an observer instance for a value,
 * returns the new observer if successfully observed,
 * or the existing observer if the value already has one.
 * 尝试为value创建一个0bserver实例，如果创建成功，直接返回新创建的Observer实例。
 * 如果 Value 已经存在一个Observer实例，则直接返回它
 */
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 {
    ob = new Observer(value)
  }
  return ob
}

在observe函数内部，先判断当前传入的数据上是否有__ob__属性，因为在上篇文章中说了，如果数据有__ob__属性，表示它已经被转化成响应式的了，如果没有则表示该数据还不是响应式的，那么就调用new Observer(value)将其转化成响应式的，并把数据对应的Observer实例返回。而在defineReactive函数中，首先获取数据对应的Observer实例childOb，然后在getter中调用Observer实例上依赖管理器，从而将依赖收集起来。

这样依赖通知依赖更新就显的非常容易了。

methodsToPatch.forEach(function (method) {
  const original = arrayProto[method]
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    const result = original.apply(this, args)
    const ob = this.__ob__
    // notify change
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

到此，基本实现了数组的依赖的收集，但是这还没有完。数组不是一层，也许是多层，所以需要一个深度侦测：

export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;

  constructor (value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep()
    def(value, '__ob__', this)
    if (Array.isArray(value)) {
      const augment = hasProto
        ? protoAugment
        : copyAugment
      augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      this.observeArray(value)   // 将数组中的所有元素都转化为可被侦测的响应式
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }

  /**
   * Observe a list of Array items.
   */
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

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 {
    ob = new Observer(value)
  }
  return ob
}

数组新增元素的侦测

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   // 如果是push或unshift方法，那么传入参数就是新增的元素
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2) // 如果是splice方法，那么传入参数列表中下标为2的就是新增的元素
        break
    }
    if (inserted) ob.observeArray(inserted) // 调用observe函数将新增的元素转化成响应式
    // notify change
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

总体的vue数据的响应式原理，就是这样，对象无法监听，对象属性的增加或者减少，以及数组无法监听通过数组下标改变，所以vue添加了Vue.set()和Vue.delete方法，来处理。

以上就是所有的响应式原理，或者是数据双向绑定的原理，以后在聊到这个问题的时候，请别再张口就来订阅者-发布者模式之类的话了。