Vue解读之响应式原理源码剖析
先看张图,了解一下大体流程和要做的事
初始化
在 new vue 初始化的时候,会对我们组件的数据 props 和 data 进行初始化,由于本文主要就是介绍响应式,所以其他的不做过多说明来,看一下源码
源码地址:src/core/instance/init.js - 15行
export function initmixin (vue: class<component>) { // 在原型上添加 _init 方法 vue.prototype._init = function (options?: object) { ... vm._self = vm initlifecycle(vm) // 初始化实例的属性、数据:$parent, $children, $refs, $root, _watcher...等 initevents(vm) // 初始化事件:$on, $off, $emit, $once initrender(vm) // 初始化渲染: render, mixin callhook(vm, 'beforecreate') // 调用生命周期钩子函数 initinjections(vm) // 初始化 inject initstate(vm) // 初始化组件数据:props, data, methods, watch, computed initprovide(vm) // 初始化 provide callhook(vm, 'created') // 调用生命周期钩子函数 ... } }
初始化这里调用了很多方法,每个方法都做着不同的事,而关于响应式主要就是组件内的数据 props、data。这一块的内容就是在 initstate() 这个方法里,所以我们进入这个方法源码看一下
initstate()
源码地址:src/core/instance/state.js - 49行
export function initstate (vm: component) { vm._watchers = [] const opts = vm.$options // 初始化 props if (opts.props) initprops(vm, opts.props) // 初始化 methods if (opts.methods) initmethods(vm, opts.methods) // 初始化 data if (opts.data) { initdata(vm) } else { // 没有 data 的话就默认赋值为空对象,并监听 observe(vm._data = {}, true /* asrootdata */) } // 初始化 computed if (opts.computed) initcomputed(vm, opts.computed) // 初始化 watch if (opts.watch && opts.watch !== nativewatch) { initwatch(vm, opts.watch) } }
又是调用一堆初始化的方法,我们还是直奔主题,取我们响应式数据相关的,也就是 initprops()、initdata()、observe()
一个一个继续扒,非得整明白响应式的全部过程
initprops()
源码地址:src/core/instance/state.js - 65行
这里主要做的是:
- 遍历父组件传进来的 props 列表
- 校验每个属性的命名、类型、default 属性等,都没有问题就调用 definereactive 设置成响应式
- 然后用 proxy() 把属性代理到当前实例上,如把 vm._props.xx 变成 vm.xx,就可以访问
function initprops (vm: component, propsoptions: object) { // 父组件传入子组件的 props const propsdata = vm.$options.propsdata || {} // 经过转换后最终的 props const props = vm._props = {} // 存放 props 的 key,就算 props 值空了,key 也会在里面 const keys = vm.$options._propkeys = [] const isroot = !vm.$parent // 转换非根实例的 props if (!isroot) { toggleobserving(false) } for (const key in propsoptions) { keys.push(key) // 校验 props 类型、default 属性等 const value = validateprop(key, propsoptions, propsdata, vm) // 在非生产环境中 if (process.env.node_env !== 'production') { const hyphenatedkey = hyphenate(key) if (isreservedattribute(hyphenatedkey) || config.isreservedattr(hyphenatedkey)) { warn(`hyphenatedkey 是保留属性,不能用作组件 prop`) } // 把 props 设置成响应式的 definereactive(props, key, value, () => { // 如果用户修改 props 发出警告 if (!isroot && !isupdatingchildcomponent) { warn(`避免直接改变 prop`) } }) } else { // 把 props 设置为响应式 definereactive(props, key, value) } // 把不在默认 vm 上的属性,代理到实例上 // 可以让 vm._props.xx 通过 vm.xx 访问 if (!(key in vm)) { proxy(vm, `_props`, key) } } toggleobserving(true) }
initdata()
源码地址:src/core/instance/state.js - 113行
这里主要做的是:
- 初始化一个 data,并拿到 keys 集合
- 遍历 keys 集合,来判断有没有和 props 里的属性名或者 methods 里的方法名重名的
- 没有问题就通过 proxy() 把 data 里的每一个属性都代理到当前实例上,就可以通过 this.xx 访问了
- 最后再调用 observe 监听整个 data
function initdata (vm: component) { // 获取当前实例的 data let data = vm.$options.data // 判断 data 的类型 data = vm._data = typeof data === 'function' ? getdata(data, vm) : data || {} if (!isplainobject(data)) { data = {} process.env.node_env !== 'production' && warn(`数据函数应该返回一个对象`) } // 获取当前实例的 data 属性名集合 const keys = object.keys(data) // 获取当前实例的 props const props = vm.$options.props // 获取当前实例的 methods 对象 const methods = vm.$options.methods let i = keys.length while (i--) { const key = keys[i] // 非生产环境下判断 methods 里的方法是否存在于 props 中 if (process.env.node_env !== 'production') { if (methods && hasown(methods, key)) { warn(`method 方法不能重复声明`) } } // 非生产环境下判断 data 里的属性是否存在于 props 中 if (props && hasown(props, key)) { process.env.node_env !== 'production' && warn(`属性不能重复声明`) } else if (!isreserved(key)) { // 都不重名的情况下,代理到 vm 上 // 可以让 vm._data.xx 通过 vm.xx 访问 proxy(vm, `_data`, key) } } // 监听 data observe(data, true /* asrootdata */) }
observe()
源码地址:src/core/observer/index.js - 110行
这个方法主要就是用来给数据加上监听器的
这里主要做的是:
- 如果是 vnode 的对象类型或者不是引用类型,就直接跳出
- 否则就给没有添加 observer 的数据添加一个 observer,也就是监听者
export function observe (value: any, asrootdata: ?boolean): observer | void { // 如果不是'object'类型 或者是 vnode 的对象类型就直接返回 if (!isobject(value) || value instanceof vnode) { return } let ob: observer | void // 使用缓存的对象 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 ) { // 创建监听者 ob = new observer(value) } if (asrootdata && ob) { ob.vmcount++ } return ob }
observer
源码地址:src/core/observer/index.js - 37行
这是一个类,作用是把一个正常的数据成可观测的数据
这里主要做的是:
- 给当前 value 打上已经是响应式属性的标记,避免重复操作
- 然后判断数据类型
- 如果是对象,就遍历对象,调用 definereactive()创建响应式对象
- 如果是数组,就遍历数组,调用 observe()对每一个元素进行监听
export class observer { value: any; dep: dep; vmcount: number; // 根对象上的 vm 数量 constructor (value: any) { this.value = value this.dep = new dep() this.vmcount = 0 // 给 value 添加 __ob__ 属性,值为value 的 observe 实例 // 表示已经变成响应式了,目的是对象遍历时就直接跳过,避免重复操作 def(value, '__ob__', this) // 类型判断 if (array.isarray(value)) { // 判断数组是否有__proty__ if (hasproto) { // 如果有就重写数组的方法 protoaugment(value, arraymethods) } else { // 没有就通过 def,也就是object.defineproperty 去定义属性值 copyaugment(value, arraymethods, arraykeys) } this.observearray(value) } else { this.walk(value) } } // 如果是对象类型 walk (obj: object) { const keys = object.keys(obj) // 遍历对象所有属性,转为响应式对象,也是动态添加 getter 和 setter,实现双向绑定 for (let i = 0; i < keys.length; i++) { definereactive(obj, keys[i]) } } // 监听数组 observearray (items: array<any>) { // 遍历数组,对每一个元素进行监听 for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) { observe(items[i]) } } }
definereactive()
源码地址:src/core/observer/index.js - 135行
这个方法的作用是定义响应式对象
这里主要做的是:
- 先初始化一个 dep 实例
- 如果是对象就调用 observe,递归监听,以保证不管结构嵌套多深,都能变成响应式对象
- 然后调用 object.defineproperty() 劫持对象属性的 getter 和 getter
- 如果获取时,触发 getter 会调用 dep.depend() 把观察者 push 到依赖的数组 subs 里去,也就是依赖收集
- 如果更新时,触发 setter 会做以下操作
- 新值没有变化或者没有 setter 属性的直接跳出
- 如果新值是对象就调用 observe() 递归监听
- 然后调用 dep.notify() 派发更新
export function definereactive ( obj: object, key: string, val: any, customsetter?: ?function, shallow?: boolean ) { // 创建 dep 实例 const dep = new dep() // 拿到对象的属性描述符 const property = object.getownpropertydescriptor(obj, key) if (property && property.configurable === false) { return } // 获取自定义的 getter 和 setter const getter = property && property.get const setter = property && property.set if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) { val = obj[key] } // 如果 val 是对象的话就递归监听 // 递归调用 observe 就可以保证不管对象结构嵌套有多深,都能变成响应式对象 let childob = !shallow && observe(val) // 截持对象属性的 getter 和 setter object.defineproperty(obj, key, { enumerable: true, configurable: true, // 拦截 getter,当取值时会触发该函数 get: function reactivegetter () { const value = getter ? getter.call(obj) : val // 进行依赖收集 // 初始化渲染 watcher 时访问到需要双向绑定的对象,从而触发 get 函数 if (dep.target) { dep.depend() if (childob) { childob.dep.depend() if (array.isarray(value)) { dependarray(value) } } } return value }, // 拦截 setter,当值改变时会触发该函数 set: function reactivesetter (newval) { const value = getter ? getter.call(obj) : val // 判断是否发生变化 if (newval === value || (newval !== newval && value !== value)) { return } if (process.env.node_env !== 'production' && customsetter) { customsetter() } // 没有 setter 的访问器属性 if (getter && !setter) return if (setter) { setter.call(obj, newval) } else { val = newval } // 如果新值是对象的话递归监听 childob = !shallow && observe(newval) // 派发更新 dep.notify() } }) }
上面说了通过 dep.depend 来做依赖收集,可以说 dep 就是整个 getter 依赖收集的核心了
依赖收集
依赖收集的核心是 dep,而且它与 watcher 也是密不可分的,我们来看一下
dep
源码地址:src/core/observer/dep.js
这是一个类,它实际上就是对 watcher 的一种管理
这里首先初始化一个 subs 数组,用来存放依赖,也就是观察者,谁依赖这个数据,谁就在这个数组里,然后定义几个方法来对依赖添加、删除、通知更新等
另外它有一个静态属性 target,这是一个全局的 watcher,也表示同一时间只能存在一个全局的 watcher
let uid = 0 export default class dep { static target: ?watcher; id: number; subs: array<watcher>; constructor () { this.id = uid++ this.subs = [] } // 添加观察者 addsub (sub: watcher) { this.subs.push(sub) } // 移除观察者 removesub (sub: watcher) { remove(this.subs, sub) } depend () { if (dep.target) { // 调用 watcher 的 adddep 函数 dep.target.adddep(this) } } // 派发更新(下一章节介绍) notify () { ... } } // 同一时间只有一个观察者使用,赋值观察者 dep.target = null const targetstack = [] export function pushtarget (target: ?watcher) { targetstack.push(target) dep.target = target } export function poptarget () { targetstack.pop() dep.target = targetstack[targetstack.length - 1] }
watcher
源码地址:src/core/observer/watcher.js
watcher 也是一个类,也叫观察者(订阅者),这里干的活还挺复杂的,而且还串连了渲染和编译
先看源码吧,再来捋一下整个依赖收集的过程
let uid = 0 export default class watcher { ... constructor ( vm: component, exporfn: string | function, cb: function, options?: ?object, isrenderwatcher?: boolean ) { this.vm = vm if (isrenderwatcher) { vm._watcher = this } vm._watchers.push(this) // watcher 实例持有的 dep 实例的数组 this.deps = [] this.newdeps = [] this.depids = new set() this.newdepids = new set() this.value = this.lazy ? undefined : this.get() if (typeof exporfn === 'function') { this.getter = exporfn } else { this.getter = parsepath(exporfn) } } get () // 该函数用于缓存 watcher // 因为在组件含有嵌套组件的情况下,需要恢复父组件的 watcher pushtarget(this) let value const vm = this.vm try { // 调用回调函数,也就是upcatecomponent,对需要双向绑定的对象求值,从而触发依赖收集 value = this.getter.call(vm, vm) } catch (e) { ... } finally { // 深度监听 if (this.deep) { traverse(value) } // 恢复watcher poptarget() // 清理不需要了的依赖 this.cleanupdeps() } return value } // 依赖收集时调用 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)) { // 把当前 watcher push 进数组 dep.addsub(this) } } } // 清理不需要的依赖(下面有) cleanupdeps () { ... } // 派发更新时调用(下面有) update () { ... } // 执行 watcher 的回调 run () { ... } depend () { let i = this.deps.length while (i--) { this.deps[i].depend() } } }
补充:
我们自己组件里写的 watch,为什么自动就能拿到新值和老值两个参数?
就是在 watcher.run() 里面会执行回调,并且把新值和老值传过去
为什么要初始化两个 dep 实例数组
因为 vue 是数据驱动的,每次数据变化都会重新 render,也就是说 vm.render() 方法就又会重新执行,再次触发 getter,所以用两个数组表示,新添加的 dep 实例数组 newdeps 和上一次添加的实例数组 deps
依赖收集过程
在首次渲染挂载的时候,还会有这样一段逻辑
mountcomponent 源码地址:src/core/instance/lifecycle.js - 141行
export function mountcomponent (...): component { // 调用生命周期钩子函数 callhook(vm, 'beforemount') let updatecomponent updatecomponent = () => { // 调用 _update 对 render 返回的虚拟 dom 进行 patch(也就是 diff )到真实dom,这里是首次渲染 vm._update(vm._render(), hydrating) } // 为当前组件实例设置观察者,监控 updatecomponent 函数得到的数据,下面有介绍 new watcher(vm, updatecomponent, noop, { // 当触发更新的时候,会在更新之前调用 before () { // 判断 dom 是否是挂载状态,就是说首次渲染和卸载的时候不会执行 if (vm._ismounted && !vm._isdestroyed) { // 调用生命周期钩子函数 callhook(vm, 'beforeupdate') } } }, true /* isrenderwatcher */) // 没有老的 vnode,说明是首次渲染 if (vm.$vnode == null) { vm._ismounted = true // 调用生命周期钩子函数 callhook(vm, 'mounted') } return vm }
依赖收集:
- 挂载之前会实例化一个渲染 watcher ,进入 watcher 构造函数里就会执行 this.get() 方法
- 然后就会执行 pushtarget(this),就是把 dep.target 赋值为当前渲染 watcher 并压入栈(为了恢复用)
- 然后执行 this.getter.call(vm, vm),也就是上面的 updatecomponent() 函数,里面就执行了 vm._update(vm._render(), hydrating)
- 接着执行 vm._render() 就会生成渲染 vnode,这个过程中会访问 vm 上的数据,就触发了数据对象的 getter
- 每一个对象值的 getter 都有一个 dep,在触发 getter 的时候就会调用 dep.depend() 方法,也就会执行 dep.target.adddep(this)
- 然后这里会做一些判断,以确保同一数据不会被多次添加,接着把符合条件的数据 push 到 subs 里,到这就已经完成了依赖的收集,不过到这里还没执行完,如果是对象还会递归对象触发所有子项的getter,还要恢复 dep.target 状态
移除订阅
移除订阅就是调用 cleanupdeps() 方法。比如在模板中有 v-if 我们收集了符合条件的模板 a 里的依赖。当条件改变时,模板 b 显示出来,模板 a 隐藏。这时就需要移除 a 的依赖
这里主要做的是:
- 先遍历上一次添加的实例数组 deps,移除 dep.subs 数组中的 watcher 的订阅
- 然后把 newdepids 和 depids 交换,newdeps 和 deps 交换
- 再把 newdepids 和 newdeps 清空
// 清理不需要的依赖 cleanupdeps () { let i = this.deps.length while (i--) { const dep = this.deps[i] if (!this.newdepids.has(dep.id)) { dep.removesub(this) } } let tmp = this.depids this.depids = this.newdepids this.newdepids = tmp this.newdepids.clear() tmp = this.deps this.deps = this.newdeps this.newdeps = tmp this.newdeps.length = 0 }
派发更新
notify()
触发 setter 的时候会调用 dep.notify() 通知所有订阅者进行派发更新
notify () { const subs = this.subs.slice() if (process.env.node_env !== 'production' && !config.async) { // 如果不是异步,需要排序以确保正确触发 subs.sort((a, b) => a.id - b.id) } // 遍历所有 watcher 实例数组 for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) { // 触发更新 subs[i].update() } }
update()
触发更新时调用
update () { if (this.lazy) { this.dirty = true } else if (this.sync) { this.run() } else { // 组件数据更新会走这里 queuewatcher(this) } }
queuewatcher()
源码地址:src/core/observer/scheduler.js - 164行
这是一个队列,也是 vue 在做派发更新时的一个优化点。就是说在每次数据改变的时候不会都触发 watcher 回调,而是把这些 watcher 都添加到一个队列里,然后在 nexttick 后才执行
这里和下一小节 flushschedulerqueue() 的逻辑有交叉的地方,所以要联合起来理解
主要做的是:
- 先用 has 对象查找 id,保证同一个 watcher 只会 push 一次
- else 如果在执行 watcher 期间又有新的 watcher 插入进来就会到这里,然后从后往前找,找到第一个待插入的 id 比当前队列中的 id 大的位置,插入到队列中,这样队列的长度就发生了变化
- 最后通过 waiting 保证 nexttick 只会调用一次
export function queuewatcher (watcher: watcher) { // 获得 watcher 的 id const id = watcher.id // 判断当前 id 的 watcher 有没有被 push 过 if (has[id] == null) { has[id] = true if (!flushing) { // 最开始会进入这里 queue.push(watcher) } else { // 在执行下面 flushschedulerqueue 的时候,如果有新派发的更新会进入这里,插入新的 watcher,下面有介绍 let i = queue.length - 1 while (i > index && queue[i].id > watcher.id) { i-- } queue.splice(i + 1, 0, watcher) } // 最开始会进入这里 if (!waiting) { waiting = true if (process.env.node_env !== 'production' && !config.async) { flushschedulerqueue() return } // 因为每次派发更新都会引起渲染,所以把所有 watcher 都放到 nexttick 里调用 nexttick(flushschedulerqueue) } } }
flushschedulerqueue()
源码地址:src/core/observer/scheduler.js - 71行
这里主要做的是:
- 先排序队列,排序条件有三点,看注释
- 然后遍历队列,执行对应 watcher.run()。需要注意的是,遍历的时候每次都会对队列长度进行求值,因为在 run 之后,很可能又会有新的 watcher 添加进来,这时就会再次执行到上面的 queuewatcher
function flushschedulerqueue () { currentflushtimestamp = getnow() flushing = true let watcher, id // 根据 id 排序,有如下条件 // 1.组件更新需要按从父到子的顺序,因为创建过程中也是先父后子 // 2.组件内我们自己写的 watcher 优先于渲染 watcher // 3.如果某组件在父组件的 watcher 运行期间销毁了,就跳过这个 watcher queue.sort((a, b) => a.id - b.id) // 不要缓存队列长度,因为遍历过程中可能队列的长度发生变化 for (index = 0; index < queue.length; index++) { watcher = queue[index] if (watcher.before) { // 执行 beforeupdate 生命周期钩子函数 watcher.before() } id = watcher.id has[id] = null // 执行组件内我们自己写的 watch 的回调函数并渲染组件 watcher.run() // 检查并停止循环更新,比如在 watcher 的过程中又重新给对象赋值了,就会进入无限循环 if (process.env.node_env !== 'production' && has[id] != null) { circular[id] = (circular[id] || 0) + 1 if (circular[id] > max_update_count) { warn(`无限循环了`) break } } } // 重置状态之前,先保留一份队列备份 const activatedqueue = activatedchildren.slice() const updatedqueue = queue.slice() resetschedulerstate() // 调用组件激活的钩子 activated callactivatedhooks(activatedqueue) // 调用组件更新的钩子 updated callupdatedhooks(updatedqueue) }
updated()
终于可以更新了,updated 大家都熟悉了,就是生命周期钩子函数
上面调用 callupdatedhooks() 的时候就会进入这里, 执行 updated 了
function callupdatedhooks (queue) { let i = queue.length while (i--) { const watcher = queue[i] const vm = watcher.vm if (vm._watcher === watcher && vm._ismounted && !vm._isdestroyed) { callhook(vm, 'updated') } } }
至此 vue2 的响应式原理流程的源码基本就分析完毕了,接下来就介绍一下上面流程中的不足之处
defineproperty 缺陷及处理
使用 object.defineproperty 实现响应式对象,还是有一些问题的
- 比如给对象中添加新属性时,是无法触发 setter 的
- 比如不能检测到数组元素的变化
而这些问题,vue2 里也有相应的解决文案
vue.set()
给对象添加新的响应式属性时,可以使用一个全局的 api,就是 vue.set() 方法
源码地址:src/core/observer/index.js - 201行
set 方法接收三个参数:
- target:数组或普通对象
- key:表示数组下标或对象的 key 名
- val:表示要替换的新值
这里主要做的是:
- 先判断如果是数组,并且下标合法,就直接使用重写过的 splice 替换
- 如果是对象,并且 key 存在于 target 里,就替换值
- 如果没有 __ob__,说明不是一个响应式对象,直接赋值返回
- 最后再把新属性变成响应式,并派发更新
export function set (target: array<any> | object, key: any, val: any): any { if (process.env.node_env !== 'production' && (isundef(target) || isprimitive(target)) ) { warn(`cannot set reactive property on undefined, null, or primitive value: ${(target: any)}`) } // 如果是数组 而且 是合法的下标 if (array.isarray(target) && isvalidarrayindex(key)) { target.length = math.max(target.length, key) // 直接使用 splice 就替换,注意这里的 splice 不是原生的,所以才可以监测到,具体看下面 target.splice(key, 1, val) return val } // 到这说明是对象 // 如果 key 存在于 target 里,就直接赋值,也是可以监测到的 if (key in target && !(key in object.prototype)) { target[key] = val return val } // 获取 target.__ob__ 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 } // 在 observer 里介绍过,如果没有这个属性,就说明不是一个响应式对象 if (!ob) { target[key] = val return val } // 然后把新添加的属性变成响应式 definereactive(ob.value, key, val) // 手动派发更新 ob.dep.notify() return val }
重写数组方法
源码地址:src/core/observer/array.js
这里做的主要是:
- 保存会改变数组的方法列表
- 当执行列表里有的方法的时候,比如 push,先把原本的 push 保存起来,再做响应式处理,再执行这个方法
// 获取数组的原型 const arrayproto = array.prototype // 创建继承了数组原型的对象 export const arraymethods = object.create(arrayproto) // 会改变原数组的方法列表 const methodstopatch = [ 'push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice', 'sort', 'reverse' ] // 重写数组事件 methodstopatch.foreach(function (method) { // 保存原本的事件 const original = arrayproto[method] // 创建响应式对象 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) // 派发更新 ob.dep.notify() // 做完我们需要的处理后,再执行原本的事件 return result }) })
总结
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