一探 Vue 数据响应式原理

本文写于 2020 年 8 月 5 日

相信在很多新人第一次使用 Vue 这种框架的时候,就会被其修改数据便自动更新视图的操作所震撼。

Vue 的文档中也这么写道:

Vue 最独特的特性之一,是其非侵入性的响应式系统。数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象。而当你修改它们时,视图会进行更新。

单看这句话,像我这种菜鸟程序员必然是看不懂的。我只知道,在 new Vue() 时传入的 data 属性一旦产生变化,那么在视图里的变量也会随之而变。

但这个变化是如何实现的呢?接下来让我们,一探究竟。

1 偷偷变化的 data

我们先来新建一个变量:let data = { msg: 'hello world' }

接着我们将这个 data 传给 Vue 的 data:

let data = { msg: 'hello world' }

/*****留空处*****/

new Vue({
  data,
  methods: {
    showData() {
      console.log(data)
    }
  }
})

这看似是非常平常的操作,但是我们在触发 showData 的时候,会发现打出来 data 不太对劲:

msg: (...)
__ob__: Observer {value: {…}, dep: Dep, vmCount: 1}
get msg: ƒ reactiveGetter()
set msg: ƒ reactiveSetter(newVal)
__proto__: Object

它不仅多了很多没见过的属性,还把里面的 msg: hello world 变成了 msg: (...)

接下来我们尝试在留空处打印出 data,即在定义完 data 之后立即将其打印。

但是很不幸,打印出来依然是上面这个不对劲的值。

可是很明显,当我们不去 new Vue(),并且传入 data 的时候,data 的打印结果绝对不是这样。

所以我们可以尝试利用 setTimeout()new Vue() 延迟 3 秒执行。

这个时候我们就会惊讶的发现:

  1. 当我们在 3s 内点开 console 的结果时,data 是普通的形式;

  2. 当我们在 3s 后点开 console 的结果时,data 又变成了奇怪的形式。

这说明就是 new Vue() 的过程中,Vue 偷偷的对 data 进行了修改!正是这个修改,让 data 的数据,变成了响应式数据。

2 (...) 的由来

为什么好好的一个 msg 属性会变成 (...) 呢?

这就涉及到了 ES6 中的 getter 和 setter。(如果理解 getter/setter,可跳至下一节)

一般我们如果需要计算后的值,会定义一个函数,例如:

const obj = {
  number: 5,
  double() {
    return this.number * 2;
  }
};

在使用的时候,我们写上 obj.double(obj.number) 即可。

但是函数是需要加括号的,我太懒了,以至于括号都不想要了。

于是就有了 getter 方法:

const obj = {
  number: 5,
  get double() {
    return this.number * 2;
  }
};

const newNumber = obj.double;

这样一来,就能够不需要括号,就可以得到 return 的值。

setter 同理:

const obj = {
  number: 5,
  set double(value) {
    if(this.number * 2 != value;)
    this.number = value;
  }
};

obj.double = obj.number * 2;

由此我们可以看出:通过 setter,我们可以达到给赋值设限的效果,例如这里我就要求新值必须是原值的两倍才可以。

但经常的,我们会用 getter/setter 来隐藏一个变量

比如:

const obj = {
  _number: 5,
  get number() {
    return this._number;
  },
  set number(value) {
    this._number = value;
  }
};

这个时候我们打印出 obj,就会惊讶的发现 (...) 出现了:

number: (...)
_number: 5

现在我们明白了,Vue 偷偷做的事情,就是把 data 里面的数据全变成了 getter/setter。

3 利用 Object.defineProperty() 实现代理

这个时候我们想一个问题,原来我们可以通过 obj.c = 'c'; 来定义 c 的值——即使 c 本身不在 obj 中。

但如何定义一个 getter/setter 呢?答:使用 Object.defineProperty()

Object.defineProperty() 方法会直接在一个对象上定义一个新属性,或者修改一个对象的现有属性,并返回此对象。

例如我们上面写的 obj.c = 'c';,就可以通过

const obj = {
  a: 'a',
  b: 'b'
}
Object.defineProperty(obj, 'c', {
  value: 'c'
})

Object.defineProperty() 接收三个参数:第一个是要定义属性的对象;第二个是要定义或修改的属性的名称或 Symbol;第三个则是要定义或修改的属性描述符。

在第三个参数中,可以接收多个属性,value 代表「值」,除此之外还有 configurable, enumerable, writable, get, set 一共六个属性。

这里我们只看 getset

之前我们说了,通过 getter/setter 我们可以把不想让别人直接操作的数据“藏起来”。

可是本质上,我们只是在前面加了一个 _ 而已,直接访问是可以绕过我们的 getter/setter 的!

那么我们怎么办呢?

利用代理。这个代理不是 ES6 新增的 Proxy,而是设计模式的一种。

我们刚刚为什么可以去修改我们“藏起来”的属性值?

因为我们知道它的名字呀!如果我不给他名字,自然别人就不可能修改了。

例如我们写一个函数,然后把数据传进去:

proxy({ a: 'a' })

这样一来我们的 { a: 'a' } 就根本没有名字了,无从改起!

接下来我们在定义 proxy 函数时,可以新建一个空对象,然后遍历传入的值,分别进行 Object.defineProperty()将传入的对象的 keys 作为 getter/setter 赋给新建的空对象

最后,我们 return 这个对象即可。

let data = proxy({
  a: 'a',
  b: 'b'
});

function proxy(data) {
  const obj = {};
  const keys = Object.keys(data);
  for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
    Object.defineProperty(obj, keys[i], {
      get() {
        return data[keys[i]];
      },
      set(value) {
        if (value < 0) return;
        data[keys[i]] = value;
      }
    });
  }
  return obj;
}

这样一来,我们一开始声明的 data,就是我们 return 的对象了。在这个对象里,没有原始的数据,别人无法绕过 getter/setter 进行操作!

但是往往并没有这么简单,如果我一定需要一个变量名呢?

const sourceData = {
  a: 'a',
  b: 'b'
};

let data = proxy(sourceData);

如此一来,通过直接操作 sourceData.a,时可以直接绕过我们在 proxy 中设置的 set a 进行赋值的。这个时候我们怎么处理?

很简单嘛,当我们遍历传入的数据时,我们可以对传入的数据新增 getter/setter,此后原始的数据就会被 getter/setter 所替代

在刚刚的代码中,我们在循环的刚开始添加这样一段代码:

for(/*......*/) {
  const value = data[keys[i]];
  Object.defineProperty(data, keys[i], {
    get() {
      return value;
    },
    set(newValue) {
      if (newValue < 0) return;
      value = newValue;
    }
  });
  /*......*/
}

这是什么意思呢?

我们利用了闭包,将原始值单独拎出来,每一次对原始属性进行读写,其实都是 get 和 set 在读取闭包时被拎出来的值。

那么不管别人是操作我们的 let data = proxy(sourceData); 的 data,还是操作 sourceData,都会被我们的 getter/setter 所拦截。

4 回到 Vue

我们刚刚写的代码是这样的:

let data = proxy({
  a: 'a'
})

function proxy(data) {

}

那如果我改成这样呢:

let data = proxy({
  data: {
    a: 'a'
  }
})

function proxy({ data }) {
  // 结构赋值
}

是不是和 Vue 就非常非常像了!

const vm = new Vue({ data: {} }) 也是让 vm 成为 data 的代理,并且就算你从外部将数据传给 data,也会被 Vue 所捕捉。

而在每一次捕获到你操作数据之后,就会对需要改变的 UI 进行重新渲染。

同理,Vue 对 computed 和 watch 也存在着各种偷偷的处理。

5 Vue 数据响应式的 Bug

如果我们的数据是这样:

data: {
  obj: {
    a: 'a'
  }
}

我们在 Vue 的 template 里却写了 <div>{{ obj.b }}<div> 会怎样?

Vue 对于不存在或者为 undefined 和 null 的数据是不予以显示的。但是当我们往 obj 中新增 b 的时候,他会显示吗?

写法一:

const vm = new Vue({
  data: {
    obj: {
      a: 'a'
    }
  },
  methods: {
    changeObj() {
      this.obj.b = 'b';
    }
  }
})

我们可以给一个按钮绑定 changeObj 事件,但是很遗憾,这样并不能使视图中的 obj.b 显示出来。

回想一下刚刚我们对于数据的处理,是不是只遍历了外层?这就是因为 Vue 并没有对 b 进行监听,他根本不知道你的 b 是如何变化的,自然也就不会去更新视图层了。

写法 2:

const vm = new Vue({
  data: {
    obj: {
      a: 'a'
    }
  },
  methods: {
    changeObj() {
      this.obj.a = 'a2'
      this.obj.b = 'b';
    }
  }
})

我们仅仅只是新增了一行代码,在改变 b 之前先改变了 a,居然就让 b 实现了更新!

这是为什么?

因为视图更新其实是异步的。

当我们让 a'a' 变成 'a2' 时,Vue 会监听到这个变化,但是 Vue 并不能马上更新视图,因为 Vue 是使用 Object.defineProperty() 这样的方式来监听变化的,监听到变化后会创建一个视图更新任务到任务队列里。

所以在视图更新之前,要先把余下的代码运行完才行,也就是会运行 b = 'b'

最后等到视图更新的时候,由于 Vue 会去做 diff 算法,于是 Vue 就会发现 a 和 b 都变了,自然会去更新相对应的视图。

但是这并不是我们解决问题的办法,写法 2 充其量只能算是“副作用”。

Vue 其实提供了方法让我们来新增以前没有生命的属性:Vue.set() 或者 this.$set()

Vue.set(this.obj, 'b', 'b'); 会代替我们进行 obj.b = 'b';,然后监听 b 的变化,触发视图更新。

那数组怎么响应呢?

每当我们往数组里新增元素的时候,数组就在不断的变长。对于没有声明的数组下标,很明显 Vue 不会给予监听呀。

比如 a: [1, 2, 3],当我新增一个元素,让 a === [1, 2, 3, 4] 的时候,a[3] 是不会被监听的

总不能每次 push 数组,都要手写刚刚说的 Vue.set 方法吧。

可实际操作中,我们发现并没有呀,Vue 监听了新增的数据。

这是因为 Vue 又偷偷的干了一件事儿,它把你原本的数组方法给改了一些。

  • push()

  • pop()

  • shift()

  • unshift()

  • splice()

  • sort()

  • reverse()

在 Vue 中的数组所带的这七个方法都不是原生的方法了。Vue 考虑到这些操作极为常用,所在中间为我们添加了监听。

讲到这里,相信大家对 Vue 的响应式原理应该有了更深的认识了。

(完)

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