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() 将 new Vue() 延迟 3 秒执行。

这个时候我们就会惊讶的发现：

当我们在 3s 内点开 console 的结果时，data 是普通的形式；
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 get 与 set。

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() 以将传入的对象的 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 从 '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）