Vue 进阶系列之响应式原理及实现

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
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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); // 4
console.log(b); // 30
b = a * 10;
console.log(b); // 40
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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;
})
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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
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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
})
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再次抽象之后如下所示。

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

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

obj
Object.defineProperty

示例：

const obj = { foo: 123 }
convert(obj)


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

dep.notify()
// 通知改变，输出 updated
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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
}
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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())
  }
}
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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: 0

state.count++
// 输出 count is: 1
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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 = null

function 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()
}
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结合Vue文档里的流程图就更加清晰了。

Job Done！！！

本文内容参考自VUE作者尤大的付费视频