一步一步实现Vue的响应式(对象观测)

平时开发中，Vue的响应式系统让我们不再去操作DOM，只需关心数据逻辑的处理，极大地降低了代码的复杂度。而响应式系统也是Vue的核心，作为开发者有必要了解其实现原理！

简易版

以watch为切入点

watch是平时开发中使用率非常高的功能，其目的是观测一个数据，当数据变化时执行我们预先定义的回调。使用方式如下：

{
 watch: {
  obj(val, oldVal) {
   console.log(val, oldVal);
  }
 }
}

上面观测了Vue实例的obj属性，当其值发生变化时，打印出新值与旧值。

因此，我们定义一个watch函数：

function watch (data, key, cb) {
 // do something
}

1. watch函数接收3个属性，分别是
2. data: 被观测对象 key: 被观测的属性
3. cb: 数据变化后要执行的回调

Object.defineProperty

既然要在数据变化后再执行回调，所以需要知道数据是什么时候被修改的，这就是Object.defineProperty的作用，其为数据定义了访问器属性。在数据被读取时会触发get，在数据被修改时会触发set。

我们定义一个defineReactive函数，其用来将一个数据变成响应式的：

function defineReactive(data, key) {
 let val = data[key];
 
 Object.defineProperty(data, key, {
  configurable: true,
  enumerable: true,
  get: function() {
   return val;
  },
  set: function(newVal) {
   if (newVal === val) {
    return;
   }
   
   val = newVal;
  }
 });
}

defineReactive函数为data对象的key属性定义了get、set，get返回属性key的值val，set中修改key的值为新值newVal。到目前为止，key属性还是没有什么特殊之处。

数据被修改会触发set，那cb一定是在set中被执行。但set与cb之间好像并没有什么联系，所以我们来搭建一座桥梁，来构建两者的联系：

let target = null;

我们在全局定义了一个target变量，它用来保存cb的值，然后在set中调用。所以，cb什么时候被保存在target中？回到出发点，我们要调用watch函数来观测data的key属性，当值被修改时执行我们定义的回调cb，这就是cb被保存在target中的时机了：

function watch(data, key, cb) {
 target = cb;
}

watch函数中target被修改了，但我要是再想调用watch函数一次，也就是说我想在data[key]被修改时，执行两个不同的回调，又或者说，我想再观测data的其它属性，那该怎么办？必须得在target被再次修改前，将其值保存到别处。因为，target是同个属性的不同回调或不同属性的回调所共有的。

我们有必要为key属性建立一个私有的仓库，来保存回调。其实defineReactive函数有一点特殊地方：函数内部定义了一个val变量，然后在get和set函数都使用了val变量，这形成一个闭包，defineReactive函数的作用域是key属性私有的，这就是天然的私有仓库了：

function defineReactive(data, key) {
 let val = data[key];
 const dep = [];
 
 
 Object.defineProperty(data, key, {
  configurable: true,
  enumerable: true,
  get: function() {
   target && dep.push(target);
   
   return val;
  },
  set: function(newVal) {
   if (newVal === val) {
    return;
   }
   
   dep.forEach(fn => fn(newVal, val));
   
   val = newVal;
  }
 });
}

我们在defineReactive函数内定义了一个数组dep，其保存着每个属性key的回调集合，也称为依赖集合。在get函数中将依赖收集到dep中，在set函数中循环dep执行每一个依赖。总结起来就是：在get中收集依赖，set中触发依赖。

既然是在get中收集依赖，那就要想办法在tatget被修改时候触发get，所以我们在watch函数中读取一下属性key的值：

function watch(data, key, cb) {
 target = cb;
 data[key];
 target = null;
}

接下来我们测试下代码：

完全ok!

依赖

回想简易版中，我们一共提到3个角色：defineReactive、dep、watch，三者其实各司其职，但我们把三者代码耦合在了一起，不方便接下来扩展与理解，所以我们来做一下归类。

Watcher

观察者，也称为依赖，它的职责就是订阅一个数据，当数据发生变化时，做些什么：

class Watcher {
 constructor(data, key, cb) {
  this.vm = data;
  this.key = key;
  this.cb = cb;
  this.value = this.get();
 }
 
 get() {
  Dep.target = this;
  const value = this.vm[this.key];
  Dep.target = null;
  
  return value;
 }
 
 update() {
  const oldValue = this.value;
  this.value = this.vm[this.key];
  
  this.cb.call(this.vm, this.value, oldVal);
 }
}

首先在构造函数中读取了属性key的值，这会触发属性key的set，然后将自己作为依赖存入其dep数组中。当然，在读取属性值之前，需要将自己赋值给桥梁Dep.target，这是get方法所做的事。最后是update方法，这是当订阅的数据发生变化后，需要被执行的，其主要目的就是要执行cb，因为cd需要变化后的新值作为参数，所以要再一次读取属性值。

Dep

Dep的职责就是构建属性key与依赖Watcher之间的联系，其实例一定有一个独一无二的属于属性key的依赖收集框：

class Dep {
 constructor() {
  this.subs = [];
 }
 
 addSub(sub) {
  this.subs.push(sub);
 }
 
 depend() {
  Dep.taget && this.addSub(Dep.target);
 }
 
 notify() {
  for (let sub of subs) {
   sub.update();
  }
 }
}

subs就是依赖收集框，当属性值被读取时，在depend方法中将依赖收入到框内；当属性值被修改时，在notify方法中将依赖收集框遍历，每一个依赖的update方法都将被执行。

Observer

defineReactive函数只做了一件事，将数据转换成响应式的，我们定义一个Observer类来聚合其功能：

class Observer {
 constructor(data, key) {
  this.value = data;
  
  defineReactive(data, key);
 }
}

function defineReactive(data, key) {
 let val = data[key];
 const dep = new Dep();
 
 Object.defineProperty(data, key, {
  configurable: true,
  enumerable: true,
  get: function() {
   dep.depend();
   
   return val;
  },
  set: function(newVal) {
   if (newVal === val) {
    return;
   }
   
   dep.notify();
   
   val = newVal;
  }
 });
}

dep不再是一个纯粹的数组，而是一个Dep类的实例。get函数中的依赖收集、set函数中的依赖触发的逻辑，分别用dep.depend、dep.update替代，这让defineReactive函数逻辑变得变得更加清晰。但是Observer类只是在构造函数中调用defineReactive函数，没起什么作用？这当然都是为后面做铺垫的！

测试一下代码：

观测所有属性

到目前为止我们都只在针对一个属性，而一个对象可能有n多个属性，因此我们要对做下调整。

观测一个对象的所有属性

观测一个属性主要是要定义其访问器属性，对于我们的代码来说，就是要执行defineReactive函数，所以对Observer类做下修改：

class Observer {
 constructor(data) {
  this.value = data;
  
  if (isPlainObject(data)) {
   this.walk(data);
  }
 }
 
 walk(value) {
  const keys = Object.keys(value);
  
  for (let key of keys) {
   defineReactive(value, key);
  }
 }
}

function isPlainObject(obj) {
 return ({}).toString.call(obj) === '[object Object]';
}

我们在Observer类中定义一个walk方法，其作用就是遍历对象的所有属性，然后在构造函数中调用。调用的前提是对象是一个纯对象，即对象是通过字面量或new Object()初始化的，因为像Array、Function等也都是对象。

测试一下代码：

深度观测

我们只要对象是可以嵌套的，即一个对象的某个属性值也可以是对象，我们的代码目前还做不到这一点。其实也很简单，做一下递归遍历的就好了：

class Observer {
 constructor(data) {
  this.value = data;
  
  if (isPlainObject(data)) {
   this.walk(data);
  }
 }
 
 walk(value) {
  const keys = Object.keys(value);
  
  for (let key of keys) {
   const val = value[key];
   
   if (isPlainObject(val)) {
    this.walk(val);
   }
   else {
    defineReactive(value, key);
   }
  }
 }
}

我们在walk方法中做了判断，如果key的属性值val是个纯对象，那就调用walk方法去遍历其属性值。既然是深度观测，那watcher类中的key的用法也发生了变化，比如说：'a.b.c'，那我们就要兼容这种嵌套key的写法：

class Watcher {
 constructor(data, path, cb) {
  this.vm = data;
  this.cb = cb;
  this.getter = parsePath(path);
  this.value = this.get();
 }
 
 get() {
  Dep.target = this;
  const value = this.getter.call(this.vm);
  Dep.target = null;
  
  return value;
 }
 
 update() {
  const oldValue = this.value;
  this.value = this.getter.call(this.vm, this.vm);

  this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
 }
}

function parsePath(path) {
 if (/.$_/.test(path)) {
  return;
 }

 const segments = path.split('.');

 return function(obj) {
  for (let segment of segments) {
   obj = obj[segment]
  }

  return obj;
 }
}

Watcher类实例新增了getter属性，其值为parsePath函数的返回值，在parsePath函数中，返回的是一个匿名函数，匿名函数接收一个参数obj，最后又将obj作为返回值返回，那么这里的重点是匿名函数对obj做了什么处理。

匿名函数内只有一个for...of迭代，迭代对象为segments，segments是通过path对'.'分割得到的一个数组，比如path为'a.b.c'，那么segments就为['a', 'b', 'c']。迭代内只有一个语句，obj被赋值为obj的属性值，这相当于一层一层去读取，比如说，obj初始值为：

obj = {
 a: {
  b: {
   c: 1
  }
 }
}

那么最后的结果为：

obj = 1

读取属性值的目的就是为了收集依赖，比如我们要观测obj.a.b.c，那么目的就达到了。 既然知道了getter是一个函数，那么在get方法中执行getter，就可以获取值了。

测试下代码：

这里有个细节，我们看Watcher类的get方法：

get() {
 Dep.target = this;
 const value = this.getter.call(this.vm);
 Dep.target = null;
  
 return value;
}

在执行this.getter函数的时候，Dep.target的值一直都是当前依赖，而this.getter函数中一层一层读取属性值，在这路径之中的所有属性其实都收集了当前依赖。比如上面的例子来说，属性'a.b.c'的依赖，被收集到obj.a、obj.a.b、obj.a.b.c的dep中，那么修改obj.a或obj.b都是会触发当前依赖的：

避免重复收集依赖

观测表达式

在Vue中，$watch方法的第一个参数是可以传函数的：

this.$watch(() => {
 return this.a + this.b;
}, (val, oldVal) => {
 console.log(val, oldVal);
});

这种写法相当于观测一个表达式，类似与Vue中computed，依赖会被收集到属性a与属性b的dep中，无论修改其中任一，只要表达式的值发生变化，依赖都将会触发。

为了兼容函数的传入，我们稍微修改下Watcher类：

class Watcher {
 constructor(data, pathOrFn, cb) {
  this.vm = data;
  this.cb = cb;
  this.getter = typeof pathOrFn === 'function' ? pathOrFn : parsePath(pathOrFn);
  this.value = this.get();
 }
 
 ...
 
 update() {
  const oldValue = this.value;
  this.value = this.get();

  this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
 }
}

对于第二个参数pathOrFn，我们优先判断其本身是否已经是函数，是则直接赋值给this.getter，否则调用parsePath函数解析。在update方法中，再次调用了get方法来获取被修改后的值。

测试下代码：

结果好像有点不对？输出了1949次！而且还在增加之中，一定是某个陷入无限循环了。仔细回看我们修改的点，在update方法中，我们再次调用了get方法，这又会触发一次依赖的收集。然后我们在Dep类的notify方法中遍历依赖集合，每次触发依赖都会导致依赖的再次收集，这就是个无限循环了！

发现了问题，就来解决问题。我们要对依赖做唯一性校验：

let uid = 1;

class Watcher {
 constructor(data, pathOrFn) {
  this.id = uid++;
  ...
 }
}

class Dep() {
 construct() {
  this.subs = [];
  this.subIds = new Set();
 }
 ...
 addSub(sub) {
  const id = sub.id;
  
  if (!this.subIds.has(id)) {
   this.subs.push(sub);
   this.subIds.add(id);
  }
 }
 ...
}

既然要做唯一性校验，我们给Watcher类实例增加了独一无二的id。在Dep类中，我们给构造函数里增加了属性subIds，其初始值为空Set，作用是存储依赖的id。然后在addSub方法中，在将依赖添加到subs之前，先判断这个依赖的id是否已经存在。

测试下代码：

只输出了一次，完全ok。

在Vue中的意义

防止依赖的重复收集，除了防止上面提到的陷入无限循环，在Vue中还有更重要的意义，比如一下模板：

<template>
 <div>
  <p>{{ a }}</p>
  <p>{{ a }}</p>
  <p>{{ a }}</p>
 </div>
</template>

在Vue中，除了watch选项的依赖，还有一个特殊依赖叫渲染函数的依赖，其作用就是当模板中的变量发生变化时，更新VNode，重新生成DOM。在我们上面定义的模板中，一共使用a变量3次，当a变量被修改，如果没有防止重复依赖的收集，渲染函数就会被执行3次！这是完全必要的！并且3次只是个例子，实际可能会更多！

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