Vue3响应式对象是如何实现的(1)

目录

• 简单的响应式实现
• Proxy与响应式
• 为什么需要Proxy？
• Proxy创建的代理对象与原始对象有何不同？
• 多副作用函数的响应式实现

简单的响应式实现

为了方便说明，先来看一个简单的例子。

const obj = { text: 'hello vue' }
function effect() {
  document.body.innerText = obj.text
}

这段代码中，如果obj是一个响应式数据，会产生什么效果呢？当obj.text中的内容改变时，document.body.innerText也会随之改变，从而修改页面上显示的内容。因此，如果仅从这个简单的例子出发，在修改obj后，再次执行effect()，就能够实现响应式。此时，effect()被称为副作用函数，其副作用体现在document.body.innerText这个非effect()函数作用域内的值被修改了。

实际使用中，响应式实现要复杂的多。为了进一步实现响应式，让我们基于上文的例子，再来捋一捋响应式实现需要什么。我们需要在修改响应式数据后触发副作用函数。仔细思考这句话，这里其实要求了两个功能：

• 当obj被读取时，收集副作用函数；
• 当obj被修改时，触发收集的副作用函数；

问题更清晰了，我们只需要拦截读取和修改操作分别进行收集和触发，就能够实现响应式了。这里我们可以使用Proxy

Proxy与响应式

为什么需要Proxy？

Vue3的核心特征之一就是响应式，而实现数据响应式依赖于底层的Proxy。因此，想要完成Vue的响应式功能，首先需要理解Proxy。

以reactive为例，当想要创建一个响应式对象时，仅需要使用reactive对原始对象进行包裹。

例如：

const user = reactive({
  age: 25
})

在Vue3的官方文档中，对reactive的描述是：返回对象的响应式副本。既然是响应式副本，就需要产生一个与原始对象含有相同内容的响应式对象，之后使用这个响应式对象替代原始对象，代替原始对象去做事情。这就体现了Proxy的价值——创建原始对象的代理。

Proxy创建的代理对象与原始对象有何不同？

先来看看如何使用Proxy创建代理对象。

let proxy = new Proxy(target, handler)

Proxy可以接收两个参数，其中，target表示被代理的原始对象，handler表示代理配置，代理配置中的捕捉器允许我们拦截并重新定义针对代理对象的操作。因此，如果在Proxy中，不进行任何代理配置，Proxy仅会成为原始对象的一个透明包装器（仅创建原始对象副本，但不产生任何其它功能）。因此，为了利用Proxy实现响应式对象，我们必须使用Proxy中的代理配置。

在JavaScript规范中，存在一个描述JavaScript运行机制的“内部方法”。其中，读取属性的操作被称为[[Get]]，设置属性的操作被称为[[Set]]。通常，我们无法直接使用这些“内部方法”，但Proxy给我们提供了捕捉器，使得对读取和设置操作的拦截成为可能。

const p = new Proxy(obj, {
  get(target, property, receiver) {/*拦截读取属性操作*/}
  set(target, property, value, receiver) {/*拦截设置属性操作*/}
})

其中，target为被代理的原始对象，property为原始对象的属性名，value为设置目标属性的值receiver是属性所在的this对象，即Proxy代理对象。

Proxy是由JavaSciprt引擎实现的ES6特性，因此，没有ES5的polyfill，也无法使用Babel转译。这也是Vue3不支持低版本IE的主要原因。

let fn
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    fn = effect
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    fn()
    return true
  }
})

多副作用函数的响应式实现

如果响应式数据有多个相关的副作用函数应该如何处理。

在上例中，存储一个副作用函数我们可以使用一个fn进行缓存，多个副作用函数，我们在收集时用数组把它装起来就好，需要触发时，再遍历数组挨个触发收集到的副作用函数。

const fns = []
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    fns.push(effect)
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    fns.forEach(fn => fn())
    return true
  }
})

这样可以吗？可以是可以，功能上已经实现了。接下来让我们来看看有没有哪些地方可以优化。

第一个可以优化的点是，需要考虑被重复收集的函数。

举个例子：

const effect1 = () => {
  document.body.innerText = obj.text
}
const effect2 = effect1

在这个例子中，effect1与effect2都表示同一个函数，但在收集时会被重复收集，执行时也会被重复执行。这些重复显然是不必要的，因此，我们需要在收集副作用函数的时候，干掉重复的函数。去重可以考虑Set。

const fns = new Set()
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    fns.push(effect)
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    fns.forEach(fn => fn())
    return true
  }
})

不知道大家是否注意到，为了演示方便，我们在收集元素时，都默认被收集的副作用函数名是effect。但实际开发中，函数名肯定不会是固定的或是有规律可循的，我们肯定不能按函数名一个个手动收集，因此，我们要想一种方式能够不依赖于函数名进行副作用函数收集。为了实现这一点，我们将副作用函数进行包裹，用一个activeEffect统一注册。

let activeEffect
function effect(fn) {
  activeEffect = fn
  fn()
}

const fns = new Set()
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    if(activeEffect) {
      fns.add(activeEffect)
    }
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    fns.forEach(fn => fn())
    return true
  }
})

function fn() {
  document.body.innerText = obj.text
}
effect(fn)

到这里，我们已经把容易想到的优化都处理了。但这还没完，这里还有个隐蔽的点没有考虑到。此时，我们的响应式粒度还不够细，副作用函数的收集和触发的最小单位是响应式对象，这会导致不必要的副作用函数更新。例如，我们给出一个obj上不存在的属性obj.notExist，对其进行赋值操作。为了方便演示，我们在fn()中加一条打印语句，观察结果。

function fn() {
  document.body.innerText = obj.text
  console.log('Done!')
}

可以看到，副作用函数被触发了。这里obj.notExist属性在obj上是不存在的，更谈不上对应了哪个副作用函数，因此，这里的副作用函数不应该被触发，或者换句话说，副作用函数仅能被对应的响应式对象的属性影响，且仅在该属性被修改时触发。

更细粒度的触发条件就要求我们收集副作用函数时，针对响应式对象的属性进行收集。听上去有点无从下手，让我们再来捋一捋。既然是响应式对象，首先还是要保证利用响应式对象的Proxy来进行收集和触发，但在收集的时候，就不能一股脑的把所有属性对应的副作用函数塞到一块了，需要把谁是谁的分清楚（即一个属性对应了哪些副作用函数），让每个属性拥有自己收集和触发副作用函数的能力，具体对应关系如图所示。

让我们从后往前看。首先，属性的副作用函数收集器我们可以沿用上文的思路，使用Set实现。再往前，每个属性都需要配备一个副作用函数收集器，这是一个一对一的关系，我们可以使用将属性值作为key，副作用收集器作为value，使用Map实现，而这个Map就包含了单个响应式对象的全部内容。

回看我们上面的代码，其实我们在进行副作用函数收集的时候，仅使用了一个全局的容器承载。在实际开发中，我们需要尽量避免大量出现全局定义。因此，我们将响应式对象放进一个全局容器中统一管理。我们需要将每一个对象和其对应的Map建立一对一的映射关系。整体关系如下图所示：

 按图中思路，我们在代码中重新组织数据结构。

let activeEffect
function effect(fn) {
  activeEffect = fn
  fn()
}

const objsMap = new Map() // 全局容器
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    if(!activeEffect) return
    let propsMap = objsMap.get(target) // 属性容器
    if(!propsMap) {
      objsMap.set(target, (propsMap = new Map()))
    }
    let fns = propsMap.get(key) // 副作用函数收集器
    if(!fns) {
      propsMap.set(key, (fns = new Set()))
    }
    fns.add(activeEffect)
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    const propsMap = objsMap.get(target) // 属性容器
    if(!propsMap) return
    const fns = propsMap.get(key) // 副作用函数收集器
    fns && fns.forEach(fn => fn())
    return true
  }
})

function fn() {
  document.body.innerText = obj.text
  console.log('Done!')
}
effect(fn)

执行我们更新的代码，我们就能避免无效更新，只触发与属性相关的更新了。

到这结束了吗？我们其实还能再做一点优化。如果一个响应式对象没有被引用时，说明这个对象不被使用，不被使用的对象应该被JavaScript的垃圾回收器回收，避免造成内存占用。但Map的特性（Map会被其key值持续引用）决定了，即使没有任何引用，Map中的对象也不能被垃圾回收器回收。解决这个问题，只需要用WeakMap来代替Map，WeakMap的key是弱引用。到这里我们终于大功告成了，把功能实现完了。

功能实现完接下来要干嘛？对，要重构，要看有没有能重构的地方。get和set中的内容有点臃肿了，想想一开始说的，get时收集，set时触发。最后，就让我们来抽离封装这两部分。

let activeEffect
function effect(fn) {
  activeEffect = fn
  fn()
}

const objsMap = new WeakMap()
const data = { text: 'hello vue' }
const obj = new Proxy(data, {
  get(target, key) {
    track(target, key)
    return target[key]
  },
  set(target, key, newValue) {
    target[key] = newValue
    trigger(target, key)
    return true
  }
})
// 收集
function track(target, key) {
  if(!activeEffect) return
  let propsMap = objsMap.get(target)
  if(!propsMap) {
    objsMap.set(target, (propsMap = new Map()))
  }
  let fns = propsMap.get(key)
  if(!fns) {
    propsMap.set(key, (fns = new Set()))
  }
  fns.add(activeEffect)
}
// 触发
function trigger(target, key) {
  const propsMap = objsMap.get(target)
  if(!propsMap) return
  const fns = propsMap.get(key)
  fns && fns.forEach(fn => fn())
}

function fn() {
  document.body.innerText = obj.text
  console.log('Done!')
}
effect(fn)

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