Vue源码解析：双向绑定原理

开始

在说双向绑定之前，我们先聊聊 单向数据流 的概念，引用一下Vuex官网的一张图：

这是单向数据流的极简示意，即状态（数据源）映射到视图，视图的变化（用户输入）触发行为，行为改变状态。但在实际的开发中，大部分的情况是多个视图依赖同一状态，多个行为影响同一状态，Vuex的处理是将共同状态提取出来，转化成单向数据流实现。另外，在Vue的父子组件中 prop传值 中，也有用到单向数据流的概念，即 父级 prop 的更新会向下流动到子组件中，但是反过来则不行。

无论是react还是vue都提倡单向数据流管理状态，那我们今天要谈的 双向绑定 是否和 单向数据流 理念有所违背？我觉得不是，从上篇文章 AST语法树转render函数 了解到，Vue双向绑定，实质是 value 的单向绑定和 oninput/onchange 事件侦听的语法糖 。这种机制在某些需要实时反馈用户输入的场合十分方便，这只是Vue内部对 action 进行了封装而形成的。

所以我们今天要说是，状态的变化怎么引起视图的变化？

• 第一个难点是如何监听状态的变化。Vue2.0主要是采用 defineProperty ，但它有个缺点是不能检测到对象和数组的变化。尤大佬说3.0将采用 proxy ，不过兼容仍是问题，有兴趣的同学可以去了解下；
• 另外一个难点就是状态变化后如何触发视图的变化。Vue2.0采用的发布/订阅模式，即每个状态都会有自己的一个订阅中心，订阅中心放着一个个订阅者，订阅者身上有关于dom的更新函数。当状态改变时会发布消息：我变了！订阅中心会挨个告诉订阅者，订阅者知道了就去执行自己的更新函数。

源码解析

今天涉及到的代码全在 observer 文件夹下。流程大致如下：

function Vue (options) {
    // ...
    var data = options.data;
    data = typeof data === 'function' ? data() : data || {};
    observe(data, this);
    Watcher(this, this.render, this._update);
    // ...
}

先对 data 进行数据劫持（observe），然后为当前实例创建一个订阅者（Watcher）。具体如何实现，下面将逐一阐述。

数据劫持

数据劫持的实质就是使用 defineProperty 重写对象属性的 getter/setter 方法。但由于 defineProperty 无法监测到对象和数组内部的变化 ，所以遇到子属性为对象时，会 递归观察 该属性直至简单数据类型；为数组时的处理是重写 push 、 pop 、 shift 等方法，方法内部通知订阅中心：状态变化了！这样就能对所有类型数据进行监听了。

我们先看看入口函数 observe() ：

function observe (value, vm) {
  // 若检测数据不是对象，则退出
  if (typeof value !== 'object') return;
  var ob;
  if (value.__ob__ && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__;
  } else {
    ob = new Observer(value);
  }
  return ob;
}

observe() 方法尝试为 value 创建观察者实例，观察成功则返回新的观察者或已有的观察者。 __ob__ 属性下面将提到，即对象被观察过后会有 __ob__ 属性，用于存储观察者实例。再来看看 Observer 类：

function Observer (value) {
  this.value = value;
  // 给value对象通过defineProperty追加__ob__属性
  def(value, '__ob__', this); 
  // 特殊处理数组
  if (Array.isArray(value)) {
    value.__proto__ = arrayMethods;
    value.forEach(item => {
      observe(item);
    })
  } else {
    this.walk(value);
  }
}

很明显看到， Observer 类除开属性的定义，就是对数组的特殊处理了。处理的方法是通过原型链去修改数组的 push 、 pop 、 shift ...等等方法，当然，还需要对数组的每个元素进行observe()，因为数组元素也可能是对象，我们要继续劫持，直到基本类型！我们先来看下 arrayMethods 具体是怎么修改的这些方法：

const arrayProto = Array.prototype;
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto);

['push','pop','shift','unshift','splice','sort','reverse']
.forEach(method => {
  // 拿到对应的原生方法
  var original = arrayProto[method];
  def(arrayMethods, method, () => {
    // 参数处理
    var i = arguments.length;
    var args = new Array(i);
    while (i--) {
      args[i] = arguments[i];
    }
    // 运行原生方法
    var result = original.apply(this, args);
    var ob = this.__ob__;
    // 特殊处理数组插入方法
    var inserted;
    switch (method) {
      case 'push':
        inserted = args;
        break;
      case 'unshift':
        inserted = args;
        break;
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2);
        break;
    }
    // 对插入的参数进行数据劫持
    if (inserted) ob.observeArray(inserted);
    // 发布改变通知
    ob.dep.notify();
    return result;
  })
})

能看出 arrayMethods 的构造其实也很简单，首先是根据数组的 prototype 创建一个新对象，然后对数组方法进行逐个重写。方法重写的重点在于：

dep.notify()

到这， defineProperty 无法监听数组内部变化的问题解决了，当然，你通过数组下标修改内部数据还是察觉不到的！

我们继续来看， walk() 函数：

Observer.prototype.walk = function (obj) {
  var keys = Object.keys(obj);
  for (var i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
    this.convert(keys[i], obj[keys[i]]);
  }
}
Observer.prototype.convert = function (key, val) {
  defineReactive(this.value, key, val);
}

walk() 意思就是遍历对象的每个属性，并侵占（ convert ）它们的 getter/setter ，接下来就是整个数据劫持的重点函数 defineReactive() :

function defineReactive (obj, key, val) {
  var dep = new Dep();

  // 获取对象的对象描述
  var property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key);
  // 是否可配置
  if (property && property.configurable === false) return;
  // 获取原来的get、set
  var getter = property && property.get;
  var setter = property && property.set;

  // 递归：继续监听该属性值(只有val为对象时才有childOb)
  var childOb = observe(val);

  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,    // 可枚举
    configurable: true,    // 可配置
    get: ...,
    set: ...
  })
}

以上为 defineReactive() 函数的内部结构，先定义了依赖中心 Dep ，再获取对象的原生get/set方法，然后递归监听该属性，因为当前属性可能也是对象，最后通过 defineProperty 劫持 getter/setter 函数，依次看一下 get/set :

get: function reactiveGetter () {
  // 计算value
  var value = getter ? getter.call(obj) : val
  if (Dep.target) {
    // 添加依赖
    dep.depend();
    // 如果有子观察者，也给它添加依赖
    if (childOb) {
      childOb.dep.depend();
    }
    // 如果该属性是数组，查看每项是否含观察者对象，有则添加依赖
    if (isArray(value)) {
      for (var e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
        e = value[i];
        e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend();
      }
    }
  }
  return value;
}

大家看完这个函数，除开 if 语句，其他的都是 get 的基本逻辑。至于 Dep.target 的含义，我的理解是 它就像一个开关，当开关在打开的状态下访问该属性，则会被添加到订阅中心 。至于什么时候开关打开、关闭，以及把谁添加到订阅中心，先留下疑问。继续看下 set ：

set: function reactiveSetter (newVal) {
  // 计算value
  var value = getter ? getter.call(obj) : val;
  // 新旧值是否相等
  if (newVal === value) return;
  // 不相等，设置新值
  if (setter) {
    setter.call(obj, newVal);
  } else {
    val = newVal;
  }
  // 劫持新值
  childOb = observe(newVal);
  // 发送变更通知
  dep.notify();
}

set 也比较好理解，先是新旧值的比较，若不相等，则需要： 设置新值，劫持新值，发布通知 。

到这，数据劫持就完成了。总之， observe 对数据对象进行了递归遍历，递归包括数组和子对象，将每个属性的 getter/setter 进行了改造，使得 在特殊情况下 获取值（ xxx.name ）会添加到订阅中心，在设置值（ xxx.name = 'Tom' ）会触发订阅中心的 通知事件 。

订阅中心

订阅中心也就是前面提到的 Dep ，它要做的事情很简单，维护一个容器（数组） 存储订阅者 ，也就是说它有 添加订阅者 功能和 发布通知 功能。简单看一下：

let uid = 0;
function Dep () {
  this.id = uid++;
  this.subs = [];
}
// 添加订阅者
Dep.prototype.addSub = function (sub) {
  this.subs.push(sub);
}
// 将自己作为依赖传给目标订阅者
Dep.prototype.depend = function () {
  Dep.target.addDep(this);
}
// 通知所有订阅者
Dep.prototype.notify = function () {
  var subs = this.subs.slice();
  for (var i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
    subs[i].update();
  }
}
Dep.target = null;

数据劫持中提到，当 Dep.target 存在时调用 get ，会触发 dep.depend() 添加订阅者，那么这个 Dep.target.addDep() 方法里肯定含添加订阅者 addSub() 方法。

注意 Dep.target 的默认值为 null 。

订阅者

订阅者也就是前面提到的 Watcher ，因为它也用于 $watch() 接口，所以这边对其简化分析。

Watcher 接收3个参数， vm ：Vue实例对象， fn ：渲染函数， cb ：更新函数。先看看 Watcher 对象：

function Watcher (vm, fn, cb) {
  this.vm = vm;
  this.fn = fn;
  this.cb = cb;
  this.depIds = new Set();

  this.value = this.get();
}

// 向当前watcher添加依赖项
Watcher.prototype.addDep = function (dep) {
  var id = dep.id;
  // 防止重复向订阅中心添加订阅者
  if (!this.depIds.has(id)) {
    this.depIds.add(id);
    dep.addSub(this);
  }
}

Watcher 的 addDep() 方法内为了防止重复添加订阅者到订阅中心，故维护了一个 Set 用于存储订阅中心（ Dep ）的id，每次添加前看是否已存在。

Watcher 在初始化时，执行了 get() 函数，看看方法内部：

Watcher.prototype.get = function () {
  // 打开开关，指向自身（Watcher）
  Dep.target = this;
  // 指向渲染函数，会触发getter
  var value = this.fn.call(this.vm);
  // 关闭开关
  Dep.target = null;
  return value;
}

之前一直不理解这边为什么会将订阅者推入各个订阅中心，后来才发现巧妙的地方： Dep.target 指向当前 Watcher （打开开关），然后执行渲染函数，渲染函数用到的数据都会触发其 get ，这样就把当前 Watcher 加入到这些数据的订阅中心了！然后 Dep.target = null （开关关闭）。

另外还有一个就是 update 函数，也就是数据的 set 被触发是，其订阅中心会发布通知（ notify() ），而 notify() 方法的本质就是依次执行订阅者的 update() 方法。让我们看一下：

Watcher.prototype.update = function () {
  var value = this.get();
  if (value !== this.value) {
    var oldValue = this.value;
    this.value = value;
    this.cb.call(this.vm, value, oldValue);
  }
}

update() 方法其实就是拿新值和旧值比较，如果不一样就把它们作为参数，执行更新回调函数。

到这，关于订阅者部分的已经说完了。再回看到前面的调用 Watcher(this, this.render, this._update); ，这边的渲染函数也就是前篇文章讲的 render 函数，而 _update 函数是用于比较 vdom 并更新的函数，这是下一篇文章要说的内容。

总结

最后再来理一遍， observe 递归遍历整个 data ，给每个属性创建一个订阅中心，而且重写他们的 getter/setter 方法：在特殊情况（ Dep.target 存在）下 get 会添加订阅者到订阅中心，在 set 时会通知订阅中心，继而通知每位订阅者；订阅者会特殊情况（ Dep.target 存在）下，执行 render 函数， get 每一个涉及到的数据。这样，以后只要有数据发生变动，就会触发该订阅者的更新函数，就会引起 dom 的变化！

最近工作比较忙，博客写的比较慢，可能也会有各种问题(┬＿┬)...

溜了溜了