手写Vue3响应式数据原理
Vue3响应式数据
- 前言
- 一、proxy是什么？
- 1.1 proxy基本使用
- 二、实现最基本的reactive函数
- 三、实现基本响应式系统
- 四、完善基本响应式系统
- 4.1 执行每一个副作用函数
- 4.2 实现依赖收集
- 4.2.1 基本实现
- 4.3 改进桶结构
- 五、相关面试题
- 1.Object.defineProperty 和 Proxy 的区别？
- 2.vue2.0 和 vue3.0 有什么区别？ 双向绑定更新？
- 3.Vue 是如何实现数据双向绑定的？
- 4.介绍下 Set、Map、WeakSet 和 WeakMap的区别？
- 5.Vue2.0为什么不能检查数组的变化？该怎么解决？
- 解决方案
前言
我们想要对一个对象数据进行处理，从而实现更改dom。但如何更改对一个对象数据进行更改呢？
vue2 的双向数据绑定是利⽤ES5 的⼀个 API ，Object.defineProperty()对数据进⾏劫持 结合 发布订阅模式的⽅式来实现的。
vue3 中使⽤了 ES6 的 ProxyAPI 对数据代理，通过 reactive() 函数给每⼀个对象都包⼀层 Proxy，通过 Proxy 监听属性的变化，从⽽ 实现对数据的监控。
这⾥是相⽐于vue2版本，使⽤proxy的优势如下:
-
- defineProperty只能监听某个属性，不能对全对象监听可以省去for…in…、闭包等内容来提升效率（直接绑定整个对象即可）
-
- 监听数组，不⽤再去单独的对数组做特异性操作,通过Proxy可以直接拦截所有对象类型数据的操作，完美⽀持对数组的监听。
我们想要知道如何实现Vue3响应式数据，就要知道proxy这个概念。
一、proxy是什么？
Proxy（代理）是一种计算机网络技术，其作用是充当客户端和服务器之间的中间人，转发网络请求和响应。当客户端发送请求时，代理服务器会接收并转发请求到目标服务器，然后将服务器返回的响应转发给客户端。
相当于明星和经纪人，想要找明星办事，需要找他的经纪人，明星的事都交给经纪人做。明星就是源对象，经纪人就相当于proxy。
proxy用于创建一个对象的代理，从而实现基本操作的拦截和自定义（如属性查找、赋值、枚举、函数调用等）。
1.1 proxy基本使用
// 定义一个源对象
let obj = {name: 'qx',age: 24
}
// 实现一个Proxy，传入要代理的对象和get和set方法
const proxy = new Proxy(obj, {// get中返回代理对象的,target代表源对象(也是上面的obj)，key代表obj中每个属性get(target, key) {return target[key];},// set中返回代理对象的,target代表源对象(也是上面的obj)，key代表obj中每个属性，value是修改的新值set(target, key, value) {target[key] = valuereturn true}
})
console.log(proxy)obj.name = 'xqx'
// 现在打印的是修改后的proxy，看看会变成什么样？ 已经修改好了
console.log(proxy)
二、实现最基本的reactive函数
reactive 用于创建一个响应式对象，该对象可以包含多个属性和嵌套属性。当使用 reactive 创建响应式对象时，返回的对象是一个代理对象，该对象具有与原始对象相同的属性，并且任何对代理对象属性的更改都将触发组件的重新渲染。
既然我们已经知道reactive是个函数，并且返回的是一个代理对象，先把最基本的框架搭出来
function reactive(data) {return new Proxy(data, {get(target, key) {return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = valuereturn true}})
}
看似已经完成了，但是当传入非对象时，却报错
提示这个对象是对象类型的，例如数组之类的，并只是{}这个。
const arr = true;
console.log(reactive(arr))
提示proxy要传入一个对象，所以需要先判断是不是对象
function reactive(data) {//判断是不是对象,null也是object要排除if(typeof data === Object && data !== null) return return new Proxy(data, {get(target, key) {return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = valuereturn true}})
}
三、实现基本响应式系统
我们知道处理数据就是为了让视图更新，但一个系统离不开副作用函数。
副作用函数，顾名思义，会产生副作用的函数被称为副作用函数。通俗来说，就是这个函数可以影响其他的变量。
来看最基本的副作用函数
<div id="app"></div>
<script>let obj = {name: 'qx'}function effect(){app.innerText = obj.name}effect()
</script>
现在我们需要通过前面reactive函数来完善一个基本的响应式系统
<body><div id="app"></div><script>let obj = {name: 'qx',age: 24}function reactive(data) {if(typeof data === Object && data !== null) return return new Proxy(data, {get(target, key) {return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = valuereturn true}})}const state = reactive({name:'xqx'});function effect(){app.innerText = state.name}effect()</script>
</body>
到现在一个最基本的响应式系统出现
四、完善基本响应式系统
如果多个副作用函数同时引用一个变量，我们需要当变量改变时，每一个副作用函数都要执行。
4.1 执行每一个副作用函数
可以把多个副作用函数放在一个列表里，在每次对对象操作时，执行proxy中的set方法时，对每一个副作用函数进行遍历。
<body><div id="app"></div><script>let obj = {name: 'qx'}let effectBucket = [];function reactive(data) {if(typeof data === Object && data !== null) return return new Proxy(data, {get(target, key) {return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = valueeffectBucket.forEach(fn=>fn())return true}})}const state = reactive({name:'xqx'});function effect(){app.innerText = state.nameconsole.log('副作用函数1被执行')}effectBucket.push(effect)function effect1(){app.innerText = state.nameconsole.log('副作用函数2被执行')}effectBucket.push(effect1)state.name = 'zs'</script>
</body>
但是我们要是传两个同样的副作用函数怎么办。
function effect(){app.innerText = state.nameconsole.log('副作用函数1被执行')
}
effectBucket.push(effect)
effectBucket.push(effect)
发现列表里有两个重复的effect函数，如果列表很长，foreach也会浪费时间，那么大大浪费性能。es6有个Set数据结构可以帮助我们解决这个问题。
let effectBucket = new Set();const state = reactive({name:'xqx'});function effect(){app.innerText = state.nameconsole.log('副作用函数1被执行')
}
effectBucket.add(effect) //添加两次
effectBucket.add(effect)function effect1(){app.innerText = state.nameconsole.log('副作用函数2被执行')
}
effectBucket.add(effect1)console.log(effectBucket)
我们把effect添加两次，看看结果是什么样的
4.2 实现依赖收集
前面我们只是对一个对象中的属性进行处理，如果多个属性都要更改呢？我们以上的操作会让每一个副作用函数都执行。
假设我们有这样一个结构
let obj = {name: 'qx',age:24}
我想改name属性时，只更新有name的副作用函数，不必把列表里所有副作用函数都更新。这就需要依赖收集。
4.2.1 基本实现
对每一个副作用函数进行一个保存，当调用副作用函数时，会执行proxy中的get方法，在get方法把当前副作用函数添加列表，就实现了当前依赖属性和副作用函数关联在一起。
具体实现步骤如下：
let obj = {name: 'qx',age:24}
let effectBucket = new Set();let activeEffect = null; //1.保存当前的副作用函数状态function reactive(data) {if(typeof data === Object && data !== null) return return new Proxy(data, {get(target, key) {if(activeEffect != null){ //4. 将当前保存的副作用函数添加到副作用函数列表中effectBucket.add(activeEffect) }return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = valueeffectBucket.forEach(fn=>fn())return true}})
}
const state = reactive(obj);
function effectName(){console.log('副作用函数1被执行',state.name)
}
activeEffect = effectName() // 2.将当前副作用函数赋值给activeEffect
effectName() // 3.调用副作用函数，相当于访问proxy的get方法
activeEffect = null; // 5.将副作用函数状态置空，给下一个副作用函数用function effectAge(){console.log('副作用函数2被执行',state.age)
}
activeEffect = effectAge()
effectAge()
activeEffect = null;state.name = 'zs'
再简化一下，对上面重复代码进行一个封装。调用的时候直接调封装后的方法
function registEffect(fn) {if (typeof fn !== 'function') return;activeEffect = fn();fn();activeEffect = null;
}
4.3 改进桶结构
Set结构像数组，只是能做到去重，并不能实现不同属性对应不同集合。需要我们改进成一个属性对应多个集合。
另一个数据结构Map出现在面前，它是键值对的集合，但是“键”的范围不限于字符串，各种类型的值（包括对象）都可以当作键。
创建一个这样的结构。
let a = {name: Set(fn,fn),age:Set(fn,fn)
}
let effectBucket = new Map(); //{name:Set(fn,fn),age:Set(fn,fn)}
let activeEffect = null;function reactive(data) {if (typeof data === Object && data !== null) returnreturn new Proxy(data, {get(target, key) {if (activeEffect !== null) {let deptSet;if(!effectBucket.get(key)){ //没有得到key,说明没有添加过deptSet = new Set(); //重新创建一个集合effectBucket.set(key,deptSet); //每次添加一个属性{name:Set(fn,fn)}结构}deptSet.add(activeEffect)}return target[key];},set(target, key, value) {target[key] = value//从副作用桶中依次取出每一个副作用函数执行let deptSet = effectBucket.get(key);if(deptSet){ deptSet.forEach(fn => fn())}return true}})
}
继续封装收集依赖
get
function track(target, key) {if (!activeEffect) returnlet deptSet;if (!effectBucket.get(key)) { //没有得到key,说明没有添加过deptSet = new Set(); //重新创建一个集合effectBucket.set(key, deptSet);}deptSet.add(activeEffect)
}
set
function trigger(target, key) {let deptSet = effectBucket.get(key);if (deptSet) {deptSet.forEach((fn) => fn())}
}
function track(target, key) {if (!activeEffect) returnlet deptMap =effectBucket.get(key);if (!deptMap) { //没有得到key,说明没有添加过deptMap = new Map(); //重新创建一个集合effectBucket.set(target, deptMap);}let depSet = deptMap.get(key)if(!depSet){depSet = new Set()deptMap.set(key,depSet)}deptSet.add(activeEffect)
}function trigger(target, key) {let depMap = effectBucket.get(target)if(!depMap) returnlet deptSet = effectBucket.get(key);if (deptSet) {deptSet.forEach((fn) => fn())}
}
五、相关面试题
1.Object.defineProperty 和 Proxy 的区别？
- Proxy 可以直接监听对象而非属性；
- Proxy 可以直接监听数组的变化；
- Proxy 有多达 13 种拦截方法,不限于 apply、ownKeys、deleteProperty、has 等等 是 Object.defineProperty 不具备的;
- Proxy 返回的是一个新对象,我们可以只操作新的对象达到目的,而Object.defineProperty 只能遍历对象属性直接修改
- Proxy 作为新标准将受到浏览器厂商重点持续的性能优化，也就是传说中的新标准 的性能红利
- Object.defineProperty 兼容性好，支持 IE9，而 Proxy 的存在浏览器兼容性问题, 而且无法用 polyfill 磨平，因此 Vue 的作者才声明需要等到下个大版本( 3.0 )才能用 Proxy 重 写
2.vue2.0 和 vue3.0 有什么区别？ 双向绑定更新？
vue2 的双向数据绑定是利⽤ES5 的⼀个 API ，Object.defineProperty()对数据进⾏劫持 结合 发布订阅模式的⽅式来实现的。
vue3 中使⽤了 ES6 的 ProxyAPI 对数据代理，通过 reactive() 函数给每⼀个对象都包⼀层 Proxy，通过 Proxy 监听属性的变化，从⽽ 实现对数据的监控。
这⾥是相⽐于vue2版本，使⽤proxy的优势如下：
-
defineProperty只能监听某个属性，不能对全对象监听 可以省去for in、闭包等内容来提升效率（直接绑定整个对象即可）
-
监听数组，不⽤再去单独的对数组做特异性操作,通过Proxy可以直接拦截所有对象类型数据的操作，完美⽀持对数组的监听。
获取props
vue2在script代码块可以直接获取props，vue3通过setup指令传递
API不同
Vue2使⽤的是选项类型API（Options API），Vue3使⽤的是合成型API（Composition API）
建立数据data
vue2是把数据放入data中，vue3就需要使用一个新的setup()方法，此方法在组件初始化构造得时候触发。
生命周期不同
| vue2 | vue3 |
|---|---|
| beforeCreate | setup() 开始创建组件之前，创建的是data和method |
| created | setup() |
| beforeMount | onBeforeMount 组件挂载到节点上之前执行的函数 |
| mounted | onMounted 组件挂载完成后执行的函数 |
| beforeUpdate | onBeforeUpdate 组件更新之前执行的函数 |
| updated | onUpdated 组件更新完成之后执行的函数 |
| beforeDestroy | onBeforeUnmount 组件挂载到节点上之前执行的函数 |
| destroyed | onUnmounted 组件卸载之前执行的函数 |
| activated | onActivated 组件卸载完成后执行的函数 |
| deactivated | onDeactivated |
关于v-if和v-for的优先级:
vue2 在一个元素上同时使用 v-if 和 v-for v-for会优先执行
vue3 v-if 总会优先于 v-for生效
vue2和vue3的diff算法
vue2
vue2 diff算法就是进行虚拟节点对比，并返回一个patch对象，用来存储两个节点 不同的地方，最后用patch记录的消息去局部更新Dom。
vue2 diff算法会比较每一个vnode,而对于一些不参与更新的元素，进行比较是有 点消耗性能的。
vue3
vue3 diff算法在初始化的时候会给每个虚拟节点添加一个patchFlags，patchFlags 就是优化的标识。
只会比较patchFlags发生变化的vnode,进行更新视图，对于没有变化的元素做静 态标记，在渲染的时候直接复用。
3.Vue 是如何实现数据双向绑定的？
Vue 数据双向绑定主要是指：数据变化更新视图
- 输入框内容变化时，Data 中的数据同步变化。即 View => Data 的变化。
- Data 中的数据变化时，文本节点的内容同步变化。即 Data => View 的变化
Vue 主要通过以下 4 个步骤来实现数据双向绑定的：
-
第一步：需要 observe 的数据对象进行递归遍历，包括子属性对象的属性，都加上 setter 和 getter。这样的话，给这个对象的某个值赋值，就会触发 setter，那么就能监听到了数据变化。
-
第二步：compile 解析模板指令，将模板中的变量替换成数据，然后初始化渲染页面视图，并将每个指令对应的节点绑定更新函数，添加监听数据的订阅者，一旦数据有变动，收到通知，更新视图。
-
第三步：Watcher 订阅者是 Observer 和 Compile 之间通信的桥梁，主要做的事情是:
- 1、在自身实例化时往属性订阅器(dep)里面添加自己
- 2、自身必须有一个 update()方法
- 3、待属性变动 dep.notice()通知时，能调用自身的 update()方法，并触发 Compile中绑定的回调，则功成身退。
-
第四步：MVVM 作为数据绑定的入口，整合 Observer、Compile 和 Watcher三者，通过 Observer 来监听自己的 model 数据变化，通过 Compile 来解析编译模板指令，最终利用 Watcher 搭起 Observer 和 Compile 之间的通信桥梁，达到数据变化 -> 视图更新；视图交互变化(input) -> 数据 model 变更的双向绑定效果。
4.介绍下 Set、Map、WeakSet 和 WeakMap的区别？
Set
Set是一种叫做集合的数据结构，是由一堆无序的、相关联的，且不重复的内存结构组成的组合。集合是以[值，值]的形式存储元素
- 成员不能重复；
- 只有键值，没有键名，有点类似数组；
- 可以遍历，方法有 add、delete、has、clear
WeakSet
- WeackSet只能成员只能是引用类型，而不能是其他类型的值；
- 成员都是弱引用，随时可以消失（不计入垃圾回收机制）。可以用来保存 DOM 节点，不容易造成内存泄露；
- 不能遍历，没有size属性，方法有 add、delete、has ；
Map
Map是一种叫做字典的数据结构，每个元素有一个称作key 的域，不同元素的key 各不相同。字典是以[键，值]的形式存储。
- 本质上是键值对的集合，类似集合。Map的键可以时任何类型数据，就连函数都可以。；
- 可以遍历，方法很多，可以跟各种数据格式转换；
- Map的键实际上是跟内存地址绑定的，只要内存地址不一样，就视为两个键；
WeakMap
- 只接收
对象为键名（null 除外），不接受其他类型的值作为键名； - 键名指向的对象，不计入垃圾回收机制；
- 不能遍历，没有clear清空方法，方法同 get、set、has、delete ；
5.Vue2.0为什么不能检查数组的变化？该怎么解决？
- 无法检测数组/对象的新增？
Vue检测数据的变动是通过Object.defineProperty实现的，所以无法监听数组的添加操作是可以理解的，因为是在构造函数中就已经为所有属性做了这个检测绑定操作。
- 无法检测通过索引改变数组的操作？即vm.items[indexOfItem] = newValue？
function defineReactive(data, key, value) {Object.defineProperty(data, key, {enumerable: true,configurable: true,get: function defineGet() {console.log(`get key: ${key} value: ${value}`)return value},set: function defineSet(newVal) {console.log(`set key: ${key} value: ${newVal}`)value = newVal}})
}function observe(data) {Object.keys(data).forEach(function(key) {console.log(data, key, data[key])defineReactive(data, key, data[key])})
}let arr = [1, 2, 3]
observe(arr)
原来的Object.defineProperty发现通过索引是可以赋值的，并且也触发了set方法，但是Vue为什么不行呢？
对于对象而言，每一次的数据变更都会对对象的属性进行一次枚举，一般对象本身的属性数量有限，所以对于遍历枚举等方式产生的性能损耗可以忽略不计，但是对于数组而言呢？数组包含的元素量是可能达到成千上万，假设对于每一次数组元素的更新都触发了枚举/遍历，其带来的性能损耗将与获得的用户体验不成正比，故vue无法检测数组的变动。
解决方案
- 数组
- this.$set(array, index, data)
//这是个深度的修改，某些情况下可能导致你不希望的结果，因此最好还是慎用
this.dataArr = this.originArr
this.$set(this.dataArr, 0, {data: '修改第一个元素'})
console.log(this.dataArr)
console.log(this.originArr) //同样的 源数组也会被修改 在某些情况下会导致你不希望的结果
- splice
//因为splice会被监听有响应式，而splice又可以做到增删改。
- 利用临时变量进行中转
let tempArr = [...this.targetArr]
tempArr[0] = {data: 'test'}
this.targetArr = tempArr
- 对象
- this.$set(obj, key ,value) - 可实现增、改
- watch时添加deep：true深度监听，只能监听到属性值的变化，新增、删除属性无法监听
this.$watch('blog', this.getCatalog, {deep: true// immediate: true // 是否第一次触发});
- watch时直接监听某个key
watch: {'obj.name'(curVal, oldVal) {// TODO}
}