vue响应式原理源码：带你一步精通vue-优快云博客

学过 vue 如果不了解响应式的原理，怎么能说自己熟练使用 vue，要是没有写过一个简易版的 vue 怎么能说自己精通vue，这篇文章通过300多行代码，带你写一个简易版的 vue，主要实现 vue 数据响应式 （数据劫持结合发布者-订阅者）、数组的变异方法、编译指令，数据的双向绑定的功能。

本文需要有一定 vue 基础，并不适合新手学习。在文章最后附有vue学习链接。因为本文用到了很多知识点，在文章最后也有相关知识点链接和 vue 源码地址，大家自己到文章最后看哦~

文章较长，且有些难度，建议大家，找一个安静的环境，并在看之前沐浴更衣，保持编程的神圣感。下面是实现的简易版 vue 的源码地址，一定要先下载下来！因为文章中的并非全部的代码。

github 源码地址：https://github.com/young-monk/myvue.git

在开始学习之前，我们先来了解一下什么是 MVVM ，什么是数据响应式。

我们都知道 vue 是一个典型的 MVVM 思想，由数据驱动视图。

那么什么是 MVVM 思想呢？

MVVM 是 Model-View-ViewModel，是把一个系统分为了模型（ model ）、视图（ view ）和 view-model 三个部分。

vue 在 MVVM 思想下，view 和model 之间没有直接的联系，但是 view 和 view-model 、model 和 view-model之间时交互的，当 view 视图进行 dom 操作等使数据发生变化时，可以通过 view-model 同步到 model 中，同样的 model 数据变化也会同步到 view 中。

那么实现数据响应式都有什么方法呢？

1、发布者-订阅者模式：当一个对象（发布者）状态发生改变时，所有依赖它的对象（订阅者）都会得到通知。通俗点来讲，发布者就相当于报纸，而订阅者相当于读报纸的人。

2、脏值检查：通过存储旧的数据，和当前新的数据进行对比，观察是否有变更，来决定是否更新视图。angular.js就是通过脏值检查的方式。最简单的实现方式就是通过 setInterval() 定时轮询检测数据变动，但这样无疑会增加性能，所以，angular 只有在指定的事件触发时进入脏值检测。

3、数据劫持：通过Object.defineProperty()来劫持各个属性的setter，getter，在数据变动时触发相应的方法。

vue 是如何实现数据响应式的呢？

vue.js 则是通过数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式。

(图片来自网络)

当执行 new Vue() 时，Vue 就进入了初始化阶段，vue会对指令进行解析（初始化视图，增加订阅者，绑定更新函数），同时通过Obserber 会遍历数据并通过Object.defineProperty 的 getter 和 setter 实现对的监听，当数据发生变化的时候，Observer 中的 setter 方法被触发，setter 会立即调用Dep.notify()，Dep 开始遍历所有的订阅者，并调用订阅者的 update 方法，订阅者收到通知后对视图进行相应的更新。

我来依次介绍一下图中的重要的名词：

Observer ：数据监听器，能够对数据对象的所有属性进行监听，如有变动可拿到最新值并通知订阅者，内部采用Object.defineProperty 的 getter 和 setter 来实现

Compile ：指令解析器，它的作用对每个元素节点的指令进行扫描和解析，根据指令模板替换数据，以及绑定相应的更新函数

Dep ：订阅者收集器或者叫消息订阅器都可以，它在内部维护了一个数组，用来收集订阅者，当数据改变触发 notify 函数，再调用订阅者的 update 方法

Watcher ：订阅者，它是连接 Observer 和 Compile 的桥梁，收到消息订阅器的通知，更新视图

Updater：视图更新

所以我们想要实现一个vue响应式，需要完成 数据劫持、依赖收集、 发布者订阅者模式。

下面我来介绍我模仿源码实现的功能：

数据的响应式、双向绑定，能够对数据对象的所有属性进行监听，如有变动可拿到最新值并通知订阅者
解析 vue 常用的指令 v-html，v-text，v-bind，v-on，v-model，包括（ @ 和 : ）
数组变异方法的处理
在 vue 中使用 this 访问或改变 data 中的数据

我们想要完成以上的功能，需要实现如下类和方法：

实现Observer类：对所有的数据进行监听
实现 array 工具方法：对变异方法的处理
实现 Dep 类：维护订阅者
实现 Watcher 类：接收 Dep 的更新通知，用于更新视图
实现 Compile 类：用于对指令进行解析
实现一个 compileUtils 工具方法，实现通过指令更新视图、绑定更新函数Watcher
实现this. $d a t a 代理：实现对 t h i s .$ data 代理，可以直接在vue中使用 this 获取当前数据

我是使用了webpack作为构建工具来协同开发的，所以在我实现的vue响应式中会用到ES6模块化，webpack的相关知识。知识链接在文章最后。

1、实现 Observer 类

我们都知道要用 Obeject.defineProperty() 来监听属性的数据变化，我们需要对 Observer 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，当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。当然我们在新增加数据的时候，也要对新的数据对象进行递归遍历，加上 setter 和 getter 。

但我们要注意数组，在处理数组时并不是把数组中的每一个元素都加上 setter 和 getter ，我们试想一下，一个从后端返回的数组数据是非常庞大的，如果为每个属性都加上 setter和getter ，性能消耗是十分巨大的。我们想要得到的效果和所消耗的性能不成正比，所以在数组方面，我们通过对数组的7 个变异方法来实现数据的响应式。只有通过数组变异方法来修改和删除数组时才会重新渲染页面。

那么监听到变化之后是如何通知订阅者来更新视图的呢？我们需要实现一个Dep（消息订阅器），其中有一个 notify()方法，是通知订阅者数据发生了变化，再让订阅者来更新视图。

我们怎么添加订阅者呢？我们可以通过 new Dep()，通过 Dep 中的 addSaubs() 方法来添加订阅者。我们来看一下具体代码。

我们首先需要声明一个Observer类，在创建类的时候，我们需要创建一个消息订阅器，判断一下是否是数组，如果是数组，我们便改造数组，如果是对象，我们便需要为对象的每一个属性都加入 setter和getter 。

import { arrayMethods } from './array' //数组变异方法处理 
class Observer {
  constructor(data) {
    //用于对数组进行处理,存放数组的观察者watcher
    this.dep = new Dep()
    if (Array.isArray(data)) {
      //如果是数组,使用数组的变异方法
      data.__proto__ = arrayMethods
      //把数组数据添加 __ob__ 一个Observer,当使用数组变异方法时,可以更新视图
      data.__ob__ = this
      //给数组的每一项添加数据劫持(setter/getter处理)
      this.observerArray(data)
    } else {
      //非数组数据添加数据劫持(setter/getter处理)
      this.walk(data)
    }
  }
}

在上面，我们给 data 的__proto__原型链重新赋值，我们来看一下 arrayMethods 是什么，arrayMethods 是 array.js 文件中，抛出的一个新的 Array 原型

// 获取Array的原型链
const arrayProto = Array.prototype;
// 重新创建一个含有对应原型的对象,在下面称为新Array
const arrayMethods = Object.create(arrayProto);
// 处理7个数组变异方法
['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'reverse', 'sort', 'splice'].forEach(ele => {
    //修改新Array的对应的方法
    arrayMethods[ele] = function () {
        // 执行数组的原生方法,完成其需要完成的内容
        arrayProto[ele].call(this, ...arguments)
        // 获取Observer对象
        const ob = this.__ob__
        // 更新视图
        ob.dep.notify()
    }
})
export {
    arrayMethods
}

此时呢，我们就拥有了数组的变异方法，我们还需要通过 observerArray 方法为数组的每一项添加 getter 和setter ，注意，此时的每一项只是最外面的一层，并非递归遍历。

//循环遍历数组,为数组每一项设置setter/getter
observerArray(items) {
    for (let i = 0; i < items.length; i++) {
      this.observer(items[i])
    }
}

如果是一个对象的话，我们就要对对象的每一个属性递归遍历，通过walk() 方法

walk(data) {
	//数据劫持
    if (data && typeof data === "object") {
      for (const key in data) {
        //绑定setter和getter
        this.defineReactive(data, key, data[key])
      }
    }
}

在上面的调用了 defineReactive() ，我们来看看这个方法是干什么的？这个方法就是设置数据劫持的，每一行都有注释。

//数据劫持,设置 setter/getteer
  defineReactive(data, key, value) {
    //如果是数组的话,需要接受返回的Observer对象
    let arrayOb = this.observer(value)
    //创建订阅者/收集依赖
    const dep = new Dep()
    //setter和getter处理
    Object.defineProperty(data, key, {
      //可枚举的
      enumerable: true,
      //可修改的
      configurable: false,
      get() {
        //当 Dep 有 watcher 时, 添加 watcher
        Dep.target && dep.addSubs(Dep.target)
        //如果是数组,则添加上数组的观察者
        Dep.target && arrayOb && arrayOb.dep.addSubs(Dep.target)
        return value
      },
      set: (newVal) => {
        //新旧数据不相等时更改
        if (value !== newVal) {
          //为新设置的数据添加setter/getter
          arrayOb = this.observer(newVal);
          value = newVal
          //通知 dep 数据发送了变化
          dep.notify()
        }
      }
    })
  }
}

我们需要注意的是，在上面的图解中，在 Observer 中，如果数据发生变化，会通知消息订阅器，那么在何时绑定消息订阅器呢？就是在设置 setter 和 getter 的时候，创建一个Dep，并为Dep添加订阅者，Dep.target && dep.addSubs(Dep.target)，通过调用 dep 的 addSubs 方法添加订阅者

2、实现 Dep

Dep是消息订阅器，它的作用就是维护一个订阅者数组，当数据发送变化是，通知对应的订阅者，Dep中有一个notify()方法，作用就是通知订阅者，数据发送了变化

// 订阅者收集器
export default class Dep {
    constructor() {
        //管理的watcher的数组
        this.subs = []
    }
    addSubs(watcher) {
        //添加watcher
        this.subs.push(watcher)
    }
    notify() {
        //通知watcher更新dom
        this.subs.forEach(w => w.update())
    }
}

3、实现 watcher

Watcher就是订阅者，watcher是 Observer 和 Compile 之间通信的桥梁，当数据改变时，接收到 Dep 的通知（Dep 的notify()方法），来调用自己的update()方法，触发 Compile 中绑定的回调，达到更新视图的目的。

import Dep from './dep'
import { complieUtils } from './utils'
export default class Watcher {
    constructor(vm, expr, cb) {
        //当前的vue实例
        this.vm = vm;
        //表达式
        this.expr = expr;
        //回调函数,更新dom
        this.cb = cb
        //获取旧的数据,此时获取旧值的时候,Dep.target会绑定上当前的this
        this.oldVal = this.getOldVal()
    }
    getOldVal() {
        //将当前的watcher绑定起来
        Dep.target = this
        //获取旧数据
        const oldVal = complieUtils.getValue(this.expr, this.vm)
        //绑定完成后,将绑定的置空,防止多次绑定
        Dep.target = null
        return oldVal
    }
    update() {
        //更新函数
        const newVal = complieUtils.getValue(this.expr, this.vm)
        if (newVal !== this.oldVal || Array.isArray(newVal)) {
            //条用更新在compile中创建watcher时传入的回调函数
            this.cb(newVal)
        }
    }
}

上面中用到了 complieUtils 中的 getValue() 方法，会在下面讲，主要作用是获取到指定表达式的值。

我们把整个流程分成两条路线的话：

new Vue() ==> Observer数据劫持 ==> 绑定Dep ==> 通知watcher ==> 更新视图

new Vue() ==> Compile解析模板指令 ==> 初始化视图和绑定watcher

此时，我们第一条线的内容已经实现了，我们再来实现一下第二条线。

4、实现 Compile

compile主要做的事情是解析模板指令，将模板中的变量替换成数据，初始化渲染页面视图。同时也要绑定更新函数，添加订阅者。

因为在解析的过程中，会多次的操作dom，为提高性能和效率，会先将vue实例根节点的 el 转换成文档碎片fragment进行解析编译操作，解析完成，再将fragment添加回原来的真实dom节点中，文档碎片知识点在文章最后面的知识点链接中。

class Complie {
    constructor(el, vm) {
        this.el = this.isNodeElement(el) ? el : document.querySelector(el);
        this.vm = vm;
        // 1、将所有的dom对象放到fragement文档碎片中,防止重复操作dom,消耗性能
        const fragments = this.nodeTofragments(this.el)
        // 2、编译模板
        this.complie(fragments)
        // 3、追加子元素到根元素
        this.el.appendChild(fragments)
    }  
}

我们可以看到，Complie 中主要进行了三步，第一步 nodeTofragments 是讲所有的dom节点放到文档碎片中操作，最后一步，是把解析好的dom元素，从文档碎片重新加入到页面中，这两步的具体方法，大家去下载我的源码，看一下就明白了，有注释。我就不再解释了。

我们来看一下第二步，编译模板：

 complie(fragments) {
    //获取所有节点
    const nodes = fragments.childNodes;
    [...nodes].forEach(ele => {
        if (this.isNodeElement(ele)) {
            //1. 编译元素节点
            this.complieElement(ele)
        } else {
            //编译文本节点
            this.complieText(ele)
        }
        //如果有子节点,循环遍历,编译指令
        if (ele.childNodes && ele.childNodes.length) {
            this.complie(ele)
        }
    })
}

我们要知道，模板可能有两种情况，一种是文本节点（含有双大括号的插值表达式）和元素节点（含有指令）。我们获取所有节点后对每个节点进行判断，如果是元素节点，则用解析元素节点的方法，如果是文本节点，则调用解析文本的方法。

complieElement(node) {
    //1.获取所有的属性
    const attrs = node.attributes;
    //2.筛选出是属性的
    [...attrs].forEach(attr => {
        //attr是一个对象,name是属性名,value是属性值
        const {name,value} = attr
        //判断是否含有v-开头 如:v-html
        if (name.startsWith("v-")) {
            //将指令分离  text, html, on:click
            const [, directive] = name.split("-")
            //处理on:click或bind:name的情况 on,click
            const [dirName, paramName] = directive.split(":") 
            //编译模板
            complieUtils[dirName](node, value, this.vm, paramName)
            //删除属性,在页面中的dom中不会再显示v-html这种指令的属性
            node.removeAttribute(name)
        } else if (name.startsWith("@")) {
            // 如果是事件处理 @click='handleClick'
            let [, paramName] = name.split('@');
            complieUtils['on'](node, value, this.vm, paramName);
            node.removeAttribute(name);
        } else if (name.startsWith(":")) {
            // 如果是事件处理 :href='...'
            let [, paramName] = name.split(':');
            complieUtils['bind'](node, value, this.vm, paramName);
            node.removeAttribute(name);
        }
    })

}

我们在编译模板中调用了 complieUtils[dirName](node, value, this.vm, paramName)方法，这是工具类中的一个方法，用于处理指令

我们再来看看文本节点，文本节点就相对比较简单，只需要匹配{{}}形式的插值表达式就可以了，同样的调用工具方法，来解析。

complieText(node) {
    //1.获取所有的文本内容
    const text = node.textContent
    //匹配{{}}
    if (/\{\{(.+?)\}\}/.test(text)) {
        //编译模板
        complieUtils['text'](node, text, this.vm)
    }
}

上面用来这么多工具方法，我们来看看到底是什么

5、实现 complieUtils 工具方法

这个方法主要是对指令进行处理，获取指令中的值，并在页面中更新相应的值，同时我们在这里要绑定watcher的回调函数。

我来以v-text指令来解释，其他指令都有注释，大家自己看。

import Watcher from './watcher'
export const complieUtils = {
    //处理text指令
    text(node, expr, vm) {
        let value;
        if (/\{\{.+?\}\}/.test(expr)) {
            //处理 {{}}
            value = expr.replace(/\{\{(.+?)\}\}/g, (...args) => {
                //绑定观察者/更新函数
                new Watcher(vm, args[1], () => {
                    //第二个参数,传入回调函数
                    this.updater.updaterText(node, this.getContentVal(expr, vm))
                })
                return this.getValue(args[1], vm)
            })
        } else {
            //v-text
            new Watcher(vm, expr, (newVal) => {
                this.updater.updaterText(node, newVal)
            })
            //获取到value值
            value = this.getValue(expr, vm)
        }
        //调用更新函数
        this.updater.updaterText(node, value)
    },
}

text处理函数是对dom元素的textContent进行操作的，所以有两种情况，一种是使用v-text指令，会更新元素的textContent，另一种情况是{{}} 的插值表达式，也是更新元素的 textContent。

在此方法中我们先判断是哪一种情况，如果是v-text指令，那么就绑定一个watcher的回调，获取到textContent的值，调用updater.updaterText在下面讲，是更新元素的方法。如果是双大括号的话，我们就要对其进行特殊处理，首先是将双大括号替换成指定的变量的值，同时为其绑定 watcher 的回调。

//通过表达式, vm获取data中的值, person.name
getValue(expr, vm) {
    return expr.split(".").reduce((data, currentVal) => {
        return data[currentVal]
    }, vm.$data)
},

获取 textContent 的值是用一个 reduce 函数，用法在最后面的链接中，因为数据可能是 person.name 我们需要获取到最深的对象的值。

 //更新dom元素的方法
updater: {
    //更新文本
    updaterText(node, value) {
        node.textContent = value
    }
}

updater.updaterText更新dom的方法，其实就是对 textContent 重新赋值。

我们再来将一下v-model指令，实现双向的数据绑定，我们都知道，v-model其实实现的是 input 事件和 value 之间的语法糖。所以我们这里同样的监听一下当前dom元素的 input 事件，当数据改变时，调用设置新值的方法

//处理model指令
model(node, expr, vm) {
    const value = this.getValue(expr, vm)
    //绑定watcher
    new Watcher(vm, expr, (newVal) => {
        this.updater.updaterModel(node, newVal)
    })
    //双向数据绑定
    node.addEventListener("input", (e) => {
        //设值方法
        this.setVal(expr, vm, e.target.value)
    })
    this.updater.updaterModel(node, value)
},

这个方法同样是通过 reduce 方法，为对应的变量设置成新的值，此时数据改变了，会自动调用更新视图的方法，我们在之前已经实现了。

//通过表达式,vm,输入框的值,实现设置值,input中v-model双向数据绑定
setVal(expr, vm, inputVal) {
    expr.split(".").reduce((data, currentVal) => {
        data[currentVal] = inputVal
    }, vm.$data)
},

6、实现vue

最后呢，我们就要来整合这些类和工具方法，在创建一个vue实例的时候，我们先获取options中的参数，然后对起进行数据劫持和编译模板

class Vue {
    constructor(options) {
        //获取模板
        this.$el = options.el;
        //获取data中的数据
        this.$data = options.data;
        //将对象中的属性存起来,以便后续使用
        this.$options = options
        //1.数据劫持,设置setter/getter
        new Observer(this.$data)
        //2.编译模板,解析指令
        new Complie(this.$el, this)
    }
}

此时我们想要使用 vue 中的数据，比如我们想要在 vm 对象中使用person.name，必须用 this.$data.person.name 才能获取到，如果我们想在vm对象中使用 this.person.name 直接修改数据，就需要代理一下 this.$data 。其实就是将当前的 this.$data 中的数据放到全局中进行监听。

export default class Vue {
    constructor(options) {
        //...
        //1.数据劫持,设置setter/getter
        //2.编译模板,解析指令
        if (this.$el) { //如果有模板
            //代理this
            this.proxyData(this.$data)
        }
    }
    proxyData(data) {
        for (const key in data) {
            //将当前的数据放到全局指向中
            Object.defineProperty(this, key, {
                get() {
                    return data[key];
                },
                set(newVal) {
                    data[key] = newVal
                }
            })
        }
    }
}

文章到了这里，就实现了一个简易版的vue，建议大家反复学习，仔细体验，细细品味。

在文章的最后，我通过问、答的形式，来解答一些常见的面试题：

问：什么时候页面会重新渲染？

答：数据发生改变，页面就会重新渲染，但数据驱动视图，数据必须先存在，然后才能实现数据绑定，改变数据，页面才会重新渲染。

问：什么时候页面不会重新渲染？

答：有3种情况不会重新渲染

未经声明和未使用的变量，修改他们，都不会重新渲染页面
通过索引的方式和更改长度的方式更改数组，都不会重新渲染页面
增加和删除对象的属性，不会重新渲染页面

问：如何使未声明/未使用的变量、增加/删除对象属性可以使页面重新渲染？

答：添加利用vm.$set/Vue.set，删除利用vm.$delete/Vue.delete方法

问：如何更改数组可以使页面重新渲染？

答：可以使用数组的变异方法（共 7 个）：push、pop、unshift、shift、splice、sort、reverse

问：数据更新后，页面会立刻重新渲染么？

答：更改数据后，页面不会立刻重新渲染，页面渲染的操作是异步执行的，执行完同步任务后，才会执行异步的

同步队列，异步队列（宏任务、微任务）

问：如果更改了数据，想要在页面重新渲染后再做操作，怎么办？

答：可以使用 vm.$nextTick 或 Vue.nextTick

问：来介绍一下vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 吧

答：我们来看个小例子就明白啦

<div id="app">{{ name }}</div>
<script>
    const vm = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        name: 'monk'
      }
    })
    vm.name = 'the young monk';
    console.log(vm.name); // the young monk   此时数据已更改
    console.log(vm.$el.innerHTML); // monk    此时页面还未重新渲染
     // 1. 使用vm.$nextTick
    vm.$nextTick(() => {
        console.log(vm.$el.innerHTML); // the young monk  此时数据已更改
    })
    // 2. 使用Vue.nextTick
    Vue.nextTick(() => {
        console.log(vm.$el.innerHTML); // the young monk  此时数据已更改
    })
</script>

问： vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 有什么区别呢？

答：Vue.nextTick内部函数的this指向window，vm.$nextTick内部函数的this指向Vue实例对象。

Vue.nextTick(function () {
	console.log(this); // window
})
vm.$nextTick(function () {
	console.log(this); // vm实例
})

问： vm.$nextTick 和 Vue.nextTick 是通过什么实现的呢？

答：二者都是等页面渲染后执行的任务,都是使用微任务。

  if(typeof Promise !== 'undefined') {
    // 微任务
    // 首先看一下浏览器中有没有promise
    // 因为IE浏览器中不能执行Promise
    const p = Promise.resolve();

  } else if(typeof MutationObserver !== 'undefined') {
    // 微任务
    // 突变观察
    // 监听文档中文字的变化，如果文字有变化，就会执行回调
    // vue的具体做法是：创建一个假节点，然后让这个假节点稍微改动一下，就会执行对应的函数
  } else if(typeof setImmediate !== 'undefined') {
    // 宏任务
    // 只在IE下有
  } else {
    // 宏任务
    // 如果上面都不能执行，那么则会调用setTimeout
  }