Vue 源码解读（3）—— 响应式原理 #12

liyongning · 2022-06-27T08:30:17Z

Vue 源码解读（3）—— 响应式原理

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前言

上一篇文章 Vue 源码解读（2）—— Vue 初始化过程详细讲解了 Vue 的初始化过程，明白了 new Vue(options) 都做了什么，其中关于 数据响应式 的实现用一句话简单的带过，而这篇文章则会详细讲解 Vue 数据响应式的实现原理。

目标

深入理解 Vue 数据响应式原理。
methods、computed 和 watch 有什么区别？

源码解读

经过上一篇文章的学习，相信关于 响应式原理 源码阅读的入口位置大家都已经知道了，就是初始化过程中处理数据响应式这一步，即调用 initState 方法，在 /src/core/instance/init.js 文件中。

initState

/src/core/instance/state.js

/**
 * 两件事：
 *   数据响应式的入口：分别处理 props、methods、data、computed、watch
 *   优先级：props、methods、data、computed 对象中的属性不能出现重复，优先级和列出顺序一致
 *         其中 computed 中的 key 不能和 props、data 中的 key 重复，methods 不影响
 */
export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  // 处理 props 对象，为 props 对象的每个属性设置响应式，并将其代理到 vm 实例上
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  // 处理 methos 对象，校验每个属性的值是否为函数、和 props 属性比对进行判重处理，最后得到 vm[key] = methods[key]
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  /**
   * 做了三件事
   *   1、判重处理，data 对象上的属性不能和 props、methods 对象上的属性相同
   *   2、代理 data 对象上的属性到 vm 实例
   *   3、为 data 对象的上数据设置响应式 
   */
  if (opts.data) {
    initData(vm)
  } else {
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  /**
   * 三件事：
   *   1、为 computed[key] 创建 watcher 实例，默认是懒执行
   *   2、代理 computed[key] 到 vm 实例
   *   3、判重，computed 中的 key 不能和 data、props 中的属性重复
   */
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  /**
   * 三件事：
   *   1、处理 watch 对象
   *   2、为 每个 watch.key 创建 watcher 实例，key 和 watcher 实例可能是 一对多 的关系
   *   3、如果设置了 immediate，则立即执行 回调函数
   */
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
    
  /**
   * 其实到这里也能看出，computed 和 watch 在本质是没有区别的，都是通过 watcher 去实现的响应式
   * 非要说有区别，那也只是在使用方式上的区别，简单来说：
   *   1、watch：适用于当数据变化时执行异步或者开销较大的操作时使用，即需要长时间等待的操作可以放在 watch 中
   *   2、computed：其中可以使用异步方法，但是没有任何意义。所以 computed 更适合做一些同步计算
   */
}

initProps

src/core/instance/state.js

// 处理 props 对象，为 props 对象的每个属性设置响应式，并将其代理到 vm 实例上
function initProps (vm: Component, propsOptions: Object) {
  const propsData = vm.$options.propsData || {}
  const props = vm._props = {}
  // 缓存 props 的每个 key，性能优化
  // cache prop keys so that future props updates can iterate using Array
  // instead of dynamic object key enumeration.
  const keys = vm.$options._propKeys = []
  const isRoot = !vm.$parent
  // root instance props should be converted
  if (!isRoot) {
    toggleObserving(false)
  }
  // 遍历 props 对象
  for (const key in propsOptions) {
    // 缓存 key
    keys.push(key)
    // 获取 props[key] 的默认值
    const value = validateProp(key, propsOptions, propsData, vm)
    // 为 props 的每个 key 是设置数据响应式
    defineReactive(props, key, value)
    // static props are already proxied on the component's prototype
    // during Vue.extend(). We only need to proxy props defined at
    // instantiation here.
    if (!(key in vm)) {
      // 代理 key 到 vm 对象上
      proxy(vm, `_props`, key)
    }
  }
  toggleObserving(true)
}

proxy

/src/core/instance/state.js

// 设置代理，将 key 代理到 target 上
export function proxy (target: Object, sourceKey: string, key: string) {
  sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter () {
    return this[sourceKey][key]
  }
  sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter (val) {
    this[sourceKey][key] = val
  }
  Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}

initMethods

/src/core/instance/state.js

/**
 * 做了以下三件事，其实最关键的就是第三件事情
 *   1、校验 methoss[key]，必须是一个函数
 *   2、判重
 *         methods 中的 key 不能和 props 中的 key 相同
 *         methos 中的 key 与 Vue 实例上已有的方法重叠，一般是一些内置方法，比如以 $ 和 _ 开头的方法
 *   3、将 methods[key] 放到 vm 实例上，得到 vm[key] = methods[key]
 */
function initMethods (vm: Component, methods: Object) {
  // 获取 props 配置项
  const props = vm.$options.props
  // 遍历 methods 对象
  for (const key in methods) {
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (typeof methods[key] !== 'function') {
        warn(
          `Method "${key}" has type "${typeof methods[key]}" in the component definition. ` +
          `Did you reference the function correctly?`,
          vm
        )
      }
      if (props && hasOwn(props, key)) {
        warn(
          `Method "${key}" has already been defined as a prop.`,
          vm
        )
      }
      if ((key in vm) && isReserved(key)) {
        warn(
          `Method "${key}" conflicts with an existing Vue instance method. ` +
          `Avoid defining component methods that start with _ or $.`
        )
      }
    }
    vm[key] = typeof methods[key] !== 'function' ? noop : bind(methods[key], vm)
  }
}

initData

src/core/instance/state.js

/**
 * 做了三件事
 *   1、判重处理，data 对象上的属性不能和 props、methods 对象上的属性相同
 *   2、代理 data 对象上的属性到 vm 实例
 *   3、为 data 对象的上数据设置响应式 
 */
function initData (vm: Component) {
  // 得到 data 对象
  let data = vm.$options.data
  data = vm._data = typeof data === 'function'
    ? getData(data, vm)
    : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    data = {}
    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
      'data functions should return an object:\n' +
      'https://vuejs.org/v2/guide/components.html#data-Must-Be-a-Function',
      vm
    )
  }
  /**
   * 两件事
   *   1、判重处理，data 对象上的属性不能和 props、methods 对象上的属性相同
   *   2、代理 data 对象上的属性到 vm 实例
   */
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (methods && hasOwn(methods, key)) {
        warn(
          `Method "${key}" has already been defined as a data property.`,
          vm
        )
      }
    }
    if (props && hasOwn(props, key)) {
      process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
        `The data property "${key}" is already declared as a prop. ` +
        `Use prop default value instead.`,
        vm
      )
    } else if (!isReserved(key)) {
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  }
  // 为 data 对象上的数据设置响应式
  observe(data, true /* asRootData */)
}

export function getData (data: Function, vm: Component): any {
  // #7573 disable dep collection when invoking data getters
  pushTarget()
  try {
    return data.call(vm, vm)
  } catch (e) {
    handleError(e, vm, `data()`)
    return {}
  } finally {
    popTarget()
  }
}

initComputed

/src/core/instance/state.js

const computedWatcherOptions = { lazy: true }

/**
 * 三件事：
 *   1、为 computed[key] 创建 watcher 实例，默认是懒执行
 *   2、代理 computed[key] 到 vm 实例
 *   3、判重，computed 中的 key 不能和 data、props 中的属性重复
 * @param {*} computed = {
 *   key1: function() { return xx },
 *   key2: {
 *     get: function() { return xx },
 *     set: function(val) {}
 *   }
 * }
 */
function initComputed (vm: Component, computed: Object) {
  // $flow-disable-line
  const watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null)
  // computed properties are just getters during SSR
  const isSSR = isServerRendering()

  // 遍历 computed 对象
  for (const key in computed) {
    // 获取 key 对应的值，即 getter 函数
    const userDef = computed[key]
    const getter = typeof userDef === 'function' ? userDef : userDef.get
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && getter == null) {
      warn(
        `Getter is missing for computed property "${key}".`,
        vm
      )
    }

    if (!isSSR) {
      // 为 computed 属性创建 watcher 实例
      watchers[key] = new Watcher(
        vm,
        getter || noop,
        noop,
        // 配置项，computed 默认是懒执行
        computedWatcherOptions
      )
    }

    if (!(key in vm)) {
      // 代理 computed 对象中的属性到 vm 实例
      // 这样就可以使用 vm.computedKey 访问计算属性了
      defineComputed(vm, key, userDef)
    } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      // 非生产环境有一个判重处理，computed 对象中的属性不能和 data、props 中的属性相同
      if (key in vm.$data) {
        warn(`The computed property "${key}" is already defined in data.`, vm)
      } else if (vm.$options.props && key in vm.$options.props) {
        warn(`The computed property "${key}" is already defined as a prop.`, vm)
      }
    }
  }
}

/**
 * 代理 computed 对象中的 key 到 target（vm）上
 */
export function defineComputed (
  target: any,
  key: string,
  userDef: Object | Function
) {
  const shouldCache = !isServerRendering()
  // 构造属性描述符(get、set)
  if (typeof userDef === 'function') {
    sharedPropertyDefinition.get = shouldCache
      ? createComputedGetter(key)
      : createGetterInvoker(userDef)
    sharedPropertyDefinition.set = noop
  } else {
    sharedPropertyDefinition.get = userDef.get
      ? shouldCache && userDef.cache !== false
        ? createComputedGetter(key)
        : createGetterInvoker(userDef.get)
      : noop
    sharedPropertyDefinition.set = userDef.set || noop
  }
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
      sharedPropertyDefinition.set === noop) {
    sharedPropertyDefinition.set = function () {
      warn(
        `Computed property "${key}" was assigned to but it has no setter.`,
        this
      )
    }
  }
  // 拦截对 target.key 的访问和设置
  Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}

/**
 * @returns 返回一个函数，这个函数在访问 vm.computedProperty 时会被执行，然后返回执行结果
 */
function createComputedGetter (key) {
  // computed 属性值会缓存的原理也是在这里结合 watcher.dirty、watcher.evalaute、watcher.update 实现的
  return function computedGetter () {
    // 得到当前 key 对应的 watcher
    const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key]
    if (watcher) {
      // 计算 key 对应的值，通过执行 computed.key 的回调函数来得到
      // watcher.dirty 属性就是大家常说的 computed 计算结果会缓存的原理
      // <template>
      //   <div>{{ computedProperty }}</div>
      //   <div>{{ computedProperty }}</div>
      // </template>
      // 像这种情况下，在页面的一次渲染中，两个 dom 中的 computedProperty 只有第一个
      // 会执行 computed.computedProperty 的回调函数计算实际的值，
      // 即执行 watcher.evalaute，而第二个就不走计算过程了，
      // 因为上一次执行 watcher.evalute 时把 watcher.dirty 置为了 false，
      // 待页面更新后，wathcer.update 方法会将 watcher.dirty 重新置为 true，
      // 供下次页面更新时重新计算 computed.key 的结果
      if (watcher.dirty) {
        watcher.evaluate()
      }
      if (Dep.target) {
        watcher.depend()
      }
      return watcher.value
    }
  }
}

/**
 * 功能同 createComputedGetter 一样
 */
function createGetterInvoker(fn) {
  return function computedGetter () {
    return fn.call(this, this)
  }
}

initWatch

/src/core/instance/state.js

/**
 * 处理 watch 对象的入口，做了两件事：
 *   1、遍历 watch 对象
 *   2、调用 createWatcher 函数
 * @param {*} watch = {
 *   'key1': function(val, oldVal) {},
 *   'key2': 'this.methodName',
 *   'key3': {
 *     handler: function(val, oldVal) {},
 *     deep: true
 *   },
 *   'key4': [
 *     'this.methodNanme',
 *     function handler1() {},
 *     {
 *       handler: function() {},
 *       immediate: true
 *     }
 *   ],
 *   'key.key5' { ... }
 * }
 */
function initWatch (vm: Component, watch: Object) {
  // 遍历 watch 对象
  for (const key in watch) {
    const handler = watch[key]
    if (Array.isArray(handler)) {
      // handler 为数组，遍历数组，获取其中的每一项，然后调用 createWatcher
      for (let i = 0; i < handler.length; i++) {
        createWatcher(vm, key, handler[i])
      }
    } else {
      createWatcher(vm, key, handler)
    }
  }
}

/**
 * 两件事：
 *   1、兼容性处理，保证 handler 肯定是一个函数
 *   2、调用 $watch 
 * @returns 
 */
function createWatcher (
  vm: Component,
  expOrFn: string | Function,
  handler: any,
  options?: Object
) {
  // 如果 handler 为对象，则获取其中的 handler 选项的值
  if (isPlainObject(handler)) {
    options = handler
    handler = handler.handler
  }
  // 如果 hander 为字符串，则说明是一个 methods 方法，获取 vm[handler]
  if (typeof handler === 'string') {
    handler = vm[handler]
  }
  return vm.$watch(expOrFn, handler, options)
}

/**
 * 创建 watcher，返回 unwatch，共完成如下 5 件事：
 *   1、兼容性处理，保证最后 new Watcher 时的 cb 为函数
 *   2、标示用户 watcher
 *   3、创建 watcher 实例
 *   4、如果设置了 immediate，则立即执行一次 cb
 *   5、返回 unwatch
 * @param {*} expOrFn key
 * @param {*} cb 回调函数
 * @param {*} options 配置项，用户直接调用 this.$watch 时可能会传递一个 配置项
 * @returns 返回 unwatch 函数，用于取消 watch 监听
 */
Vue.prototype.$watch = function (
  expOrFn: string | Function,
  cb: any,
  options?: Object
): Function {
  const vm: Component = this
  // 兼容性处理，因为用户调用 vm.$watch 时设置的 cb 可能是对象
  if (isPlainObject(cb)) {
    return createWatcher(vm, expOrFn, cb, options)
  }
  // options.user 表示用户 watcher，还有渲染 watcher，即 updateComponent 方法中实例化的 watcher
  options = options || {}
  options.user = true
  // 创建 watcher
  const watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options)
  // 如果用户设置了 immediate 为 true，则立即执行一次回调函数
  if (options.immediate) {
    try {
      cb.call(vm, watcher.value)
    } catch (error) {
      handleError(error, vm, `callback for immediate watcher "${watcher.expression}"`)
    }
  }
  // 返回一个 unwatch 函数，用于解除监听
  return function unwatchFn () {
    watcher.teardown()
  }
}

observe

/src/core/observer/index.js

/**
 * 响应式处理的真正入口
 * 为对象创建观察者实例，如果对象已经被观察过，则返回已有的观察者实例，否则创建新的观察者实例
 * @param {*} value 对象 => {}
 */
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  // 非对象和 VNode 实例不做响应式处理
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    // 如果 value 对象上存在 __ob__ 属性，则表示已经做过观察了，直接返回 __ob__ 属性
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    // 创建观察者实例
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

Observer

/src/core/observer/index.js

/**
 * 观察者类，会被附加到每个被观察的对象上，value.__ob__ = this
 * 而对象的各个属性则会被转换成 getter/setter，并收集依赖和通知更新
 */
export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // number of vms that have this object as root $data

  constructor (value: any) {
    this.value = value
    // 实例话一个 dep
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0
    // 在 value 对象上设置 __ob__ 属性
    def(value, '__ob__', this)
    if (Array.isArray(value)) {
      /**
       * value 为数组
       * hasProto = '__proto__' in {}
       * 用于判断对象是否存在 __proto__ 属性，通过 obj.__proto__ 可以访问对象的原型链
       * 但由于 __proto__ 不是标准属性，所以有些浏览器不支持，比如 IE6-10，Opera10.1
       * 为什么要判断，是因为一会儿要通过 __proto__ 操作数据的原型链
       * 覆盖数组默认的七个原型方法，以实现数组响应式
       */
      if (hasProto) {
        // 有 __proto__
        protoAugment(value, arrayMethods)
      } else {
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      }
      this.observeArray(value)
    } else {
      // value 为对象，为对象的每个属性（包括嵌套对象）设置响应式
      this.walk(value)
    }
  }

  /**
   * 遍历对象上的每个 key，为每个 key 设置响应式
   * 仅当值为对象时才会走这里
   */
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

  /**
   * 遍历数组，为数组的每一项设置观察，处理数组元素为对象的情况
   */
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

defineReactive

/src/core/observer/index.js

/**
 * 拦截 obj[key] 的读取和设置操作：
 *   1、在第一次读取时收集依赖，比如执行 render 函数生成虚拟 DOM 时会有读取操作
 *   2、在更新时设置新值并通知依赖更新
 */
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  // 实例化 dep，一个 key 一个 dep
  const dep = new Dep()

  // 获取 obj[key] 的属性描述符，发现它是不可配置对象的话直接 return
  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // 记录 getter 和 setter，获取 val 值
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  }

  // 递归调用，处理 val 即 obj[key] 的值为对象的情况，保证对象中的所有 key 都被观察
  let childOb = !shallow && observe(val)
  // 响应式核心
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    // get 拦截对 obj[key] 的读取操作
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      /**
       * Dep.target 为 Dep 类的一个静态属性，值为 watcher，在实例化 Watcher 时会被设置
       * 实例化 Watcher 时会执行 new Watcher 时传递的回调函数（computed 除外，因为它懒执行）
       * 而回调函数中如果有 vm.key 的读取行为，则会触发这里的 读取 拦截，进行依赖收集
       * 回调函数执行完以后又会将 Dep.target 设置为 null，避免这里重复收集依赖
       */
      if (Dep.target) {
        // 依赖收集，在 dep 中添加 watcher，也在 watcher 中添加 dep
        dep.depend()
        // childOb 表示对象中嵌套对象的观察者对象，如果存在也对其进行依赖收集
        if (childOb) {
          // 这就是 this.key.chidlKey 被更新时能触发响应式更新的原因
          childOb.dep.depend()
          // 如果是 obj[key] 是 数组，则触发数组响应式
          if (Array.isArray(value)) {
            // 为数组项为对象的项添加依赖
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    // set 拦截对 obj[key] 的设置操作
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      // 旧的 obj[key]
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 如果新老值一样，则直接 return，不跟新更不触发响应式更新过程
      /* eslint-disable no-self-compare */
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      /* eslint-enable no-self-compare */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      // setter 不存在说明该属性是一个只读属性，直接 return
      // #7981: for accessor properties without setter
      if (getter && !setter) return
      // 设置新值
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      // 对新值进行观察，让新值也是响应式的
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      // 依赖通知更新
      dep.notify()
    }
  })
}

dependArray

/src/core/observer/index.js

/**
 * 遍历每个数组元素，递归处理数组项为对象的情况，为其添加依赖
 * 因为前面的递归阶段无法为数组中的对象元素添加依赖
 */
function dependArray (value: Array<any>) {
  for (let e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
    e = value[i]
    e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend()
    if (Array.isArray(e)) {
      dependArray(e)
    }
  }
}

数组响应式

src/core/observer/array.js

/**
 * 定义 arrayMethods 对象，用于增强 Array.prototype
 * 当访问 arrayMethods 对象上的那七个方法时会被拦截，以实现数组响应式
 */
import { def } from '../util/index'

// 备份 数组 原型对象
const arrayProto = Array.prototype
// 通过继承的方式创建新的 arrayMethods
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto)

// 操作数组的七个方法，这七个方法可以改变数组自身
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]

/**
 * 拦截变异方法并触发事件
 */
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // cache original method
  // 缓存原生方法，比如 push
  const original = arrayProto[method]
  // def 就是 Object.defineProperty，拦截 arrayMethods.method 的访问
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    // 先执行原生方法，比如 push.apply(this, args)
    const result = original.apply(this, args)
    const ob = this.__ob__
    // 如果 method 是以下三个之一，说明是新插入了元素
    let inserted
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2)
        break
    }
    // 对新插入的元素做响应式处理
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    // 通知更新
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

def

/src/core/util/lang.js

/**
 * Define a property.
 */
export function def (obj: Object, key: string, val: any, enumerable?: boolean) {
  Object.defineProperty(obj, key, {
    value: val,
    enumerable: !!enumerable,
    writable: true,
    configurable: true
  })
}

protoAugment

/src/core/observer/index.js

/**
 * 设置 target.__proto__ 的原型对象为 src
 * 比如 数组对象，arr.__proto__ = arrayMethods
 */
function protoAugment (target, src: Object) {
  /* eslint-disable no-proto */
  target.__proto__ = src
  /* eslint-enable no-proto */
}

copyAugment

/src/core/observer/index.js

/**
 * 在目标对象上定义指定属性
 * 比如数组：为数组对象定义那七个方法
 */
function copyAugment (target: Object, src: Object, keys: Array<string>) {
  for (let i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
    const key = keys[i]
    def(target, key, src[key])
  }
}

Dep

/src/core/observer/dep.js

import type Watcher from './watcher'
import { remove } from '../util/index'
import config from '../config'

let uid = 0

/**
 * 一个 dep 对应一个 obj.key
 * 在读取响应式数据时，负责收集依赖，每个 dep（或者说 obj.key）依赖的 watcher 有哪些
 * 在响应式数据更新时，负责通知 dep 中那些 watcher 去执行 update 方法
 */
export default class Dep {
  static target: ?Watcher;
  id: number;
  subs: Array<Watcher>;

  constructor () {
    this.id = uid++
    this.subs = []
  }

  // 在 dep 中添加 watcher
  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  // 像 watcher 中添加 dep
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }

  /**
   * 通知 dep 中的所有 watcher，执行 watcher.update() 方法
   */
  notify () {
    // stabilize the subscriber list first
    const subs = this.subs.slice()
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
      // subs aren't sorted in scheduler if not running async
      // we need to sort them now to make sure they fire in correct
      // order
      subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
    }
    // 遍历 dep 中存储的 watcher，执行 watcher.update()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

/**
 * 当前正在执行的 watcher，同一时间只会有一个 watcher 在执行
 * Dep.target = 当前正在执行的 watcher
 * 通过调用 pushTarget 方法完成赋值，调用 popTarget 方法完成重置（null)
 */
Dep.target = null
const targetStack = []

// 在需要进行依赖收集的时候调用，设置 Dep.target = watcher
export function pushTarget (target: ?Watcher) {
  targetStack.push(target)
  Dep.target = target
}

// 依赖收集结束调用，设置 Dep.target = null
export function popTarget () {
  targetStack.pop()
  Dep.target = targetStack[targetStack.length - 1]
}

Watcher

/src/core/observer/watcher.js

/**
 * 一个组件一个 watcher（渲染 watcher）或者一个表达式一个 watcher（用户watcher）
 * 当数据更新时 watcher 会被触发，访问 this.computedProperty 时也会触发 watcher
 */
export default class Watcher {
  vm: Component;
  expression: string;
  cb: Function;
  id: number;
  deep: boolean;
  user: boolean;
  lazy: boolean;
  sync: boolean;
  dirty: boolean;
  active: boolean;
  deps: Array<Dep>;
  newDeps: Array<Dep>;
  depIds: SimpleSet;
  newDepIds: SimpleSet;
  before: ?Function;
  getter: Function;
  value: any;

  constructor (
    vm: Component,
    expOrFn: string | Function,
    cb: Function,
    options?: ?Object,
    isRenderWatcher?: boolean
  ) {
    this.vm = vm
    if (isRenderWatcher) {
      vm._watcher = this
    }
    vm._watchers.push(this)
    // options
    if (options) {
      this.deep = !!options.deep
      this.user = !!options.user
      this.lazy = !!options.lazy
      this.sync = !!options.sync
      this.before = options.before
    } else {
      this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
    }
    this.cb = cb
    this.id = ++uid // uid for batching
    this.active = true
    this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
    this.deps = []
    this.newDeps = []
    this.depIds = new Set()
    this.newDepIds = new Set()
    this.expression = process.env.NODE_ENV !== 'production'
      ? expOrFn.toString()
      : ''
    // parse expression for getter
    if (typeof expOrFn === 'function') {
      this.getter = expOrFn
    } else {
      // this.getter = function() { return this.xx }
      // 在 this.get 中执行 this.getter 时会触发依赖收集
      // 待后续 this.xx 更新时就会触发响应式
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = noop
        process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
          `Failed watching path: "${expOrFn}" ` +
          'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. ' +
          'For full control, use a function instead.',
          vm
        )
      }
    }
    this.value = this.lazy
      ? undefined
      : this.get()
  }

  /**
   * 执行 this.getter，并重新收集依赖
   * this.getter 是实例化 watcher 时传递的第二个参数，一个函数或者字符串，比如：updateComponent 或者 parsePath 返回的读取 this.xx 属性值的函数
   * 为什么要重新收集依赖？
   *   因为触发更新说明有响应式数据被更新了，但是被更新的数据虽然已经经过 observe 观察了，但是却没有进行依赖收集，
   *   所以，在更新页面时，会重新执行一次 render 函数，执行期间会触发读取操作，这时候进行依赖收集
   */
  get () {
    // 打开 Dep.target，Dep.target = this
    pushTarget(this)
    // value 为回调函数执行的结果
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      // 执行回调函数，比如 updateComponent，进入 patch 阶段
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // "touch" every property so they are all tracked as
      // dependencies for deep watching
      if (this.deep) {
        traverse(value)
      }
      // 关闭 Dep.target，Dep.target = null
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**
   * Add a dependency to this directive.
   * 两件事：
   *   1、添加 dep 给自己（watcher）
   *   2、添加自己（watcher）到 dep
   */
  addDep (dep: Dep) {
    // 判重，如果 dep 已经存在则不重复添加
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      // 缓存 dep.id，用于判重
      this.newDepIds.add(id)
      // 添加 dep
      this.newDeps.push(dep)
      // 避免在 dep 中重复添加 watcher，this.depIds 的设置在 cleanupDeps 方法中
      if (!this.depIds.has(id)) {
        // 添加 watcher 自己到 dep
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

  /**
   * Clean up for dependency collection.
   */
  cleanupDeps () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this)
      }
    }
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear()
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  /**
   * 根据 watcher 配置项，决定接下来怎么走，一般是 queueWatcher
   */
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      // 懒执行时走这里，比如 computed

      // 将 dirty 置为 true，可以让 computedGetter 执行时重新计算 computed 回调函数的执行结果
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      // 同步执行，在使用 vm.$watch 或者 watch 选项时可以传一个 sync 选项，
      // 当为 true 时在数据更新时该 watcher 就不走异步更新队列，直接执行 this.run 
      // 方法进行更新
      // 这个属性在官方文档中没有出现
      this.run()
    } else {
      // 更新时一般都这里，将 watcher 放入 watcher 队列
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**
   * 由 刷新队列函数 flushSchedulerQueue 调用，完成如下几件事：
   *   1、执行实例化 watcher 传递的第二个参数，updateComponent 或者 获取 this.xx 的一个函数(parsePath 返回的函数)
   *   2、更新旧值为新值
   *   3、执行实例化 watcher 时传递的第三个参数，比如用户 watcher 的回调函数
   */
  run () {
    if (this.active) {
      // 调用 this.get 方法
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // Deep watchers and watchers on Object/Arrays should fire even
        // when the value is the same, because the value may
        // have mutated.
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // 更新旧值为新值
        const oldValue = this.value
        this.value = value

        if (this.user) {
          // 如果是用户 watcher，则执行用户传递的第三个参数 —— 回调函数，参数为 val 和 oldVal
          try {
            this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
          } catch (e) {
            handleError(e, this.vm, `callback for watcher "${this.expression}"`)
          }
        } else {
          // 渲染 watcher，this.cb = noop，一个空函数
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

  /**
   * 懒执行的 watcher 会调用该方法
   *   比如：computed，在获取 vm.computedProperty 的值时会调用该方法
   * 然后执行 this.get，即 watcher 的回调函数，得到返回值
   * this.dirty 被置为 false，作用是页面在本次渲染中只会一次 computed.key 的回调函数，
   *   这也是大家常说的 computed 和 methods 区别之一是 computed 有缓存的原理所在
   * 而页面更新后会 this.dirty 会被重新置为 true，这一步是在 this.update 方法中完成的
   */
  evaluate () {
    this.value = this.get()
    this.dirty = false
  }

  /**
   * Depend on all deps collected by this watcher.
   */
  depend () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }

  /**
   * Remove self from all dependencies' subscriber list.
   */
  teardown () {
    if (this.active) {
      // remove self from vm's watcher list
      // this is a somewhat expensive operation so we skip it
      // if the vm is being destroyed.
      if (!this.vm._isBeingDestroyed) {
        remove(this.vm._watchers, this)
      }
      let i = this.deps.length
      while (i--) {
        this.deps[i].removeSub(this)
      }
      this.active = false
    }
  }
}

总结

面试官问：Vue 响应式原理是怎么实现的？

答：

响应式的核心是通过 Object.defineProperty 拦截对数据的访问和设置
响应式的数据分为两类：
- 对象，循环遍历对象的所有属性，为每个属性设置 getter、setter，以达到拦截访问和设置的目的，如果属性值依旧为对象，则递归为属性值上的每个 key 设置 getter、setter
  - 访问数据时（obj.key)进行依赖收集，在 dep 中存储相关的 watcher
  - 设置数据时由 dep 通知相关的 watcher 去更新
- 数组，增强数组的那 7 个可以更改自身的原型方法，然后拦截对这些方法的操作
  - 添加新数据时进行响应式处理，然后由 dep 通知 watcher 去更新
  - 删除数据时，也要由 dep 通知 watcher 去更新

面试官问：methods、computed 和 watch 有什么区别？

答：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <title>methods、computed、watch 有什么区别</title>
</head>

<body>
  <div id="app">
    <!-- methods -->
    <div>{{ returnMsg() }}</div>
    <div>{{ returnMsg() }}</div>
    <!-- computed -->
    <div>{{ getMsg }}</div>
    <div>{{ getMsg }}</div>
  </div>
  <script src="../../dist/vue.js"></script>
  <script>
    new Vue({
    el: '#app',
    data: {
      msg: 'test'
    },
    mounted() {
      setTimeout(() => {
        this.msg = 'msg is changed'
      }, 1000)
    },
    methods: {
      returnMsg() {
        console.log('methods: returnMsg')
        return this.msg
      }
    },
    computed: {
      getMsg() {
        console.log('computed: getMsg')
        return this.msg + ' hello computed'
      }
    },
    watch: {
      msg: function(val, oldVal) {
        console.log('watch: msg')
        new Promise(resolve => {
          setTimeout(() => {
            this.msg = 'msg is changed by watch'
          }, 1000)
        })
      }
    }
  })
  </script>
</body>

</html>

点击查看动图演示，动图地址：https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/9c957654bb484ae7ba4ace1b912cff03~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.awebp

示例其实就是答案了

使用场景
- methods 一般用于封装一些较为复杂的处理逻辑（同步、异步）
- computed 一般用于封装一些简单的同步逻辑，将经过处理的数据返回，然后显示在模版中，以减轻模版的重量
- watch 一般用于当需要在数据变化时执行异步或开销较大的操作
区别
- methods VS computed
  
  通过示例会发现，如果在一次渲染中，有多个地方使用了同一个 methods 或 computed 属性，methods 会被执行多次，而 computed 的回调函数则只会被执行一次。
  
  通过阅读源码我们知道，在一次渲染中，多次访问 computedProperty，只会在第一次执行 computed 属性的回调函数，后续的其它访问，则直接使用第一次的执行结果（watcher.value），而这一切的实现原理则是通过对 watcher.dirty 属性的控制实现的。而 methods，每一次的访问则是简单的方法调用（this.xxMethods）。
- computed VS watch
  
  通过阅读源码我们知道，computed 和 watch 的本质是一样的，内部都是通过 Watcher 来实现的，其实没什么区别，非要说区别的化就两点：1、使用场景上的区别，2、computed 默认是懒执行的，切不可更改。
- methods VS watch
  
  methods 和 watch 之间其实没什么可比的，完全是两个东西，不过在使用上可以把 watch 中一些逻辑抽到 methods 中，提高代码的可读性。

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Comments

liyongning commented Jun 27, 2022

Vue 源码解读（3）—— 响应式原理

封面

前言

目标

源码解读

initState

initProps

proxy

initMethods

initData

initComputed

initWatch

observe

Observer

defineReactive

dependArray

数组响应式

def

protoAugment

copyAugment

Dep

Watcher

总结

链接