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浅谈Vue3响应式原理_vue3 reaction

作者：知新_RL | 2024-03-22 00:31:35

踩

vue3 reaction

什么是响应式？

响应式，就是一个变量依赖了其他变量，当被依赖的其他变量更新后该变量也要响应式的更新。

实现响应式思路

响应式的思路一般都是这样一个模型

定义某个数据为响应式数据，它会拥有收集访问它的函数的能力
定义观察函数，在这个函数内部去访问响应式数据，访问到响应式数据的某个key的时候，会建立一个依赖关系key -> reaction观察函数
检测到响应式数据的key的值更新的时候，会去重新执行一遍它所收集的所有reaction观察函数

我们看个例子：

// 响应式数据
const state = reactive({
  count: 0,
  age: 18
})
// 观察函数
const effect = effect(() => {
  console.log('effect: ' + state.count)
})
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用reactive包裹的数据叫做响应式数据
在effect内部执行的函数叫观察函数

定义

reactive({ count: 0, age: 18 })，会让{ count: 0, age: 18 }这个普通的对象变成一个proxy，而后续对于这个proxy所有的get、set等操作都会被我们内部拦截下来。

访问

effect函数会先开启一个开始观察的开关，然后去执行
console.log('effect: ’ + state.count)，执行到state.count的时候，proxy的get拦截到了对于state.count的访问，这时候就可以知道访问者是const effect = effect(() => { console.log('effect: ’ + state.count) })这个函数，那么就把这个函数作为count这个key值的观察函数收集在一个地方。

修改

下次对于state.count修改时，会去找count这个key下所有的观察函数，轮流执行一遍。

这样就实现了响应式模型。

Vue2和Vue3的区别

我们通过一个例子看下：

Object.defineProperty

<template>
  {{ obj.b }}
</template>
<script>
export default {
  data: {
    obj: { a: 0 },
  },
  mounted() {
    this.obj.b = 5
  }
}
</script>

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Object.defineProperty必须对于确定的key值进行响应式的定义。这就导致了如果data在初始化的时候没有b属性，那么后续对于b属性的赋值都不会触发Object.defineProperty中对于set的劫持。只能用一个额外的api Vue.set来解决。

Proxy

const raw = {}
const data = new Proxy(raw, {
    get(target, key) { },
    set(target, key, value) { }
})
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从例子中可以看出来：Proxy在定义的时候并不用关心key值，只要定义了get方法，那么后续对于data上任何属性的访问（哪怕是不存在的），都会触发get的劫持，set也是同理。这样Vue3中，对于需要定义响应式的值，初始化时的要求就没那么高了，只要保证它是个可以被Proxy接受的对象或者数组类型即可。

前置知识

Proxy

具体可以参考MDN文档：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Proxy

Reflect

具体可以参考MDN文档：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Reflect

WeakMap

具体可以参考MDN文档：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/WeakMap

dep

是dependence的缩写，也就是依赖

effect

指因某种原因导致产生结果，着重持续稳定的影响

track

指追踪、踪迹

trigger

指触发

我们先来看一张经典的Vue3响应式原理图，该图清晰的描述了vue3响应式原理的具体实现过程。

下面将围绕这个图仔细讲解

初始化阶段

在这里插入图片描述

初始化做了哪些事情呢？

我们先看来个例子：

首先clone Vue3源码，在 packages/reactivity 模块下调试，在项目根目录运行yarn dev reactivity，然后进入packages/reactivity目录找到产出的 dist/reactivity.global.js 文件，创建index.html文件，内容如下：
在这里插入图片描述

<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>响应式demo测试</title>
</head>
<body>
  <script src="./dist/reactivity.global.js"></script>
<script>
  const { reactive, effect } = VueReactivity
  const origin = {
    count: 0
  }
  const state = reactive(origin)
  const fn = () => {
    const count = state.count
    console.log(`set count to ${count}`)
  }
  effect(fn)
</script>
</body>
</html>
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通过浏览器打开，在控制台我们输入state.count++，会输出set count to 1，即实现了响应式。

从上述代码中可以总结下初始化做了什么：

把origin对象转化成响应式的Proxy对象state
把函数fn()作为一个响应式的effect函数

如何把origin对象转化成响应式的Proxy对象state

Vue 3.0使用Proxy来代替之前的Object.defineProperty()，改写了对象的 getter/setter，完成依赖收集和响应触发。reactive() 函数主要实现逻辑如下：

import { handler } from './handlers.js'
export function reactive(target) {
  // handler包括get和set
  const observed = new Proxy(target, handler)
  return observed
}
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proxy的handler

handler中主要包括get和set。

get收集依赖

依赖收集在get操作的时候要调用。
依赖收集中有依赖收集栈

get实现代码如下：

/** 劫持get访问 收集依赖 */
/**
 * 
 * @param {*} target 原始对象
 * @param {*} key 当前赋值属性
 * @param {*} receiver 可以简单理解为响应式proxy本身
 * @returns 
 */
function createGetter (target, key, receiver) {
  const res = Reflect.get(target, key, receiver) // 求值
  track(target, 'get', key)
  // 深层数据的劫持
  // 即在深层访问的时候，若访问的数据是个对象，就把这个对象也用reactive包装成proxy再返回，这样在最里面属性进行赋值操作的时候，也可以是响应式的
  return isObject(res)
    ? reactive(res)
    : res
}
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set触发更新

set赋值操作的时候，本质上就是去检查这个key收集到了哪些reaction观察函数，然后依次触发。

set实现代码如下：

/** 劫持set访问 触发收集到的观察函数 */
function createSetter (target, key, value, receiver) {
  const hadKey = hasOwn(target, key) // 先检查一下这个key是不是新增的
  const oldValue = target[key] // 拿到旧值
  const result = Reflect.set(target, key, value, receiver) // 设置新值
  if (!hadKey) {
    // 新增key值时触发观察函数
    trigger(target, 'add', key)
  } else if (value !== oldValue) { 
    // 已存在的key的值发生变化时触发观察函数
    trigger(target, 'set', key)
  }
  return result
}
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set核心逻辑总结

当响应式数据进行赋值操作时，会收集对应的执行函数作为当前赋值属性的依赖
当进行赋值操作后state.count = 1的操作，会触发对于state的set劫持，此时就会从key值的依赖收集里面找到观察函数，再重新执行一遍

把函数fn()作为一个响应式的effect函数

普通的函数fn() 被effect()包裹之后，就会变成一个响应式的effect函数，而fn()也会被立即执行一次
fn() 里面有引用到Proxy对象的属性，所以这一步会触发对象的 getter，从而启动依赖收集
effect函数也会被压入一个名为"activeReactiveEffectStack"（此处为 effectStack）的栈中，供后续依赖收集的时候使用

effect.js实现如下：

// 接受用户传入的函数，在这个函数内访问响应式数据才会去收集观察函数作为自己的依赖
/**
 * 观察函数
 * 在传入的函数里去访问响应式的proxy 会收集传入的函数作为依赖
 * 下次访问的key发生变化的时候 就会重新运行这个函数
 * @param {*} fn 
 * @returns 
 */
export function effect (fn) {
  // 构造一个effect
  // effect是包装了原始函数之后的观察函数
  // 在run的上下文中执行原始函数 可以收集到依赖
  const effect = function effect(...args) {
    return run(effect, fn, args)
  }
  // 立即执行一次
  effect()

  // 返回出去 让外部也可以手动调用
  return effect
}

// 收集响应依赖的的函数，在get操作的时候要调用
/** 把函数包裹为观察函数 */
export function run(effect, fn, args) {
  if (effectStack.indexOf(effect) === -1) {
    try {
      // 往栈里放入当前effect
      // 把当前的观察函数推入栈内 开始观察响应式proxy
      effectStack.push(effect)
      // 立即执行一遍fn()
      // fn()执行过程会完成依赖收集，会用到effect
      // 运行用户传入的函数 这个函数里访问proxy就会收集effect函数作为依赖了
      return fn(...args)
    } finally {
      // 完成依赖收集后从栈中扔掉这个effect
      // 运行完了永远要出栈
      effectStack.pop()
    }
  }
}
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到这里，整个初始化过程就结束了。

依赖收集阶段

先看下依赖收集阶段做了什么？

在这里插入图片描述

触发时机

就是在effect被立即执行，其内部的fn() 触发了Proxy对象的getter的时候。简单说，只要执行到类似state.count时，就会触发state的getter。

依赖收集的目的

建立一份”依赖收集表“，即图中的"targetMap"。targetMap是一个 WeakMap，其key值是当前的Proxy对象state代理前的对象origin，而 value则是该对象所对应的depsMap。

depsMap是一个Map，key值为触发getter时的属性值（这里是 count），而value则是触发过该属性值所对应的各个 effect函数。

通过一段伪代码看下：

const state = reactive({
  count: 0,
  age: 18
})
const effect1 = effect(() => {
  console.log('effect1: ' + state.count)
})
const effect2 = effect(() => {
  console.log('effect2: ' + state.age)
})
const effect3 = effect(() => {
  console.log('effect3: ' + state.count, state.age)
})
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在这段代码中targetMap表示如下：

即，{ target -> key -> dep } 的对应关系就建立起来了，依赖收集也就完成了。

targetMap、depsMap、dep 之间的关系可以通过一张经典的图来看下：

具体代码实现如下：

export const targetMap = new WeakMap()
export const effectStack = [] // 栈结构，依赖收集栈，供后续依赖收集的时候使用

export function track (target, operationType, key) {
  /** 从栈的末尾取到正在运行的observe包裹的函数(即观察函数) */
  const effect = effectStack[effectStack.length - 1]
  if (effect) {
    let depsMap = targetMap.get(target)
    if (depsMap === void 0) {
      targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
    }

    let dep = depsMap.get(key)
    if (dep === void 0) {
      // 如果这个key之前没有收集过观察函数 就新建一个, 然后set到整个value的存储里去
      depsMap.set(key, (dep = new Set()))
    }
    if (!dep.has(effect)) {
      // 把当前key对应的观察函数收集起来
      dep.add(effect)
    }
  }
}
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总结

把effect推入effectStack后开始执行用户传入的函数
在函数内访问响应式proxy的属性，又会触发get的拦截
这时候get去effectStack找当前正在运行的effect，就可以成功的收集到依赖了。

effect观察函数

该函数接受一个用户传入的函数，在这个函数内访问响应式数据才会去收集观察函数作为自己的依赖。

代码实现如下：

// 接受用户传入的函数，在这个函数内访问响应式数据才会去收集观察函数作为自己的依赖
/**
 * 观察函数
 * 在传入的函数里去访问响应式的proxy 会收集传入的函数作为依赖
 * 下次访问的key发生变化的时候 就会重新运行这个函数
 * @param {*} fn 
 * @returns 
 */
export function effect (fn) {
  // 构造一个effect
  // effect是包装了原始函数之后的观察函数
  // 在run的上下文中执行原始函数 可以收集到依赖
  const effect = function effect(...args) {
    return run(effect, fn, args)
  }
  // 立即执行一次
  effect()
  // 返回出去 让外部也可以手动调用
  return effect
}
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核心逻辑在run函数中：

// 收集响应依赖的的函数，在get操作的时候要调用
/** 把函数包裹为观察函数 */
export function run(effect, fn, args) {
  if (effectStack.indexOf(effect) === -1) {
    try {
      // 往栈里放入当前effect
      // 把当前的观察函数推入栈内 开始观察响应式proxy
      effectStack.push(effect)
      // 立即执行一遍fn()
      // fn()执行过程会完成依赖收集，会用到effect
      // 运行用户传入的函数 这个函数里访问proxy就会收集effect函数作为依赖了
      return fn(...args)
    } finally {
      // 完成依赖收集后从栈中扔掉这个effect
      // 运行完了永远要出栈
      effectStack.pop()
    }
  }
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核心思路总结

把effect推入effectStack后开始执行用户传入的函数
在函数内访问响应式proxy的属性，又会触发get的拦截
这时get去effectStack找当前正在运行的effect，就可以成功的收集到依赖了

通过例子我们看下

const { reactive, effect } = VueReactivity
const origin = {
   count: 0
 }
 const state = reactive(origin)
 const fn = () => {
   const count = state.count
   console.log(`set count to ${count}`)
 }
 effect(fn)
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上述代码中，effect内部对于state的key值count的访问，会收集fn作为count的依赖。state.count++的操作，会触发对于state的set劫持，此时就会从key值的依赖收集里面找到fn，再重新执行一遍。

响应阶段

先通过一张图看下响应阶段做了什么？

在这里插入图片描述

说明

当修改对象的某个属性值的时候，会触发对应的setter
setter里面的trigger() 函数会从依赖收集表里找到当前属性对应的各个 dep，然后把它们推入到effects和computedEffects（计算属性）队列中，最后通过scheduleRun()挨个执行里面的effect

代码实现

export function trigger (target, operationType, key) {
  // 取得对应的depsMap
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (depsMap === void 0) {
    return
  }
  // 取得对应的各个 dep
  const effects = new Set()
  if (key !== void 0) {
    const dep = depsMap.get(key)
    dep && dep.forEach(effect => {
      effects.add(effect)
    })
  }
  // 触发某些由循环触发的观察函数收集
  if (operationType === 'add' || operationType === 'set') {
    const iterationKey = Array.isArray(target) ? 'length' : Symbol('iterate')
    const dep = depsMap.get(iterationKey)
    dep && dep.forEach(effect => {
      effects.add(effect)
    })
  }
  // 简化版scheduleRun，挨个执行effect, 值更新时触发观察函数
  effects.forEach(effect => {
    effect()
  })
}
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总结

初始化reactive：new一个Proxy，参数是target和handler，target是原始对象，handler包括set和get
依赖收集：get函数中执行track进行依赖收集，建立依赖收集表，即收集观察函数推入到栈中。
响应阶段：set函数触发观察函数，遍历栈中的函数，执行effect，effect中执行run函数

参考网址：

https://juejin.cn/post/6938702983014121485#heading-7
https://juejin.cn/post/6844903959660855309#heading-2（精简非常详细）
https://juejin.cn/post/6844904050014552072#heading-14
https://juejin.cn/post/6844904050912133133

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