导读
记得初学Vue源码的时候，在defineReactive、Observer、Dep、Watcher等等内部设计源码之间跳来跳去，发现再也绕不出来了。Vue发展了很久，很多fix和feature的增加让内部源码越来越庞大，太多的边界情况和优化设计掩盖了原本精简的代码设计，让新手阅读源码变得越来越困难，但是面试的时候，Vue的响应式原理几乎成了Vue技术栈的公司面试中高级前端必问的点之一。
这篇文章通过自己实现一个响应式系统，尽量还原和Vue内部源码同样结构，但是剔除掉和渲染、优化等等相关的代码，来最低成本的学习Vue的响应式原理。
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源码地址(ts)：
https://github.com/sl1673495/vue-reactive
源码地址(js)
https://github.com/sl1673495/vue-reactive/tree/js-version
预览地址：
https://sl1673495.github.io/vue-reactive/
reactive
Vue最常用的就是响应式的data了，通过在vue中定义
new Vue({
data() {
return {
msg: 'Hello World'
}
}
})
在data发生改变的时候，视图也会更新，在这篇文章里我把对data部分的处理单独提取成一个api：reactive，下面来一起实现这个api。
要实现的效果：
const data = reactive({
msg: 'Hello World',
})
new Watcher(() => {
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})
在data.msg发生改变的时候，我们需要这个app节点的innerHTML同步更新，这里新增加了一个概念Watcher，这也是Vue源码内部的一个设计，想要实现响应式的系统，这个Watcher是必不可缺的。
在实现这两个api之前，我们先来理清他们之间的关系，reactive这个api定义了一个响应式的数据，其实大家都知道响应式的数据就是在它的某个属性（比如例中的data.msg）被读取的时候，记录下来这时候是谁在读取他，读取他的这个函数肯定依赖它。
在本例中，下面这段函数，因为读取了data.msg并且展示在页面上，所以可以说这段渲染函数依赖了data.msg。
// 渲染函数
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
这也就解释清了，为什么我们需要用new Watcher来传入这段渲染函数，我们已经可以分析出来Watcher是帮我们记录下来这段渲染函数依赖的关键。
在js引擎执行渲染函数的途中，突然读到了data.msg，data已经被定义成了响应式数据，读取data.msg时所触发的get函数已经被我们劫持，这个get函数中我们去记录下data.msg被这个渲染函数所依赖，然后再返回data.msg的值。
这样下次data.msg发生变化的时候，Watcher内部所做的一些逻辑就会通知到渲染函数去重新执行。这不就是响应式的原理嘛。
下面开始实现代码
import Dep from './dep'
import { isObject } from '../utils'
// 将对象定义为响应式
export default function reactive(data) {
if (isObject(data)) {
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key)
})
}
return data
}
function defineReactive(data, key) {
let val = data[key]
// 收集依赖
const dep = new Dep()
Object.defineProperty(data, key, {
get() {
dep.depend()
return val
},
set(newVal) {
val = newVal
dep.notify()
}
})
if (isObject(val)) {
reactive(val)
}
}
代码很简单，就是去遍历data的key，在defineReactive函数中对每个key进行get和set的劫持，Dep是一个新的概念，它主要用来做上面所说的dep.depend()去收集当前正在运行的渲染函数和dep.notify() 触发渲染函数重新执行。
可以把dep看成一个收集依赖的小筐，每当运行渲染函数读取到data的某个key的时候，就把这个渲染函数丢到这个key自己的小筐中，在这个key的值发生改变的时候，去key的筐中找到所有的渲染函数再执行一遍。
Dep
export default class Dep {
constructor() {
this.deps = new Set()
}
depend() {
if (Dep.target) {
this.deps.add(Dep.target)
}
}
notify() {
this.deps.forEach(watcher => watcher.update())
}
}
// 正在运行的watcher
Dep.target = null
这个类很简单，利用Set去做存储，在depend的时候把Dep.target加入到deps集合里，在notify的时候遍历deps，触发每个watcher的update。
没错Dep.target这个概念也是Vue中所引入的，它是一个挂在Dep类上的全局变量，js是单线程运行的，所以在渲染函数如：
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
运行之前，先把全局的Dep.target设置为存储了这个渲染函数的watcher，也就是：
new Watcher(() => {
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})
这样在运行途中data.msg就可以通过Dep.target找到当前是哪个渲染函数的watcher正在运行，这样也就可以把自身对应的依赖所收集起来了。
这里划重点：Dep.target一定是一个Watcher的实例。
又因为渲染函数可以是嵌套运行的，比如在Vue中每个组件都会有自己用来存放渲染函数的一个watcher，那么在下面这种组件嵌套组件的情况下：
// Parent组件 <template> <div> <Son组件 /> </div> </template>
watcher的运行路径就是： 开始 -> ParentWatcher -> SonWatcher -> ParentWatcher -> 结束。
是不是特别像函数运行中的入栈出栈，没错，Vue内部就是用了栈的数据结构来记录watcher的运行轨迹。
// watcher栈
const targetStack = []
// 将上一个watcher推到栈里，更新Dep.target为传入的_target变量。
export function pushTarget(_target) {
if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target)
Dep.target = _target
}
// 取回上一个watcher作为Dep.target，并且栈里要弹出上一个watcher。
export function popTarget() {
Dep.target = targetStack.pop()
}
有了这些辅助的工具，就可以来看看Watcher的具体实现了
import Dep, { pushTarget, popTarget } from './dep'
export default class Watcher {
constructor(getter) {
this.getter = getter
this.get()
}
get() {
pushTarget(this)
this.value = this.getter()
popTarget()
return this.value
}
update() {
this.get()
}
}
回顾一下开头示例中Watcher的使用。
const data = reactive({
msg: 'Hello World',
})
new Watcher(() => {
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})
传入的getter函数就是
() => {
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
}
在构造函数中，记录下getter函数，并且执行了一遍get
get() {
pushTarget(this)
this.value = this.getter()
popTarget()
return this.value
}
在这个函数中,this就是这个watcher实例，在执行get的开头先把这个存储了渲染函数的watcher设置为当前的Dep.target，然后执行this.getter()也就是渲染函数
在执行渲染函数的途中读取到了data.msg，就触发了defineReactive函数中劫持的get:
Object.defineProperty(data, key, {
get() {
dep.depend()
return val
}
})
这时候的dep.depend函数：
depend() {
if (Dep.target) {
this.deps.add(Dep.target)
}
}
所收集到的Dep.target，就是在get函数开头中pushTarget(this)所收集的
new Watcher(() => {
document.getElementById('app').innerHTML = `msg is ${data.msg}`
})
这个watcher实例了。
此时我们假如执行了这样一段赋值代码：
data.msg = 'ssh'
就会运行到劫持的set函数里：
Object.defineProperty(data, key, {
set(newVal) {
val = newVal
dep.notify()
}
})
此时在控制台中打印出dep这个变量，它内部的deps属性果然存储了一个Watcher的实例。
运行了dep.notify以后，就会触发这个watcher的update方法，也就会再去重新执行一遍渲染函数了，这个时候视图就刷新了。
computed
在实现了reactive这个基础api以后，就要开始实现computed这个api了，这个api的用法是这样：
const data = reactive({
number: 1
})
const numberPlusOne = computed(() => data.number + 1)
// 渲染函数watcher
new Watcher(() => {
document.getElementById('app2').innerHTML = `
computed: 1 + number 是 ${numberPlusOne.value}
`
})
vue内部是把computed属性定义在vm实例上的，这里我们没有实例，所以就用一个对象来存储computed的返回值，用.value来拿computed的真实值。
这里computed传入的其实还是一个函数，这里我们回想一下Watcher的本质，其实就是存储了一个需要在特定时机触发的函数，在Vue内部，每个computed属性也有自己的一个对应的watcher实例，下文中叫它computedWatcher
先看渲染函数：
// 渲染函数watcher
new Watcher(() => {
document.getElementById('app2').innerHTML = `
computed: 1 + number 是 ${numberPlusOne.value}
`
})
这段渲染函数执行过程中，读取到numberPlusOne的值的时候
首先会把Dep.target设置为numberPlusOne所对应的computedWatcher
computedWatcher的特殊之处在于
- 渲染watcher只能作为依赖被收集到其他的dep筐子里，而computedWatcher实例上有属于自己的dep，它可以收集别的watcher作为自己的依赖。
- 惰性求值，初始化的时候先不去运行getter。
export default class Watcher {
constructor(getter, options = {}) {
const { computed } = options
this.getter = getter
this.computed = computed
if (computed) {
this.dep = new Dep()
} else {
this.get()
}
}
}
其实computed实现的本质就是，computed在读取value之前，Dep.target肯定此时是正在运行的渲染函数的watcher。
先把当前正在运行的渲染函数的watcher作为依赖收集到computedWatcher内部的dep筐子里。
把自身computedWatcher设置为 全局Dep.target，然后开始求值：
求值函数会在运行() => data.number + 1的途中遇到data.number的读取，这时又会触发'number'这个key的劫持get函数，这时全局的Dep.target是computedWatcher，data.number的dep依赖筐子里丢进去了computedWatcher。
此时的依赖关系是 data.number的dep筐子里装着computedWatcher，computedWatcher的dep筐子里装着渲染watcher。
此时如果更新data.number的话，会一级一级往上触发更新。会触发computedWatcher的update，我们肯定会对被设置为computed特性的watcher做特殊的处理，这个watcher的筐子里装着渲染watcher，所以只需要触发 this.dep.notify()，就会触发渲染watcher的update方法，从而更新视图。
下面来改造代码：
// Watcher
import Dep, { pushTarget, popTarget } from './dep'
export default class Watcher {
constructor(getter, options = {}) {
const { computed } = options
this.getter = getter
this.computed = computed
if (computed) {
this.dep = new Dep()
} else {
this.get()
}
}
get() {
pushTarget(this)
this.value = this.getter()
popTarget()
return this.value
}
// 仅为computed使用
depend() {
this.dep.depend()
}
update() {
if (this.computed) {
this.get()
this.dep.notify()
} else {
this.get()
}
}
}
computed初始化：
// computed
import Watcher from './watcher'
export default function computed(getter) {
let def = {}
const computedWatcher = new Watcher(getter, { computed: true })
Object.defineProperty(def, 'value', {
get() {
// 先让computedWatcher收集渲染watcher作为自己的依赖。
computedWatcher.depend()
return computedWatcher.get()
}
})
return def
}
这里的逻辑比较绕，如果没理清楚的话可以把代码下载下来一步步断点调试，data.number被劫持的set触发以后，可以看一下number的dep到底存了什么。
watch
watch的使用方式是这样的：
watch(
() => data.msg,
(newVal, oldVal) => {
console.log('newVal: ', newVal)
console.log('old: ', oldVal)
}
)
传入的第一个参数是个函数，里面需要读取到响应式的属性，确保依赖能被收集到，这样下次这个响应式的属性发生改变后，就会打印出对饮的新值和旧值。
分析一下watch的实现原理，这里依然是利用Watcher类去实现，我们把用于watch的watcher叫做watchWatcher，传入的getter函数也就是() => data.msg，Watcher在执行它之前还是一样会把自身（也就是watchWatcher）设为Dep.target，这时读到data.msg，就会把watchWatcher丢进data.msg的依赖筐子里。
如果data.msg更新了，则就会触发watchWatcher的update方法
直接上代码：
// watch
import Watcher from './watcher'
export default function watch(getter, callback) {
new Watcher(getter, { watch: true, callback })
}
没错又是直接用了getter，只是这次传入的选项是{ watch: true, callback }，接下来看看Watcher内部进行了什么处理：
export default class Watcher {
constructor(getter, options = {}) {
const { computed, watch, callback } = options
this.getter = getter
this.computed = computed
this.watch = watch
this.callback = callback
this.value = undefined
if (computed) {
this.dep = new Dep()
} else {
this.get()
}
}
}
首先是构造函数中，对watch选项和callback进行了保存，其他没变。
然后在update方法中。
update() {
if (this.computed) {
...
} else if (this.watch) {
const oldValue = this.value
this.get()
this.callback(oldValue, this.value)
} else {
...
}
}
在调用this.get去更新值之前，先把旧值保存起来，然后把新值和旧值一起通过调用callback函数交给外部，就这么简单。
我们仅仅是改动寥寥几行代码，就轻松实现了非常重要的api：watch。
总结。
有了精妙的Watcher和Dep的设计，Vue内部的响应式api实现的非常简单，不得不再次感叹一下尤大真是厉害啊！