浅析 Vue3 响应式原理

前端目前两个当家花旦框架 VUE React，它们能够流行开来，响应式原理做出了巨大贡献。毕竟，它通过数据的变更就能够更新相应的视图，极大的将我们从繁琐的DOM操作中解放出来。

所以掌握它们的响应式原理，对掌握前端框架的精髓就很重要了。

Vue2.x的响应式

Vue2中通过 Object.defineProperty 实现数据劫持，使得数据实现响应式更新。Object.defineProperty()方法会直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个对象的现有属性，并返回此对象。

Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)

obj：要定义属性的对象。
prop：要定义或修改的属性的名称或 Symbol 。
descriptor：要定义或修改的属性描述符。

返回值：被传递给函数的对象。

响应实现

对象类型

通过Object.defineProperty()对属性的读取、修改进行拦截（数据劫持）。

数组类型

通过重写更新数组的一系列方法来实现拦截（对数组的变更方法进行了包裹）。

let person = {   // 模拟Vue2实现响应式

    name:'亮哥',

    age:18   

}

 Object.defineProperty(person, "age", {

 // 当该属性的 configurable 为 true 时，该属性描述符才能够被改变，同时该属性也能从对应的对象上被删除,解决新增/删除属性，数据无响应问题

 configurable: true, 

 get: () => { 

 // 收集依赖代码...

   return person.age;

 },

 set: (newVal) => { // 一个给属性提供 setter 的方法

   // 当属性值发生变化时我们可以进行额外操作 如调用监听器

   person.age = newVal;

   // 通知更新视图代码...

 },

   });   

 data.age = 25 // 触发set方法

存在问题

递归遍历数据对象属性，消耗大
新增/删除属性，数据无响应；需要额外方法实现(Vue.set/Vue.delete、this.set/set/get/$delete)
数组修改需要额外方法实现(Vue.set)，或者通过重写的push/pop/shift/unshift/splice/sort/reverse方法实现

Vue3的响应式

Proxy和Reflect实现响应式原理
- 通过Proxy（代理）: 拦截对象中任意属性的变化, 包括：属性值的读写、属性的添加、属性的删除等。
- 通过Reflect（反射）: 对源对象的属性进行操作。

Proxy

Vue3 的响应式原理依赖了 Proxy 这个核心 API，通过 Proxy 可以劫持对象的某些操作。

const obj = { a: 1 };
const p = new Proxy(obj, {
	get(target, property, receiver) {
		console.log("get");
		return Reflect.get(target, property, receiver);
	},
	set(target, property, value, receiver) {
		console.log("set");
		return Reflect.set(target, property, receiver);
	},
	has(target, prop) {
		console.log("has");
		return Reflect.has(target, prop);
	},
	deleteProperty(target, prop) {
		console.log("deleteProperty");
		return Reflect.deleteProperty(target, prop);
	},
});

p.a; // 输出 --> get
p.a = 2; // 输出 --> set
"a" in p; // 输出 --> has
delete p.a; // 输出 --> deleteProperty

如上例子，用 Proxy 代理了 Obj 对象的属性访问、属性赋值、in 操作符、delete 的操作，并进行 console.log 输出。

Reflect

Reflect 是与 Proxy 搭配使用的一个 API，当劫持了某些操作时，如果需要再把这些操作反射回去，那么就需要 Reflect 这个 API。

由于拦截了对象的操作，所以这些操作该有的功能都丧失了，例如，访问属性 p.a 应该得到 a 属性的值，但此时却不会有任何结果，如果还想拥有拦截之前的功能，那就需要用 Reflect 反射回去。

const obj = { a: 1 };
const p = new Proxy(obj, {
	get(target, property, receiver) {
		console.log("get");
		return Reflect.get(target, property, receiver);
	},
	set(target, property, value, receiver) {
		console.log("set");
		return Reflect.set(target, property, receiver);
	},
	has(target, prop) {
		console.log("has");
		return Reflect.has(target, prop);
	},
	deleteProperty(target, prop) {
		console.log("deleteProperty");
		return Reflect.deleteProperty(target, prop);
	},
});

举个例子

以下全文都会通过这个例子来讲述 Vue3 响应式的原理。

<div id="app"></div>

<script>
	// 创建一个响应式对象
	const state = reactive({ counter: 1 });
	
	// 立即运行一个函数，当响应式对象的属性发生改变时重新执行。
	effect(() => {
		document.querySelector("#app").innerHTML = state.counter;
	});
	
	// 2s 后视图更新
	setTimeout(() => {
		state.counter += 1;
	}, 2000);
</script>

用 reactive 创建了一个响应式对象 state，并调用了 effect 方法，该方法接受一个副作用函数，effect 的执行会立即调用副作用函数，并将 state.counter 赋值给 #app.innerHTML；两秒后，state.counter += 1，此时，effect 的副作用函数会重新执行，页面也会变成 2.

内部的执行过程大概如下图所示：

调用 reactive() 返回一个 Proxy 代理对象，并劫持对象的 get 与 set 操作
调用 effect() 方法时，会访问属性 state.counter，此时会触发 proxy 的 get 操作。
get 方法会调用 track() 进行依赖收集；建立一个对象（state）、属性（counter）、effect 副作用函数的依赖关系；
set 方法会调用 trigger() 进行依赖更新；通过对象（state）与属性（coutner）找到对应的 effect 副作用函数，然后重新执行。

reactive

reactive 会返回如下一个 Proxy 对象

const reactive = (target) => {
  return new Proxy(target, {
    get(target, key, receiver) {
      const res = Reflect.get(target, key, receiver);

      track(target, key); // 收集依赖

      if (isObject(res)) {
        // 如果当前获取的属性值是一个对象，则继续将为此对象创建 Proxy 代理
        return reactive(res);
      }

      return res;
    },

    set(target, key, value, receiver) {
      Reflect.set(target, key, value, receiver);
      trigger(target, key); // 依赖更新
    },
  });
};

effect

let activeEffect;
function effect(fn) {
  const _effect = function reactiveEffect() {
    activeEffect = _effect;
    fn();
  };

  _effect();
}

首先定义全局的 activeEffect，它永远指向当前正在执行的 effect 副作用函数。effect 为 fn 创建一个内部的副作用函数，然后立即执行，此时会触发对象的 get 操作，调用 track() 方法。

effect(() => {
	// effect 的立即执行会访问 state.counter，触发了对象的 get 操作。
	document.querySelector("#app").innerHTML = state.counter;
});

track

track 会建立一个对象（state） => 属性（counter） => effect 的一个依赖关系

const targetMap = new WeakMap();
function track(target, key) {
	if (!activeEffect) {
		return;
	}

	let depsMap = targetMap.get(target);
	if (!depsMap) {
		targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
	}

	let dep = depsMap.get(key);
	if (!dep) {
		depsMap.set(key, (dep = new Set()));
	}

	if (!dep.has(activeEffect)) {
		dep.add(activeEffect);
	}
}

执行完成成后得到一个如下的数据结构：

[ // map 集合
  {
    key: {counter: 1} // state 对象,
    value: [ // map 集合
      {
        key: "counter",
        value: [ // set
          function reactiveEffect() {} // effect 副作用函数
        ],
      }
    ],
  },
];

注意：当调用 effect 时，会将当前的副作用函数赋值给全局的 activeEffect，所以此时可以正确关联其依赖。

trigger

当给 state.counter 赋值的时候就会触发代理对象的 set 操作，从而调用 trigger 方法

setTimeout(() => {
  // 给 counter 属性赋值会触发 set 操作
  state.counter += 1;
}, 2000);

function trigger(target, key) {
	const depsMap = targetMap.get(target);
	if (!depsMap) return;
	
	const effects = depsMap.get(key);
	effects && effects.forEach((effect) => effect());
}