深入理解Vue3响应式原理

目录

• 响应式原理
• 手写实现
• 1、实现Reactive
• 2、实现依赖的收集和触发
• effect影响函数
• 收集/添加依赖
• 触发依赖
• 3、移除/停止依赖
• 衍生类型
• 1、实现readonly
• 2、实现shallowReadonly
• 3、实现ref
• 4、实现computed
• 工具类

响应式原理

利用ES6中Proxy作为拦截器，在get时收集依赖，在set时触发依赖，来实现响应式。

手写实现

1、实现Reactive

基于原理，我们可以先写一下测试用例

 //reactive.spec.ts
 describe("effect", () => {
   it("happy path", () => {
     const original = { foo: 1 }; //原始数据
     const observed = reactive(original); //响应式数据
     expect(observed).not.toBe(original);
     expect(observed.foo).toBe(1); //正常获取数据
     expect(isReactive(observed)).toBe(true);
     expect(isReactive(original)).toBe(false);
     expect(isProxy(observed)).toBe(true);
   });
 });

首先实现数据的拦截处理，通过ES6的Proxy，实现获取和赋值操作。

 //reactive.ts
 //对new Proxy()进行包装
 export function reactive(raw) {
   return createActiveObject(raw, mutableHandlers);
 }
 function createActiveObject(raw: any, baseHandlers) {
   //直接返回一个Proxy对象，实现响应式
   return new Proxy(raw, baseHandlers);
 }

 //baseHandler.ts
 //抽离出一个handler对象
 export const mutableHandlers = {
   get:createGetter(),
   set:createSetter(),
 };
 function createGetter(isReadOnly: Boolean = false, shallow: Boolean = false) {
   return function get(target, key) {
     const res = Reflect.get(target, key);
     // 看看res是否是一个object
     if (isObject(res)) {
       //如果是，则进行嵌套处理,使得返回的对象中的 对象 也具备响应式
       return isReadOnly ? readonly(res) : reactive(res);
     }
     if (!isReadOnly) {
       //如果不是readonly类型，则收集依赖
       track(target, key);
     }
     return res;
   };
 }
 function createSetter() {
   return function set(target, key, value) {
     const res = Reflect.set(target, key, value);
     //触发依赖
     trigger(target, key);
     return res;
   };
 }

从上述代码中，我们可以️注意到track(target, key) 和trigger(target, key) 这两个函数，分别是对依赖的收集和触发。

依赖：我们可以把依赖认为是把用户对数据的操控（用户函数，副作用函数）包装成一个东西，我们在get的时候将依赖一个一个收集起来，set的时候全部触发，即可实现响应式效果。

2、实现依赖的收集和触发

 //effect.ts
 //全局变量
 let activeEffect: ReactiveEffect; //当前的依赖
 let shouldTrack: Boolean; //是否收集依赖
 const targetMap = new WeakMap(); //依赖树

targetMap结构：

targetMap: {

每一个target（depsMap）：{

每一个key（depSet）：[

每一个依赖

]

}

}

WeakMap和Map的区别

1、WeakMap只接受对象作为key，如果设置其他类型的数据作为key，会报错。

2、WeakMap的key所引用的对象都是弱引用，只要对象的其他引用被删除，垃圾回收机制就会释放该对象占用的内存，从而避免内存泄漏。

3、由于WeakMap的成员随时可能被垃圾回收机制回收，成员的数量不稳定，所以没有size属性。

4、没有clear()方法

5、不能遍历

首先我们定义一个依赖类，称为ReactiveEffect，对用户函数进行包装，赋予一些属性和方法。参考：前端手写面试题详细解答

 //effect.ts
 //响应式依赖 — ReactiveEffect类
 class ReactiveEffect {
   private _fn: any;  //用户函数，
   active = true; //表示当前依赖是否激活，如果清除过则为false
   deps: any[] = []; //包含该依赖的deps
   onStop?: () => void;  //停止该依赖的回调函数
   public scheduler: Function;  //调度函数
   //构造函数
   constructor(fn, scheduler?) {
     this._fn = fn;
     this.scheduler = scheduler;
   }
   //执行副作用函数
   run() {
     //用户函数，可以报错，需要用try包裹
     try {
       //如果当前依赖不是激活状态，不进行依赖收集，直接返回
       if (!this.active) {
         return this._fn();
       }
       //开启依赖收集
       shouldTrack = true;
       activeEffect = this;
       //调用时会触发依赖收集
       const result = this._fn();
       //关闭依赖收集
       shouldTrack = false;
       //返回结果
       return result;
     } finally {
       //todo
     }
   }
 }

effect影响函数

创建一个用户函数作用函数，称为effect，这个函数的功能为基于ReactiveEffect类创建一个依赖，触发用户函数（的时候，触发依赖收集），返回用户函数。

 //创建一个依赖
 export function effect(fn, option: any = {}) {
   //为当前的依赖创建响应式实例
   const _effect = new ReactiveEffect(fn, option.scheduler);
   Object.assign(_effect, option);
   //最开始调用一次,其中会触发依赖收集  _effect.run() -> _fn() -> get() -> track()
   _effect.run();
   const runner: any = _effect.run.bind(_effect);
   //在runner上挂载依赖，方便在其他地方通过runner访问到该依赖
   runner.effect = _effect;
   return runner;
 }

bind()：在原函数的基础上创建一个新函数，使新函数的this指向传入的第一个参数，其他参数作为新函数的参数

用户触发依赖收集时，将依赖添加到targetMap中。

收集/添加依赖

 //把依赖添加到targetMap对应target的key中，在重新set时在trigger中重新触发
 export function track(target: Object, key) {
   //如果不是track的状态，直接返回
   if (!isTracking()) return;
   // target -> key -> dep
   //获取对应target，获取不到则创建一个，并加进targetMap中
   let depsMap = targetMap.get(target);
   if (!depsMap) {
     targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
   }
   //获取对应key，获取不到则创建一个，并加进target中
   let depSet = depsMap.get(key);
   if (!depSet) {
     depsMap.set(key, (depSet = new Set()));
   }
   //如果depSet中已经存在该依赖，直接返回
   if (depSet.has(activeEffect)) return;
   //添加依赖
   trackEffects(depSet);
 }
 export function trackEffects(dep) {
   //往target中添加依赖
   dep.add(activeEffect);
   //添加到当前依赖的deps数组中
   activeEffect.deps.push(dep);
 }

触发依赖

 //一次性触发对应target中key的所有依赖
 export function trigger(target, key) {
   let depsMap = targetMap.get(target);
   let depSet = depsMap.get(key);
   //触发依赖
   triggerEffects(depSet);
 }
 export function triggerEffects(dep) {
   for (const effect of dep) {
     if (effect.scheduler) {
       effect.scheduler();
     } else {
       effect.run();
     }
   }
 }

3、移除/停止依赖

我们在ReactiveEffect这个类中，增加一个stop方法，来暂停依赖收集和清除已经存在的依赖

 //响应式依赖 — 类
 class ReactiveEffect {
   private _fn: any;  //用户函数，
   active = true; //表示当前依赖是否激活，如果清除过则为false
   deps: any[] = []; //包含该依赖的deps
   onStop?: () => void;  //停止该依赖的回调函数
   public scheduler: Function;  //调度函数
   //...
   stop() {
     if (this.active) {
       cleanupEffect(this);
       //执行回调
       if (this.onStop) {
         this.onStop();
       }
       //清除激活状态
       this.active = false;
     }
   }
 }
 //清除该依赖挂载的deps每一项中的该依赖
 function cleanupEffect(effect) {
   effect.deps.forEach((dep: any) => {
     dep.delete(effect);
   });
   effect.deps.length = 0;
 }
 //移除一个依赖
 export function stop(runner) {
   runner.effect.stop();
 }

衍生类型

1、实现readonly

readonly相比于reactive，实现上相对比较简单，它是一个只读类型，不会涉及set操作，更不需要收集/触发依赖。

 export function readonly(raw) {
   return createActiveObject(raw, readonlyHandlers);
 }
 export const readonlyHandlers = {
   get: readonlyGet,
   set: (key, target) => {
     console.warn(`key:${key} set 失败，因为target是一个readonly对象`, target);
     return true;
   },
 };
 const readonlyGet = createGetter(true);
 function createGetter(isReadOnly: Boolean = false, shallow: Boolean = false) {
   return function get(target, key) {
     if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
       return !isReadOnly;
     } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
       return isReadOnly;
     }
     //...
     // 看看res是否是一个object
     if (isObject(res)) {
       return isReadOnly ? readonly(res) : reactive(res);
     }
 ​
     if (!isReadOnly) {
       //收集依赖
       track(target, key);
     }
     return res;
   };
 }

2、实现shallowReadonly

我们先看一下shallow的含义

shallow：不深的, 浅的，不深的, 不严肃的, 肤浅的，浅薄的。

那么shallowReadonly，指的是只对最外层进行限制，而内部的仍然是一个普通的、正常的值。

 //shallowReadonly.ts
 export function shallowReadonly(raw) {
   return createActiveObject(raw, shallowReadonlyHandlers);
 }
 export const shallowReadonlyHandlers = extend({}, readonlyHandlers, {
   get: shallowReadonlyGet,
 });
 const shallowReadonlyGet = createGetter(true, true);
 function createGetter(isReadOnly: Boolean = false, shallow: Boolean = false) {
   return function get(target, key) {
     //..
     const res = Reflect.get(target, key);
     //是否shallow,是的话很直接返回
     if (shallow) {
       return res;
     }
     if (isObject(res)) {
       //...
     }
   };
 }

3、实现ref

ref相对reactive而言，实际上他不存在嵌套关系，就是一个value。

 //ref.ts
 export function ref(value: any) {
   return new RefImpl(value);
 }

我们来实现一下RefImpl类，原理其实跟reactive类似，只是一些细节处不同。

 //ref.ts
 class RefImpl {
   private _value: any; //转化后的值
   public dep; //依赖容器
   private _rawValue: any; //原始值，
   public _v_isRef = true; //判断ref类型
   constructor(value) {
     this._rawValue = value; //记录原始值
     this._value = convert(value); //存储转化后的值
     this.dep = new Set(); //创建依赖容器
   }
   get value() {
     trackRefValue(this); //收集依赖
     return this._value;
   }
   set value(newValue) {
     //新老值不同，才触发更改
     if (hasChanged(newValue, this._rawValue)) {
       // 一定先修改value，再触发依赖
       this._rawValue = newValue;
       this._value = convert(newValue);
       triggerEffects(this.dep);
     }
   }
 }

 //ref.ts
 //对value进行转换（value可能是object）
 export function convert(value: any) {
   return isObject(value) ? reactive(value) : value;
 }
 export function trackRefValue(ref: RefImpl) {
   if (isTracking()) {
     trackEffects(ref.dep);
   }
 }
 //effect.ts
 export function isTracking(): Boolean {
   //是否开启收集依赖 & 是否有依赖
   return shouldTrack && activeEffect !== undefined;
 }
 export function trackEffects(dep) {
   dep.add(activeEffect);
   activeEffect.deps.push(dep);
 }
 export function triggerEffects(dep) {
   for (const effect of dep) {
     if (effect.scheduler) {
       effect.scheduler();
     } else {
       effect.run();
     }
   }
 }

实现proxyRefs

 //实现对ref对象进行代理
 //如user = {
 //  age:ref(10),
 //  ...
 //}
 export function proxyRefs(ObjectWithRefs) {
   return new Proxy(ObjectWithRefs, {
     get(target, key) {
       // 如果是ref 返回.value
       //如果不是 返回value
       return unRef(Reflect.get(target, key));
     },
     set(target, key, value) {
       if (isRef(target[key]) && !isRef(value)) {
         target[key].value = value;
         return true; //?
       } else {
         return Reflect.set(target, key, value);
       }
     },
   });
 }

4、实现computed

computed的实现也很巧妙，利用调度器机制和一个私有变量_value，实现缓存和惰性求值。

通过注解（一）（二）（三）可理解其实现流程

 //computed
 import { ReactiveEffect } from "./effect"; ​
 class computedRefImpl {
   private _dirty: boolean = true;
   private _effect: ReactiveEffect;
   private _value: any;
   constructor(getter) {
     //创建时，会创建一个响应式实例，并且挂载
     this._effect = new ReactiveEffect(getter, () => {
       //（三）
       //当监听的值发生改变时，会触发set，此时触发当前依赖
       //因为存在调度器，不会立刻执行用户fn（实现了lazy），而是将_dirty更改为true
       //在下一次用户get时，会调用run方法，重新拿到最新的值返回
       if (!this._dirty) {
         this._dirty = true;
       }
     });
   }
   get value() {
     //（一）
     //默认_dirty是true
     //那么在第一次get的时候，会触发响应式实例的run方法，触发依赖收集
     //同时拿到用户fn的值，存储起来，然后返回出去
     if (this._dirty) {
       this._dirty = false;
       this._value = this._effect.run();
     }
     //（二）
     //当监听的值没有改变时，_dirty一直为false
     //所以，第二次get时，因为_dirty为false，那么直接返回存储起来的_value
     return this._value;
   }
 }
 export function computed(getter) {
   //创建一个computed实例
   return new computedRefImpl(getter);
 }

工具类

 //是否是reactive响应式类型
 export function isReactive(target) {
   return !!target[ReactiveFlags.IS_REACTIVE];
 }
 //是否是readonly响应式类型
 export function isReadOnly(target) {
   return !!target[ReactiveFlags.IS_READONLY];
 }
 //是否是响应式对象
 export function isProxy(target) {
   return isReactive(target) || isReadOnly(target);
 }
 //是否是对象
 export function isObject(target) {
   return typeof target === "object" && target !== null;
 }
 //是否是ref
 export function isRef(ref: any) {
   return !!ref._v_isRef;
 }
 //解构ref
 export function unRef(ref: any) {
   return isRef(ref) ? ref.value : ref;
 }
 //是否改变
 export const hasChanged = (val, newVal) => {
   return !Object.is(val, newVal);
 };

判断响应式类型的依据是，在get的时候，检查传进来的key是否等于某枚举值来做为判断依据，在get中加入

 //reactive.ts
 export const enum ReactiveFlags {
   IS_REACTIVE = "__v_isReactive",
   IS_READONLY = "__v_isReadOnly",
 }
 //baseHandler.ts
 function createGetter(isReadOnly: Boolean = false, shallow: Boolean = false) {
   return function get(target, key) {
     //...
     if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
       return !isReadOnly;
     } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
       return isReadOnly;
     }
     //...
   };
 }

到此这篇关于深入理解Vue3响应式原理的文章就介绍到这了,更多相关Vue3响应式原理内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！