相关概念

数据驱动

学习 Vue 的时候经常能看到三个词：数据响应式、双向绑定、数据驱动。

数据响应式
- 数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象，而当我们改变数据的时候，视图会进行更新，避免了繁琐的 DOM 操作，提高开发效率。
双向绑定
- 数据改变，视图改变；视图改变，数据改变。
- 可以使用 v-model 在表单元素上创建双向数据绑定。
数据驱动
- Vue 最独特的特性之一，开发过程仅需要关注数据本身，不需要关心数据是如何渲染到视图的。

数据响应式的核心原理

Vue2.x

官方介绍：当你把一个普通的 JavaScript 对象传入 Vue 实例作为 data 选项，Vue 将遍历此对象所有的 property，并使用 Object.defineProperty 把这些 property 全部转为 getter/setter。Object.defineProperty 是 ES5 中一个无法 shim 的特性，这也就是 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。
用 Object.defineProperty 定义的对象的属性，如果实现它的 getter 函数，在访问该属性时，会调用此函数；如果实现它的 setter 函数，当属性值被修改时，会调用此函数，函数被接收新值作为参数。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>defineProperty 多个成员</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    hello
  </div>
  <script>
    // 模拟 Vue 中的 data 选项
    let data = {
      msg: 'hello',
      count: 10
    }
    // 模拟 Vue 的实例
    let vm = {}
    proxyData(data)
    function proxyData(data) {
      // 遍历 data 对象的所有属性
      Object.keys(data).forEach(key => {
        // 把 data 中的属性，转换成 vm 的 setter/setter
        Object.defineProperty(vm, key, {
          enumerable: true,
          configurable: true,
          get () {
            console.log('get: ', key, data[key])
            return data[key]
          },
          set (newValue) {
            console.log('set: ', key, newValue)
            if (newValue === data[key]) {
              return
            }
            data[key] = newValue
            // 数据更改，更新 DOM 的值
            document.querySelector('#app').textContent = data[key]
          }
        })
      })
    }
    // 测试
    vm.msg = 'Hello World'
    console.log(vm.msg)
  </script>
</body>
</html>

Vue3

官方介绍：当我们从一个组件的 data 函数中返回一个普通的 JavaScript 对象时，Vue 会将该对象包裹在一个带有 get 和 set 处理程序的 Proxy 中。Proxy 是在 ES6 中引入的，它使 Vue 3 避免了 Vue 早期版本中存在的一些响应性问题。Proxy 是一个对象，它包装了另一个对象，并允许你拦截对该对象的任何交互。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Proxy</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    hello
  </div>
  <script>
    // 模拟 Vue 中的 data 选项
    let data = {
      msg: 'hello',
      count: 0
    }
    // 模拟 Vue 实例
    let vm = new Proxy(data, {
      // 执行代理行为的函数
      // 当访问 vm 的成员会执行
      get (target, key) {
        console.log('get, key: ', key, target[key])
        return target[key]
      },
      // 当设置 vm 的成员会执行
      set (target, key, newValue) {
        console.log('set, key: ', key, newValue)
        if (target[key] === newValue) {
          return
        }
        target[key] = newValue
        document.querySelector('#app').textContent = target[key]
      }
    })
    // 测试
    vm.msg = 'Hello World'
    console.log(vm.msg)
  </script>
</body>
</html>

发布/订阅模式和观察者模式

发布/订阅模式

发布订阅模式有三个角色：发布者、订阅者、信号中心。发布者不会直接把信息发给订阅者，而是传给信号中心，由信号中心按需发给订阅者。

<!DOCTYPE html>
<html lang="cn">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>发布订阅模式</title>
</head>
<body>
  <script>
    // 事件触发器
    class EventEmitter {
      constructor () {
        // { 'click': [fn1, fn2], 'change': [fn] }
        this.subs = Object.create(null)
      }
      // 注册事件(订阅消息) 的方法
      $on (eventType, handler) {
        this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
        this.subs[eventType].push(handler)
      }
      // 触发事件(发布消息) 的方法
      $emit (eventType) {
        if (this.subs[eventType]) {
          this.subs[eventType].forEach(handler => {
            handler()
          })
        }
      }
    }
    // 测试
    let em = new EventEmitter()
    em.$on('click', () => {
      console.log('click1')
    })
    em.$on('click', () => {
      console.log('click2')
    })
    em.$emit('click')  // click1 click2
  </script>
</body>
</html>

观察者模式

观察者模式没有中间的事件中心，只有发布者和观察者，并且发布者需要知道观察者的存在。所以发布者要存储观察者，当发布信息时，调用方法通知观察者。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>观察者模式</title>
</head>
<body>
  <script>
    // 发布者-目标
    class Dep {
      constructor () {
        // 记录所有的订阅者
        this.subs = []
      }
      // 添加订阅者
      addSub (sub) {
        if (sub && sub.update) {
          this.subs.push(sub)
        }
      }
      // 发布通知
      notify () {
        this.subs.forEach(sub => {
          sub.update()
        })
      }
    }
    // 订阅者-观察者
    class Watcher {
      update () {
        console.log('update')
      }
    }
    // 测试
    let dep = new Dep()
    let watcher = new Watcher()
    dep.addSub(watcher)
    dep.notify()
  </script>
</body>
</html>

总结

观察者模式是由具体目标调度，比如当事件触发，Dep 就会去调用观察者的方法，所以观察者模式的订阅者与发布者之间是存在依赖的。
发布/订阅模式由统一调度中心调用，因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在。

分析

Vue 的基本结构

首先 new 一个 Vue 实例，构造函数接收一个对象，这个对象有 el 和 data 属性。

<!DOCTYPE html>
<html lang="cn">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Vue 基础结构</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    <h1>插值表达式</h1>
    <h3>{{ msg }}</h3>
    <h3>{{ count }}</h3>
    <h1>v-text</h1>
    <div v-text="msg"></div>
    <h1>v-model</h1>
    <input type="text" v-model="msg">
    <input type="text" v-model="count">
  </div>
  <script src="./js/vue.js"></script>
  <script>
    let vm = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        msg: 'Hello Vue',
        count: 20,
        items: ['a', 'b', 'c']
      }
    })
  </script>
</body>
</html>

打印出这个 Vue 实例，我们要实现的是在实例上挂载一些属性：

data中的成员以及它们的 getter 和 setter 函数。
$data：这个对象里面存放了原来 data 中的成员以及它们的 getter 和 setter，这里的 setter 是真正监视数据变化的函数。
$options：记录传入 Vue 构造函数的参数。
$el：传入的参数中的 el 可以是选择器，也可以是 DOM 对象。$el 是一个 DOM 对象，如果传入的是选择器，需要获取对应的 DOM 对象。

一个最小版本的 Vue 的整体结构：

Vue
- 把 data 中的成员注入到 Vue 实例，并且把 data 中的成员转成 getter/setter
Observer
- 监听 data 中的所有属性，如有变动可拿到最新值并通知 Dep
Compiler
- 解析每个元素中的指令/插值表达式，并替换成相应的数据
Dep
- 添加观察者，当数据变化时通知观察者
Watcher
- 数据变化时更新视图

Vue

功能

负责接收初始化的参数(选项)
负责把 data 的属性注入到 Vue 实例中，转换成 getter/setter
负责调用 observer 监听 data 中所有属性的变化
负责调用 compiler 解析指令/插值表达式

结构

        Vue
------------
+ $options
+ $el
+ $data
-------------
- _proxyData()

实现

class Vue {
  constructor (options) {
    // 1. 通过属性保存选项的数据
    this.$options = options || {}
    this.$data = options.data || {}
    this.$el = typeof options.el === 'string' ? document.querySelector(options.el) : options.el
    // 2. 把data中的成员转换成getter和setter，并注入到vue实例中
    this._proxyData(this.$data)
    // 3. 调用observer对象，监听数据的变化
    new Observer(this.$data)
    // 4. 调用compiler对象，解析指令和差值表达式
    new Compiler(this)
  }
  _proxyData (data) {
    // 遍历data中的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key => {
      // 把data的属性注入到vue实例中
      Object.defineProperty(this, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get () {
          return data[key]
        },
        set (newValue) {
          if (newValue === data[key]) {
            return
          }
          data[key] = newValue
        }
      })
    })
  }
}

Observer

功能

负责把 data 选项中的属性转换成响应式数据
data 中的某个属性也是对象，把该属性也转换成响应式数据
数据变化发送通知

结构

        Observer
---------------
+ walk(data)
+ defineReactive(data, key, value)

实现

class Observer {
  constructor (data) {
    this.walk(data)
  }
  walk (data) {
    // 1. 判断data是否是对象
    if (!data || typeof data !== 'object') {
      return
    }
    // 2. 遍历data对象的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key => {
      this.defineReactive(data, key, data[key])
    })
  }
  defineReactive (obj, key, val) {
    let that = this
    // 负责收集依赖，并发送通知
    let dep = new Dep()
    // 如果val是对象，把val内部的属性转换成响应式数据
    this.walk(val)
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get () {
        // 收集依赖
        Dep.target && dep.addSub(Dep.target)
        return val
      },
      set (newValue) {
        if (newValue === val) {
          return
        }
        val = newValue
        that.walk(newValue) // 1. 这里直接使用this指向的是data  2.当值从一个基础类型改成对象，对象里的属性也要转换 getter/setter
        // 发送通知
        dep.notify()
      }
    })
  }
}

Compiler

功能

负责编译模板，解析指令/插值表达式
负责页面的首次渲染
当数据变化后重新渲染视图

结构

        Compiler
---------------
+ el
+ vm
--------------
+ compile(el)
+ compileElement(node)
+ compileText(node)
+ isDirective(attrName)
+ isTextNode(node)
+ isElementNode(node)

实现

class Compiler {
  constructor (vm) {
    this.el = vm.$el
    this.vm = vm
    this.compile(this.el)
  }
  // 编译模板，处理文本节点和元素节点
  compile (el) {
    let childNodes = el.childNodes
    Array.from(childNodes).forEach(node => {
      // 处理文本节点
      if (this.isTextNode(node)) {
        this.compileText(node)
      } else if (this.isElementNode(node)) {
        // 处理元素节点
        this.compileElement(node)
      }
      // 判断node节点，是否有子节点，如果有子节点，要递归调用compile
      if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
        this.compile(node)
      }
    })
  }
  // 编译元素节点，处理指令
  compileElement (node) {
    // console.log(node.attributes)
    // 遍历所有的属性节点
    Array.from(node.attributes).forEach(attr => {
      // 判断是否是指令
      let attrName = attr.name
      if (this.isDirective(attrName)) {
        // v-text --> text
        attrName = attrName.substr(2)
        let key = attr.value
        this.update(node, key, attrName)
      }
    })
  }
  update (node, key, attrName) {
    let updateFn = this[attrName + 'Updater']
    updateFn && updateFn.call(this, node, this.vm[key], key)
  }
  // 处理 v-text 指令
  textUpdater (node, value, key) {
    node.textContent = value
    new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
      node.textContent = newValue
    })
  }
  // v-model
  modelUpdater (node, value, key) {
    node.value = value
    new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
      node.value = newValue
    })
    // 双向绑定
    node.addEventListener('input', () => {
      this.vm[key] = node.value
    })
  }
  // 编译文本节点，处理差值表达式
  compileText (node) {
    // console.dir(node)
    // {{  msg }}
    let reg = /\{\{(.+?)\}\}/
    let value = node.textContent
    if (reg.test(value)) {
      let key = RegExp.$1.trim()
      node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])
      // 创建watcher对象，当数据改变更新视图
      new Watcher(this.vm, key, (newValue) => {
        node.textContent = newValue
      })
    }
  }
  // 判断元素属性是否是指令
  isDirective (attrName) {
    return attrName.startsWith('v-')
  }
  // 判断节点是否是文本节点
  isTextNode (node) {
    return node.nodeType === 3
  }
  // 判断节点是否是元素节点
  isElementNode (node) {
    return node.nodeType === 1
  }
}

Dep

功能

收集依赖，添加观察者（watcher）
通知所有观察者

结构

        Dep
---------------
+ subs
--------------
+ addSub(sub)
+ notify()

实现

class Dep {
  constructor () {
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
  }
  // 添加观察者
  addSub (sub) {
    if (sub && sub.update) {
      this.subs.push(sub)
    }
  }
  // 发送通知
  notify () {
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update()
    })
  }
}

Wacther

功能

当数据变化触发依赖，dep 通知所有的 Watcher 实例更新视图
自身实例化的时候往 dep 对象中添加自己

结构

        Watcher
---------------
+ vm
+ key
+ cb
+ oldValue
--------------
+ update()

实现

class Watcher {
  constructor (vm, key, cb) {
    this.vm = vm
    // data中的属性名称
    this.key = key
    // 回调函数负责更新视图
    this.cb = cb
    // 把watcher对象记录到Dep类的静态属性target
    Dep.target = this
    // 触发get方法，在get方法中会调用addSub
    this.oldValue = vm[key]
    Dep.target = null
  }
  // 当数据发生变化的时候更新视图
  update () {
    let newValue = this.vm[this.key]
    if (this.oldValue === newValue) {
      return
    }
    this.cb(newValue)
  }
}

总结

Vue
- 记录传入的选项，设置 $data/$el
- 把 data 的成员注入到 Vue 实例
- 负责调用 Observer 实现数据响应式处理（数据劫持）
- 负责调用 Compiler 编译指令/插值表达式等
Observer
- 数据劫持
  - 负责把 data 中的成员转换成 getter/setter
  - 负责把多层属性转换成 getter/setter
  - 如果给属性赋值为新对象，把新对象的成员设置为 getter/setter
- 添加 Dep 和 Watcher 的依赖关系
- 数据变化发送通知
Compiler
- 负责编译模板，解析指令/插值表达式
- 负责页面的首次渲染过程
- 当数据变化后重新渲染
Dep
- 收集依赖，添加订阅者(watcher)
- 通知所有订阅者
Watcher
- 自身实例化的时候往dep对象中添加自己
- 当数据变化dep通知所有的 Watcher 实例更新视图

Demo

<!DOCTYPE html>
<html lang="cn">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Mini Vue</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    <h1>差值表达式</h1>
    <h3>{{ msg }}</h3>
    <h3>{{ count }}</h3>
    <h1>v-text</h1>
    <div v-text="msg"></div>
    <h1>v-model</h1>
    <input type="text" v-model="msg">
    <input type="text" v-model="count">
  </div>
  <script src="./js/dep.js"></script>
  <script src="./js/watcher.js"></script>
  <script src="./js/compiler.js"></script>
  <script src="./js/observer.js"></script>
  <script src="./js/vue.js"></script>
  <script>
    let vm = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        msg: 'Hello Vue',
        count: 100,
        person: { name: 'zs' }
      }
    })
    console.log(vm.msg)
    // vm.msg = { test: 'Hello' }
    vm.test = 'abc'
  </script>
</body>
</html>

part3 Vue.js

模拟 Vue.js 响应式原理