手摸手教你实现Vue3 Reactivity
作者：HuberTRoy
前言
Vue3的响应式基于Proxy，对比Vue2中使用的Object.definedProperty的方式，使用Proxy在新增的对象以及数组的拦截上都有很好的支持。
Vue3的响应式是一个独立的系统，可以抽离出来使用，那他到底是如何实现的呢？
都知道有Getter和Setter，那Getter和Setter中分别都进行了哪些主要操作才能实现响应式呢？
哼哼，带着这些问题一起来看看吧，文章会一步一步实现一个完整的响应式系统(误)~。
开始
observer-util这个库使用了与Vue3同样的思路编写，Vue3中的实现更加复杂，从一个更加纯粹的库开始(我不会承认是因为Vue3中有些未看懂的，不会)。
根据官网的例子：
import { observable, observe } from '@nx-js/observer-util';
const counter = observable({ num: 0 });
const countLogger = observe(() => console.log(counter.num));
// this calls countLogger and logs 1
counter.num++;
这两个类似Vue3里的reactive和普通的响应式。
observable之后的对象被添加了代理，之后observe中添加的响应函数会在依赖的属性改变时调用一次。
小小思考
这里粗略思考是一个订阅发布的模型，被observable代理之后的对象建立一个发布者仓库，observe这时候会订阅counter.num，之后订阅的内容改变时便会一一回调。
伪代码：
// 添加监听
xxx.addEventListener('counter.num', () => console.log(counter.num))
// 改变内容
counter.num++
// 发送通知
xxx.emit('counter.num', counter.num)
而响应式的核心也就是这个，添加监听与发送通知会经由observable和observe自动完成。
代码实现
经由上面的思考，在Getter里我们需要将observe传过来的回调添加到订阅仓库中。
具体的实现中observable会为这个观察的对象添加一个handler，在Getter的handler中有一个
registerRunningReactionForOperation({ target, key, receiver, type: 'get' })
const connectionStore = new WeakMap()
// reactions can call each other and form a call stack
const reactionStack = []
// register the currently running reaction to be queued again on obj.key mutations
export function registerRunningReactionForOperation (operation) {
// get the current reaction from the top of the stack
const runningReaction = reactionStack[reactionStack.length - 1]
if (runningReaction) {
debugOperation(runningReaction, operation)
registerReactionForOperation(runningReaction, operation)
}
}
这个函数会获取出一个reaction(也就是observe传过来的回调)，并且通过registerReactionForOperation保存。
export function registerReactionForOperation (reaction, { target, key, type }) {
if (type === 'iterate') {
key = ITERATION_KEY
}
const reactionsForObj = connectionStore.get(target)
let reactionsForKey = reactionsForObj.get(key)
if (!reactionsForKey) {
reactionsForKey = new Set()
reactionsForObj.set(key, reactionsForKey)
}
// save the fact that the key is used by the reaction during its current run
if (!reactionsForKey.has(reaction)) {
reactionsForKey.add(reaction)
reaction.cleaners.push(reactionsForKey)
}
}
这里生成了一个Set，根据key，也就是实际业务中get时候的key，将这个reaction添加进Set中，整个的结构是这样的：
connectionStore<weakMap>: {
// target eg: {num: 1}
target: <Map>{
num: (reaction1, reaction2...)
}
}
注意这里的reaction，const runningReaction = reactionStack[reactionStack.length - 1] 通过全局变量reactionStack获取到的。
export function observe (fn, options = {}) {
// wrap the passed function in a reaction, if it is not already one
const reaction = fn[IS_REACTION]
? fn
: function reaction () {
return runAsReaction(reaction, fn, this, arguments)
}
// save the scheduler and debugger on the reaction
reaction.scheduler = options.scheduler
reaction.debugger = options.debugger
// save the fact that this is a reaction
reaction[IS_REACTION] = true
// run the reaction once if it is not a lazy one
if (!options.lazy) {
reaction()
}
return reaction
}
export function runAsReaction (reaction, fn, context, args) {
// do not build reactive relations, if the reaction is unobserved
if (reaction.unobserved) {
return Reflect.apply(fn, context, args)
}
// only run the reaction if it is not already in the reaction stack
// TODO: improve this to allow explicitly recursive reactions
if (reactionStack.indexOf(reaction) === -1) {
// release the (obj -> key -> reactions) connections
// and reset the cleaner connections
releaseReaction(reaction)
try {
// set the reaction as the currently running one
// this is required so that we can create (observable.prop -> reaction) pairs in the get trap
reactionStack.push(reaction)
return Reflect.apply(fn, context, args)
} finally {
// always remove the currently running flag from the reaction when it stops execution
reactionStack.pop()
}
}
}
在runAsReaction中，会将传入的reaction(也就是上面的const reaction = function() { runAsReaction(reaction) })执行自己的包裹函数压入栈中，并且执行fn，这里的fn即我们想自动响应的函数，执行这个函数自然会触发get，此时的reactionStack中则会存在这个reaction。这里注意fn如果里面有异步代码的情况，try finally的执行顺序是这样的:
// 执行try的内容，
// 如果有return执行return内容，但不会返回，执行finally后返回，这里面不会阻塞。
function test() {
try {
console.log(1);
const s = () => { console.log(2); return 4; };
return s();
} finally {
console.log(3)
}
}
// 1 2 3 4
console.log(test())
所以如果异步代码阻塞并且先于Getter执行，那么就不会收集到这个依赖。
模仿
目标实现observable和observe以及衍生出来的Vue中的computed。
借用Vue3的思路，get时的操作称为track，set时的操作称为trigger，回调称为effect。
先来个导图：
function createObserve(obj) {
let handler = {
get: function (target, key, receiver) {
let result = Reflect.get(target, key, receiver)
track(target, key, receiver)
return result
},
set: function (target, key, value, receiver) {
let result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
trigger(target, key, value, receiver)
return result
}
}
let proxyObj = new Proxy(obj, handler)
return proxyObj
}
function observable(obj) {
return createObserve(obj)
}
这里我们只作了一层Proxy封装，像Vue中应该会做一个递归的封装。
区别是只做一层封装的话只能检测到外层的=操作，内层的如Array.push，或者嵌套的替换等都是无法经过set和get的。
实现track
在track中我们会将当前触发的effect也就是observe的内容或者其他内容压入关系链中，以便trigger时可以调用到这个effect。
const targetMap = new WeakMap()
let activeEffectStack = []
let activeEffect
function track(target, key, receiver?) {
let depMap = targetMap.get(target)
if (!depMap) {
targetMap.set(target, (depMap = new Map()))
}
let dep = depMap.get(key)
if (!dep) {
depMap.set(key, ( dep = new Set() ))
}
if (!dep.has(activeEffect)) {
dep.add(activeEffect)
}
}
targetMap是一个weakMap，使用weakMap的好处是当我们observable的对象不存在其他引用的时候会正确的被垃圾回收掉，这一条链是我们额外建立的内容，原对象不存在的情况下不应该在继续存在。
这里面最终会形成一个:
targetMap = {
<Proxy 或者 Object>observeable: <Map>{
<observeable中的某一个key>key: ( observe, observe, observe... )
}
}
activeEffectStack和activeEffect是两个用于数据交换的全局变量，我们在get中会把当前的activeEffect添加到get的key的生成的Set中保存起来，让set操作可以拿到这个activeEffect然后再次调用，实现响应式。
实现trigger
function trigger(target, key, value, receiver?) {
let depMap = targetMap.get(target)
if (!depMap) {
return
}
let dep = depMap.get(key)
if (!dep) {
return
}
dep.forEach((item) => item && item())
}
trigger这里按照思路实现一个最小的内容，只是将get中添加的effect逐个调用。
实现observe
根据导图，在observe中我们需要将传入的function压入activeEffectStack并调用一次function触发get。
function observe(fn:Function) {
const wrapFn = () => {
const reaction = () => {
try {
activeEffect = fn
activeEffectStack.push(fn)
return fn()
} finally {
activeEffectStack.pop()
activeEffect = activeEffectStack[activeEffectStack.length-1]
}
}
return reaction()
}
wrapFn()
return wrapFn
}
function有可能出错，finally中的代码保证activeEffectStack中对应的那个会被正确删除。
测试
let p = observable({num: 0})
let j = observe(() => {console.log("i am observe:", p.num);)
let e = observe(() => {console.log("i am observe2:", p.num)})
// i am observe: 1
// i am observe2: 1
p.num++
实现computed
在Vue中一个很有用的东西是计算属性(computed)，它是依赖于其他属性而生成的新值，会在它依赖的其他值更改时自动更改。
我们在实现了ovserve之后computed就实现了一大半。
class computedImpl {
private _value
private _setter
private effect
constructor(options) {
this._value = undefined
this._setter = undefined
const { get, set } = options
this._setter = set
this.effect = observe(() => {
this._value = get()
})
}
get value() {
return this._value
}
set value (val) {
this._setter && this._setter(val)
}
}
function computed(fnOrOptions) {
let options = {
get: null,
set: null
}
if (fnOrOptions instanceof Function) {
options.get = fnOrOptions
} else {
const { get, set } = fnOrOptions
options.get= get
options.set = set
}
return new computedImpl(options)
}
computed有两种方式，一种是computed(function)这样会当做get，另外还可以设置setter，setter更多的像是一个回调可以和依赖的其他属性完全没有关系。
let p = observable({num: 0})
let j = observe(() => {console.log("i am observe:", p.num); return `i am observe: ${p.num}`})
let e = observe(() => {console.log("i am observe2:", p.num)})
let w = computed(() => { return '我是computed 1:' + p.num })
let v = computed({
get: () => {
return 'test computed getter' + p.num
},
set: (val) => {
p.num = `test computed setter${val}`
}
})
p.num++
// i am observe: 0
// i am observe2: 0
// i am observe: 1
// i am observe2: 1
// 我是computed 1:1
console.log(w.value)
v.value = 3000
console.log(w.value)
// i am observe: test computed setter3000
// i am observe2: test computed setter3000
// 我是computed 1:test computed setter3000
w.value = 1000
// 并没有为w设置setter所以并没有生效
// 我是computed 1:test computed setter3000
console.log(w.value)
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