图解Vue 响应式流程及原理
作者：井柏然
阅读本文能够帮助你什么？
- 在学习vue源码的时候发现组件化过程很绕？
- 在响应式过程中
Observer、Dep、Watcher三大对象傻傻分不清？ - 搞不清楚对象、数组依赖收集、派发更新的流程？
dep、watcher互调造成混乱？ - 学了一遍好像懂了又好像不全懂的感觉？而且缺乏大体流程概念？
- 或者像我一样，有段时间没看vue源码好像有点遗忘？但是想快速回顾却无从下手？
本文主要分为1. 组件化；2. 响应式原理；3. 彩蛋(computed和watch)进行讲解。本文调试源码的vue版本是v2.6.14。整篇将采用源码讲解 + 流程图的方式详细还原整个Vue响应式原理的全过程。你可以了解到Dep.target、pushTarget、popTarget；响应式中的三大Watcher；Dep、Wathcer多对多的，互相收集的关系。
这篇是进阶的 Vue 响应式源码解析，文章比较长，内容比较深，大家可以先mark后看。看不懂的不要强行看，可以先看看其他作者的偏简单一点的源码解析文章，然后好好消化。等过段时间再回来看这篇，相信你由浅入深后再看本文，一定会有意想不到的收获～
一、组件化流程
在讲解整个响应式原理之前，先介绍一下Vue中另一个比较核心的概念——组件化，个人认为这也是学习响应式的前置核心。搞懂组件化，响应式学习如虎添翼！
1. 整个new Vue阶段做了什么？
- 执行init操作。包括且不限制
initLifecycle、initState等 - 执行mount。进行元素挂载
- compiler步骤在runtime-only版本中没有。
- compiler步骤对template属性进行编译，生成render函数。
- 一般在项目中是在
.vue文件开发，通过vue-loader处理生成render函数。
执行render。生成vnode
<div id="app">{{ message }}</div>
render (h) {
return h('div', {
attrs: {
id: 'app'
},
}, this.message)
}
- render例子，如下
- 对应手写的render函数
- patch。新旧vnode经过diff后，渲染到真实dom上
2. 普通dom元素如何渲染到页面？
- 执行
$mount。- 实际执行
mountComponent - 这里会实例化一个Watcher
- Watcher中会执行
get方法，触发updateComponent
- 实际执行
- 执行
updateComponent。执行vm._update(vm._render(), hydrating) - 执行
vm.render()。- render其实调用
createElment(h函数) - 根据tag的不同，生成组件、原生VNode并返回
- render其实调用
- 执行
vm.update()。createElm()到createChildren()递归调用 - 将VNode转化为真实的dom，并且最终渲染到页面
3. 组件如何渲染到页面？
这里以如下代码案例讲解更加清晰～没错，就是这么熟悉！就是一个初始化的Vue项目
// mian.js
import Vue from 'vue'
import App from './App.vue'
new Vue({
render: h => h(App),
}).$mount('#app')
// App.vue
<template>
<div id="app">
<p>{{ msg }}</p>
</div>
</template>
<script>
export default {
name: 'App',
data () {
return {
msg: 'hello world'
}
}
}
</script>
主要讲解组件跟普通元素的不同之处，主要有2点：
如何生成VNode——创建组件VNodecreateComponent
如何patch——组件new Vue到patch流程createComponent
$vnode：占位符vnode。最终渲染vnode挂载的地方。所有的组件通过递归调用createComponent直至不再存在组件VNode，最终都会转化成普通的dom。
{
tag: 'vue-component-1-App',
componentInstance: {组件实例},
componentOptions: {Ctor, ..., }
}
_vnode：渲染vnode。
{
tag: 'div',
{
"attrs": {
"id": "app"
}
},
// 对应占位符vnode: $vnode
parent: {
tag: 'vue-component-1-App',
componentInstance: {组件实例},
componentOptions: {Ctor, ..., }
},
children: [
// 对应p标签
{
tag: 'p',
// 对应p标签内的文本节点{{ msg }}
children: [{ text: 'hello world' }]
}, {
// 如果还有组件VNode其实也是一样的
tag: 'vue-component-2-xxx'
}
]
}
(注意：这一步对应上图render流程的紫色块的展开！！！)
区分普通元素VNode
- 普通VNode：tag是html的保留标签，如
tag: 'div' - 组件VNode：tag是以
vue-component开头，如tag: 'vue-component-1-App'
(注意：这一步对应上图patch流程的紫色块的展开！！！)
4. Vue组件化简化流程
相信你看完细粒度的Vue组件化过程可能已经晕头转向了，这里会用一个简化版的流程图进行回顾，加深理解
二、响应式流程
案例代码
// 案例
export default {
name: 'App',
data () {
return {
msg: 'hello world',
arr = [1, 2, 3]
}
}
}
1. 依赖收集
这里会从Observer、Dep、Watcher三个对象进行讲解，分 object、array 两种依赖收集方式。
- 一定要注意！数组 的依赖收集 跟 对象的属性 是不一样的。对象属性经过深度遍历后，最终就是以一个基本类型的数据为单位收集依赖，但是数组仍然是一个引用类型。
- 如果这里不懂，先想一个问题： 我们用
this.msg = 'xxx'能触发setter派发更新，但是我们修改数组并不是用this.arr = xxx，而是用this.arr.push(xxx)等修改数组的方法。很显然，这时候并不是通过触发arr的setter去派发更新的。那是怎么做的呢？先带着这个问题继续往下看吧！
三个核心对象：Observer(蓝)、Dep(绿)、Watcher(紫)
依赖收集准备阶段——Observer、Dep的实例化
// 以下是initData调用的方法讲解，排列遵循调用顺序
function observe (value, asRootData) {
if (!isObject(value)) return // 非对象则不处理
// 实例化Observer对象
var ob;
ob = new Observer(value);
return ob
}
function Observer (value) {
this.value = value; // 保存当前的data
this.dep = new Dep(); // 实例化dep，数组进行依赖收集的dep（对应案例中的arr）
def(value, '__ob__', this);
if (Array.isArray(value)) {
if (hasProto) {
// 这里会改写数组原型。__proto__指向重写数组方法的对象
protoAugment(value, arrayMethods);
} else {
copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys);
}
this.observeArray(value);
} else {
this.walk(value);
}
}
// 遍历数组元素，执行对每一项调用observe，也就是说数组中有对象会转成响应式对象
Observer.prototype.observeArray = function observeArray (items) {
for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
observe(items[i]);
}
}
// 遍历对象的全部属性，调用defineReactive
Observer.prototype.walk = function walk (obj) {
var keys = Object.keys(obj);
// 如案例代码，这里的 keys = ['msg', 'arr']
for (var i = 0; i < keys.length; i++) {
defineReactive(obj, keys[i]);
}
}
function defineReactive (obj, key, val) {
// 产生一个闭包dep
var dep = new Dep();
// 如果val是object类型，递归调用observe，案例代码中的arr会走这个逻辑
var childOb = !shallow && observe(val);
Object.defineProperty(obj, key, {
get: function reactiveGetter () {
// 求value的值
var value = getter ? getter.call(obj) : val;
if (Dep.target) { // Dep.target就是当前的Watcher
// 这里是闭包dep
dep.depend();
if (childOb) {
// 案例代码中arr会走到这个逻辑
childOb.dep.depend(); // 这里是Observer里的dep，数组arr在此依赖收集
if (Array.isArray(value)) {
dependArray(value);
}
}
}
return value
},
set: function reactiveSetter (newVal) {
// 下文派发更新里进行讲解
}
});
}
注意 对象 、 数组 的不同处理方式。这里以 核心代码 + 图 进行讲解
接下来核心分析 defineReactive 做了什么。注意 childOb ，这是数组进行依赖收集的地方（也就是为什么我们 this.arr.push(4) 能找到 Watcher 进行派发更新）
依赖收集触发阶段——Wather实例化、访问数据、触发依赖收集
// new Wathcer核心
function Watcher (vm, expOrFn, cb, options, isRenderWatcher) {
if (typeof expOrFn === 'function') {
// 渲染watcher中，这里传入的expOrFn是updateComponent = vm.update(vm.render())
// this.getter等价于vm.update(vm.render())
this.getter = expOrFn;
} else {
...
}
// 这里进行判断，lazy为true时(计算属性)则什么都不执行，否则执行get
this.value = this.lazy
? undefined
: this.get(); // 本次为渲染Watcher，执行get，继续往下看～
}
// Watcher的get方法
Watcher.prototype.get = function get () {
// 这里很关键，pushTarget就是把当前的Wather赋值给“Dep.target”
pushTarget(this);
var value;
var vm = this.vm;
try {
// 1. 这里调用getter，也就是执行vm.update(vm.render())
// 2. 执行vm.render函数就会访问到响应式数据，触发get进行依赖收集
// 3. 此时的Dep.target为当前的渲染Watcher，数据就可以理所应当的把Watcher加入自己的subs中
// 4. 所以此时，Watcher就能监测到数据变化，实现响应式
value = this.getter.call(vm, vm);
} catch (e) {
...
} finally {
popTarget();
/*
* cleanupDeps是个优化操作，会移除Watcher对本次render没被使用的数据的观测
* 效果：处于v-if为false中的响应式数据改变不会触发Watcher的update
* 感兴趣的可以自己去debugger调试，这里就不展开了
*/
this.cleanupDeps();
}
return value
}
Dep.target相关讲解
- targetStack：栈结构，用来保存
Watcher - pushTarget：往
targetStack中push当前的Watcher（排在前一个Watcher的后面），并把Dep.target赋值给当前Watcher - popTarget：先把
targetStack最后一个元素弹出(.pop)，再把Dep.target赋值给最后一个Watcher(也就是还原了前一个Watcher) - 通过上述实现，vue保证了
全局唯一的Watcher，准确赋值在Dep.target中
细节太多绕晕了？来个整体流程，从宏观角度再过一遍(computed部分可看完彩蛋后再回来重温一下)
2. 派发更新
派发更新区分对象属性、数组方法进行讲解
如果想要深入了解组件的异步更新，戳这里，了解Vue组件异步更新之nextTick。本文只针对派发更新流程，不会对异步更新DOM进行展开讲解～
这里可以先想一下，以下操作会发生什么？
this.msg = 'new val'
this.arr.push(4)
是的，毫无疑问都会先触发他们之中的get，那再触发什么呢？我们接下来看
对象属性修改触发set，派发更新。this.msg = 'new val'
...
Object.defineProperty (obj, key, {
get () {...},
set: function reactiveSetter (newVal) {
var value = getter ? getter.call(obj) : val;
// 判断新值相比旧值是否已经改变
if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
return
}
// 如果新值是引用类型，则将其转化为响应式
childOb = !shallow && observe(newVal);
// 这里通知dep的所有watcher进行更新
dep.notify();
}
}
...
数组调用方法。this.arr.push(4)
// 数组方法改写是在 Observer 方法中
function Observer () {
if (hasProto) {
// 用案例讲解，也就是this.arr.__proto__ = arrayMethods
protoAugment(value, arrayMethods);
}
}
// 以下是数组方法重写的实现
var arrayProto = Array.prototype; // 保存真实数组的原型
var arrayMethods = Object.create(arrayProto); // 以真数组为原型创建对象
// 可以看成：arrayMethods.__proto__ = Array.prototype
var methodsToPatch = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'splice',
'sort',
'reverse'
];
// 一个装饰器模型，重写7个数组方法
methodsToPatch.forEach(function (method) {
// 保存原生的数组方法
var original = arrayProto[method];
// 劫持arrayMethods对象中的数组方法
def(arrayMethods, method, function mutator () {
var args = [], len = arguments.length;
while ( len-- ) args[ len ] = arguments[ len ];
var result = original.apply(this, args);
var ob = this.__ob__; // 当我门调用this.arr.push()，这里就能到数组对象的ob实例
var inserted;
switch (method) {
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args;
break
case 'splice':
inserted = args.slice(2);
break
}
if (inserted) { ob.observeArray(inserted); }
// 由于数组对象在new Observer中实例化了一个dep，并通过childOb逻辑收集了依赖，这里就能在ob实例中拿到dep属性
ob.dep.notify();
return result
});
})
- 这里可以联合数组的依赖收集再看一遍，你就恍然大悟了。为什么 对象的属性 、数组 的依赖收集方式不一样
整个new Vue阶段、到依赖收集、派发更新的全部流程就到这里结束了。可以纵观流程图看出，Vue应用就是一个个Vue组件组成的，虽然整个组件化、响应式流程很多，但核心的路径一旦走通，你就会恍然大悟。
三、彩蛋篇
1. computed依赖收集
- 案例代码
<template>
<div id="app">
{{ name }}
</div>
</template>
<script>
export default {
name: 'App',
computed: {
name () {
return this.firstName + this.secondName
}
},
data () {
return {
firstName: 'jing',
secondName: 'boran'
}
}
}
</script>
- 我们先看流程图。图有点大～大家可以放大看看，每个核心步骤都附有文字说明
根据案例概括一下，加深理解
// 访问computed时触发get的核心代码
function createComputedGetter (key) {
return function computedGetter () {
var watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key];
if (watcher) {
if (watcher.dirty) { // dirty第一次为true
watcher.evaluate(); // 这里是对computed进行求值，对computed watcher执行依赖收集
}
if (Dep.target) {
watcher.depend(); // 这里是对渲染Watcher进行依赖收集
}
return watcher.value
}
}
}
computed中的name其实就是一个computed Watcher，这个Watcher在init阶段生成
当App组件render的阶段，render函数会访问到模版中的{{ name }}，则会触发computed的求值，也就是执行上面代码computedGetter()。执行watcher.evaluate()。也就是执行wathcer.get。上文依赖收集的第3点：依赖收集触发阶段有对get方法进行讲解，忘了的可以上去回顾一下执行watcher.depend()
Watcher.prototype.depend = function depend () {
var i = this.deps.length;
while (i--) {
// 也就是调用Dep.depend => Watcher.addDep => dep.addSub
this.deps[i].depend();
}
}
// this.firstName和this.secondName的dep.subs dep.subs: [name的computed watcher, App组件的渲染Watcher]
代码中判断watcher.dirty标志是什么？有什么用？
只有computed的值发生改变（也就是其依赖的数据改变），watcher.dirty才会被设为true
只有watcher.dirty为true才会对computed进行 求值 或 重新求值
总结：也就是组件每次render，如果computed的值没改变，直接返回value值（是不需要重新计算的），这也是computed的一个特点
- 首先
pushTarget把Dep.target从App组件的渲染Watcher改为name的computed Watcher - 其次执行cb：
function() { return this.firstName + this.secondName } - 执行cb的过程中，必然会访问到
firstName、secondName，这时候就是我们熟悉的依赖收集阶段了。firstName、secondName都会把name这个computed watcher收集到自己的dep.subs[]中 - 最后
popTarget把name的computed Watcher弹出栈，并恢复Dep.target为当前App组件的渲染Watcher - 遍历computed watcher的deps。其实就是firstName、secondName实例的Dep
dep.depend也就是调用watcher.addDep（把Dep收集进watcher.deps中），再由watcher.appDep调用dep.addSub（把Watcher收集进dep.subs中）- 这样一来，就完成了firstName、secondName对App组件的渲染watcher进行收集
- 结果如下。响应式数据中会存在两个Watcher
- 至于为什么响应式数据要收集2个watcher？下文computed派发更新会讲解
讲到这里，我以自己的理解讲解下文章开头引言的问题：为什么Watcher、Dep多对多且相互收集？ 这可能也是大家阅读Vue源码中一直存在的一个疑惑（包括我自己刚开始读也是这样）
对的，当然是为了computed中的响应式数据收集渲染Watcher啦！！！
还有！！！ 还记得前文中依赖收集的第3点——依赖收集触发阶段的代码讲解中我写了很多注释的cleanupDeps吗？
// 此时flag为true，也就是说msg2没有渲染在页面中
<div v-if="flag">{{ msg1 }}</div>
<div v-else>{{ msg2 }}</div>
<button @click=() => { this.msg2 = 'change' }>changeMsg2</button>
function cleanupDeps () {
var i = this.deps.length;
while (i--) {
// 这里对watcher所观测的响应式数据的dep进行遍历
// 对的，这样一来，是不是watcher中的deps就发挥作用了呢？
var dep = this.deps[i];
if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
// 这里对当前渲染中没有访问到的响应式数据进行依赖移除
dep.removeSub(this);
}
}
...
}
cleanupDeps的作用就是清除掉当前没有使用到的响应式数据。怎么清除？我们往下看- 首先看个案例回答个问题，代码如下。当flag为true时，
msg2并没有渲染在页面中，那么此时我们点击按钮修改msg2的值会不会、或者应不应该触发这个组件的重新渲染呢？ - 答案肯定是不会、不应该。所以：
cleanupDeps就是为此而存在的 - 那
cleanupDeps是怎么工作的呢？接着看下面代码 - 到此，你是否已经懂得了watcher中为什么要收集自己观测的响应式数据对应的dep呢？
2. computed派发更新
派发相对来说比较简单了～跟响应式的派发更新基本一致，继续以案例来讲解吧！
当我们修改firstName会发生什么？this.firstName = 'change'
首先触发firstName的set，最终会调用dep.notify()。firstName的dep.subs中有2个watcher，分别执行对应watcher的notify
Watcher.prototype.update = function update () {
if (this.lazy) {
this.dirty = true; // computed会走到这里，然后就结束了
} else if (this.sync) {
this.run();
} else {
queueWatcher(this); // 渲染watcher会走到这里
}
}
computed watcher：将dirty属性置为true。
渲染watcher会执行派发更新流程（如本文响应式流程——2.派发更新一致）
nextTick阶段执行flushSchedulerQueue，则会执行watcher.run()
watcher.run会执行watcher.get方法，也就是重新执行render、update的流程
执行render又会访问到name的computed，从而又会执行computedGetter
此时的watcher.dirty在本步骤3已经置为true，又会执行watcher.evaluate()进行computed的求值，执行watcher.depend()......后续的流程就是派发更新的流程了～
3. user Watcher依赖收集
user Watcher的依赖收集相比computed会简单一点，这里不会赘述太多，只说核心区别，还有watch的常用配置immediate、deep、sync
user Watcher在init阶段会执行一次watcher.get()，在这里会访问我们watch的响应式数据，从而进行依赖收集。回顾下computed，computed在这个阶段什么也没做。
// 没错，又是这段熟悉的代码 this.value = this.lazy ? undefined : this.get(); // user Watcher和渲染 Watcher都在new Watcher阶段执行get()
如果userWatcher设置的immediate: true，则会在new Watcher后主动触发一次cb的执行
Vue.prototype.$watch = function (expOrFn, cb, options) {
...
var watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options);
if (options.immediate) {
// immediate则会执行我们传入的callback
try {
cb.call(vm, watcher.value);
} catch (error) {
}
}
return function unwatchFn () {
watcher.teardown();
}
};
deep逻辑很简单，大概讲下：深度遍历这个对象，访问到该对象的所有属性，以此来触发所有属性的getter。这样，所有属性都会把当前的user Watcher收集到自己的dep中。因此，深层的属性值修改（触发set派发更新能通知到user Watcher），watch自然就能监测到数据改变～感兴趣的同学可以自己去看看源码中traverse的实现。
sync。当前tick执行，以此能先于渲染Wathcer执行。不设置同步的watcher都会放到nextTick中执行。
Watcher.prototype.update = function update () {
if (this.lazy) {
this.dirty = true; // 计算属性
} else if (this.sync) {
this.run(); // 同步的user Wathcer
} else {
queueWatcher(this); // 普通user Watcher和渲染Watcher
}
}
总体来说，Vue的源码其实是比较好上手的，整体代码流程非常的清晰。但是想要深入某一块逻辑，最好结合流程图加debugger方式亲自上手实践。毕竟真正搞懂一门框架的源码并非易事，我也是通过不断debugger调试，一遍遍走核心流程，才能较好的学习理解vue的实现原理～
写在最后，这篇文章也算是自己的一个知识沉淀吧，毕竟很早之前就学习过Vue的源码了，但是也一直没做笔记。现在回顾一下，发现很多都有点忘了，但是缺乏一个快速记忆、回顾的笔记。如果要直接硬磕源码重新记忆，还是比较费时费力的～作为知识分享，希望可以帮助到想学习源码，想要进阶的你，大家彼此共勉，一同进步！
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