Vue3响应式系统原理（上）

响应式的基本概念

响应式是指当数据发生变化时，系统会自动更新与数据相关的 DOM 结构。

在 Vue2 中，响应式系统的实现基于 Object.defineProperty。然而，Object.defineProperty 有一些局限，如：无法监听数组的变化、需要遍历对象的每个属性进行监听、性能开销较大。

在 Vue3 中，响应式系统的实现基于 ES6 的 Proxy 对象。Proxy 可以直接监听对象和数组的变化，而无需对每个属性进行监听，从而大大提高性能。同时，Proxy 也可以解决 Object.defineProperty 无法监听数组的问题。

响应式的关键在于vue的依赖收集机制。

简化模型

为了更直观的理解vue依赖收集的模型，我们先来看一个"简单"的功能描述：

已知watcher函数，调用了一些"外部函数"：

arduino 复制代码

function watcher () {
    console.log('watcher start')
    函数1(); // 这里调用了"外部函数"
    函数2();
    console.log('watcher end')
}

能否设计一个依赖收集系统 ，使这些"外部函数"运行时，watcher也会随之运行？

关键：如何判断函数间的调用关系？

看似有点难，实际一点也不简单，我们需要知道函数间调用关系。我们先看个例子：

lua 复制代码

function A() { console.log('A') }
function B() { console.log('B') }
function C() { console.log('C') }
...

function watcher () {
    console.log('watcher start！')
    /* *这里调用了上面的某些函数* */
    console.log('watcher end！')
}
/* *这里运行了某些函数* */
watcher();

----------- 运行结果如下 ----------

- watcher start！
- A
- B
- wathcer end！ 
- C

从运行结果我们可以看出watcher内部一定调用了A、B函数：

为啥？js是单线程的。
C函数一定在watcher外面吗？不一定。例如：

function watcher () { console.log('start') A() B() setTimeout(()=>{ C() }) console.log('end') } watcher();
C函数这种咋办？不管！我们只管肯定没问题的！

我们由此可以确定

函数watcher执行期间，凡是运行过的函数，一定是watcher内部调用过的函数

根据这个原理，我们设计依赖收集系统如下：

ini 复制代码

// 当前的监听函数
let activeEffect = null
// 副作用函数
function effect (watcher) {
    activeEffect = watcher
    // watcher执行的期间就是依赖收集的阶段
    watcher(true);
    activeEffect= null;
}
// isTracking：是否是依赖收集阶段
function A (isTracking = false) {
    if (isTracking) {
        // 依赖收集阶段，effects就是A的监听函数集合
        A.effects = A.effects || new Set();
        A.effects.add(activeEffect);
    } else {
        // 依赖运行阶段
        console.log('A触发了');
        A.effects.forEach(fn => fn(true));
    }
}
function B (isTracking = false) {
    /*** 与A类似 ***/
}

测试一下效果

看起来达到了要求。

将上面代码优化一下，最终如下：

php 复制代码

// 监听器的注册函数
let activeEffect = null;
function effect (watcher) {    
    activeEffect = watcher;    
    watcher(true);
    // 这里及时清理，避免非必要收集
    activeEffect = null;
}

/* *** A.effects / B.effects 改为WeakMap存储 *** */
const bucket = new WeakMap();
// 依赖收集函数
function track (target) {
    const effects = bucket.get(target) || new Set();
    activeEffect && effects.add(activeEffect);
    bucket.set(target, effects);
}

// 依赖触发函数
function trigger (target) {
    bucket.get(target)?.forEach?.(fn => fn(true));
}
function A (isTracking = false) {
    if (isTracking) {
        // 依赖收集流程，这里将
        track(A);
    } else {
        console.log('A触发了')
        // 依赖运行流程
        trigger(A);
    }
}
function B (isTracking = false) {
    /**** 与A类似 ***/
}

这里将之前 A.effects = A.effects || new Set();依赖收集流程提取成track函数，监听函数的触发流程抽离为trigger函数；这样，我们实现了一个简单的依赖收集系统。

Vue依赖收集模型

我们知道Vue3是通过Proxy实现的依赖收集流程，Proxy示例：

1. Proxy对象get监听，set触发

Vue3中，Proxy代理数据在被读取时"依赖收集"，在被赋值时会"触发依赖"；我们试一下上面完成的依赖收集系统，看下效果：

scss 复制代码

const data = {
    value: 1,
}
const proxyData = new Proxy(data, {
    get(target, key) {
        //收集
        track(target);
        return target[key];
    },
    set(target, key, value) {
        // 触发
        trigger(target);
        target[key] = value;
    }
})

测试一下

测试代码如下：

终端运行结果：

看起来效果不错！但是下面的例子里有问题：

一个无关的属性key的赋值也会触发监听函数！这不是我们想要的。为了精确监听，还需要细化依赖收集系统。

2. "key"级依赖

我们可以将对象的属性作为基本单位进行依赖收集。改造如下：

vbnet 复制代码

// 依赖收集函数，这里精确到keyfunction track (target, key) {    const effects = bucket.get(target) || new Map();    const keyMap = effects.get(key) || new Set();    effects.set(key, keyMap);    bucket.set(target, effects);    activeEffect && keyMap.add(activeEffect);}// 依赖触发函数，这里精确到keyfunction trigger (target, key) {    const effects = bucket.get(target);    if (!effects) return;    const keyMap = effects.get(key);    if (!keyMap) return;    keyMap.forEach(effect => effect());}
const data = {    value: 1}const proxyData = new Proxy(data, {    get(target, key) {
        // 具体到key进行收集        track(target, key);        return target[key]    },    set(target, key, value) {
        // 触发到key        trigger(target, key);        target[key] = value    }})

这里试一下效果

这样就实现了精确到属性的监听系统。看到这里，似乎完成的很不错了，但是看到下面的例子：

这里value属性由false变为true后，属性data的就已不再参与监听函数内的逻辑了 ；监听函数不应该再响应data属性，但实际上并没有。因为依赖关系已经固化，data属性只要变化就一定会触发监听，不管是否真的需要：

3. 分支切换

为了优化这一点，应将依赖关系实时更新，将多余的监听去除。为此，vue采取的策略是：

每次监听函数运行前，都要将自己的依赖关系清除；然后在运行期间重建依赖关系。

详情在下篇继续更新.....