Vue 响应式原理深度解析

满天星辰2026-01-08 17:39

🏗️ 核心架构概览

1. 响应式系统三层架构

text 复制代码 
┌─────────────────────────────────────────┐
│           组件渲染系统 (Renderer)        │
├─────────────────────────────────────────┤
│         响应式系统 (Reactivity)          │
│  ┌─────────────┐  ┌──────────────────┐  │
│  │  依赖收集    │  │  触发更新         │  │
│  │  (Track)    │  │  (Trigger)       │  │
│  └─────────────┘  └──────────────────┘  │
├─────────────────────────────────────────┤
│       原始响应式对象 (Raw Objects)       │
└─────────────────────────────────────────┘

🔄 Vue 2 vs Vue 3 响应式原理对比

2. Vue 2: Object.defineProperty

javascript 复制代码 
// Vue 2 响应式实现简化版
function defineReactive(obj, key, val) {
  // 为每个属性创建 Dep（依赖收集器）
  const dep = new Dep()
  
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get() {
      // 依赖收集
      if (Dep.target) {
        dep.depend()  // 收集当前 watcher
      }
      return val
    },
    set(newVal) {
      if (newVal === val) return
      val = newVal
      // 触发更新
      dep.notify()
    }
  })
}

// 递归对象实现深度响应式
function observe(obj) {
  if (typeof obj !== 'object' || obj === null) {
    return
  }
  
  // 递归处理对象属性
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key])
  })
}

// Vue 2 的局限性：
// 1. 无法检测对象属性的添加/删除
// 2. 数组变异方法需要特殊处理
// 3. 性能问题：递归遍历所有属性

3. Vue 3: Proxy + Reflect

javascript 复制代码 
// Vue 3 响应式实现简化版
function reactive(target) {
  return createReactiveObject(target)
}

function createReactiveObject(target) {
  // 创建响应式处理器
  const handler = {
    get(target, key, receiver) {
      const result = Reflect.get(target, key, receiver)
      // 依赖收集
      track(target, key)
      // 深度响应式：如果值是对象，递归处理
      if (typeof result === 'object' && result !== null) {
        return reactive(result)
      }
      return result
    },
    
    set(target, key, value, receiver) {
      const oldValue = target[key]
      const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
      
      // 只有值变化时才触发更新
      if (oldValue !== value) {
        // 触发更新
        trigger(target, key)
      }
      return result
    },
    
    deleteProperty(target, key) {
      const hasKey = hasOwn(target, key)
      const result = Reflect.deleteProperty(target, key)
      
      if (hasKey && result) {
        // 触发更新
        trigger(target, key)
      }
      return result
    },
    
    has(target, key) {
      const result = Reflect.has(target, key)
      track(target, key)
      return result
    },
    
    ownKeys(target) {
      track(target, ITERATE_KEY)  // 追踪迭代操作
      return Reflect.ownKeys(target)
    }
  }
  
  return new Proxy(target, handler)
}

// Vue 3 的优势：
// 1. 支持对象属性的添加/删除
// 2. 更好的性能（惰性代理）
// 3. 支持 Map、Set 等集合类型
// 4. 更精细的依赖追踪

🎯 核心概念详解

4. 依赖收集 (Track)

javascript 复制代码 
// 全局的依赖收集栈
let activeEffect = null
const targetMap = new WeakMap()  // 目标对象 → 键 → 依赖集合

function track(target, key) {
  if (!activeEffect) return
  
  // 获取目标对象的依赖映射
  let depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) {
    targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
  }
  
  // 获取属性的依赖集合
  let dep = depsMap.get(key)
  if (!dep) {
    depsMap.set(key, (dep = new Set()))
  }
  
  // 收集当前 effect
  dep.add(activeEffect)
  activeEffect.deps.push(dep)  // 反向记录，用于清理
}

// Effect 类（相当于 Vue 2 的 Watcher）
class ReactiveEffect {
  constructor(fn, scheduler) {
    this.fn = fn
    this.scheduler = scheduler
    this.deps = []  // 依赖此 effect 的所有 dep
    this.active = true
  }
  
  run() {
    if (!this.active) return this.fn()
    
    // 保存当前 effect，开始依赖收集
    const lastEffect = activeEffect
    activeEffect = this
    try {
      return this.fn()
    } finally {
      // 恢复之前的 effect
      activeEffect = lastEffect
    }
  }
  
  stop() {
    if (this.active) {
      // 清理所有依赖
      cleanupEffect(this)
      this.active = false
    }
  }
}

function cleanupEffect(effect) {
  const { deps } = effect
  deps.forEach(dep => {
    dep.delete(effect)
  })
  deps.length = 0
}

5. 触发更新 (Trigger)

javascript 复制代码 
function trigger(target, key, type = 'SET') {
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) return
  
  // 获取该属性的依赖 effects
  const effects = depsMap.get(key)
  
  // 获取迭代操作的依赖（用于 for...in, Object.keys 等）
  const iterateEffects = depsMap.get(ITERATE_KEY)
  
  const effectsToRun = new Set()
  
  // 收集需要执行的 effects
  if (effects) {
    effects.forEach(effect => {
      if (effect !== activeEffect) {
        effectsToRun.add(effect)
      }
    })
  }
  
  // 对于添加/删除属性，需要触发迭代依赖
  if (type === 'ADD' || type === 'DELETE') {
    if (iterateEffects) {
      iterateEffects.forEach(effect => {
        if (effect !== activeEffect) {
          effectsToRun.add(effect)
        }
      })
    }
  }
  
  // 执行 effects
  effectsToRun.forEach(effect => {
    if (effect.scheduler) {
      effect.scheduler()  // 调度执行（用于 computed、watch）
    } else {
      effect.run()  // 立即执行
    }
  })
}

⚡ 响应式 API 实现

6. ref 实现原理

javascript 复制代码 
class RefImpl {
  constructor(value, shallow = false) {
    this._value = shallow ? value : toReactive(value)
    this._rawValue = value
    this.__v_isRef = true
    this._shallow = shallow
    
    // 为 ref 创建依赖集合
    this.dep = new Set()
  }
  
  get value() {
    // 依赖收集
    trackRefValue(this)
    return this._value
  }
  
  set value(newVal) {
    if (hasChanged(newVal, this._rawValue)) {
      this._rawValue = newVal
      this._value = this._shallow ? newVal : toReactive(newVal)
      // 触发更新
      triggerRefValue(this)
    }
  }
}

function trackRefValue(ref) {
  if (activeEffect) {
    ref.dep.add(activeEffect)
    activeEffect.deps.push(ref.dep)
  }
}

function triggerRefValue(ref) {
  const effects = ref.dep
  effects.forEach(effect => {
    if (effect.scheduler) {
      effect.scheduler()
    } else {
      effect.run()
    }
  })
}

function toReactive(value) {
  return isObject(value) ? reactive(value) : value
}

7. computed 实现原理

javascript 复制代码 
class ComputedRefImpl {
  constructor(getter, setter) {
    this._getter = getter
    this._setter = setter
    this._value = undefined
    this._dirty = true  // 脏检查标志
    this.dep = new Set()
    this.effect = new ReactiveEffect(
      getter,
      () => {
        // 当依赖变化时，标记为脏
        if (!this._dirty) {
          this._dirty = true
          // 触发依赖 computed 的 effects
          triggerRefValue(this)
        }
      }
    )
  }
  
  get value() {
    // 依赖收集
    trackRefValue(this)
    
    // 如果脏了，重新计算
    if (this._dirty) {
      this._dirty = false
      this._value = this.effect.run()
    }
    return this._value
  }
  
  set value(newVal) {
    if (this._setter) {
      this._setter(newVal)
    } else {
      console.warn('Write operation failed: computed value is readonly')
    }
  }
}

🔧 编译时优化

8. Patch Flags 优化

javascript 复制代码 
// 模板编译优化示例
// 编译前模板
<template>
  <div>
    <span>静态内容</span>
    <span>{{ dynamic }}</span>
    <div :class="className"></div>
  </div>
</template>

// 编译后代码
import { createElementVNode as _createElementVNode } from "vue"

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createElementVNode(
  "span", 
  null, 
  "静态内容",
  -1 /* HOISTED */
)

export function render(_ctx, _cache) {
  return _createElementVNode(
    "div", 
    null, [
      _hoisted_1,  // 静态节点提升
      _createElementVNode(
        "span", 
        null, 
        _toDisplayString(_ctx.dynamic),
        1 /* TEXT */
      ),
      _createElementVNode(
        "div", 
        {
          class: normalizeClass(_ctx.className)
        },
        null,
        2 /* CLASS */
      )
    ],
    0 /* 无标志 */
  )
}

// Patch Flags 类型
const PatchFlags = {
  TEXT: 1,        // 动态文本
  CLASS: 2,       // 动态 class
  STYLE: 4,       // 动态 style
  PROPS: 8,       // 动态 props
  FULL_PROPS: 16, // 动态 key，需要全量 diff
  HYDRATE_EVENTS: 32,
  STABLE_FRAGMENT: 64,
  KEYED_FRAGMENT: 128,
  UNKEYED_FRAGMENT: 256,
  NEED_PATCH: 512,
  DYNAMIC_SLOTS: 1024,
  HOISTED: -1,    // 静态提升
  BAIL: -2        // 特殊情况
}

9. Tree Flattening（树结构打平）

javascri 复制代码 
// 优化前的 VNode 结构
{
  type: 'div',
  children: [
    { type: 'p', children: '静态内容' },
    { type: 'span', children: [/* 动态内容 */] },
    { type: 'div', children: [/* 更多嵌套 */] }
  ]
}

// 优化后的 VNode 结构
{
  type: 'div',
  children: [
    { type: 'p', children: '静态内容' },
    // 动态节点被提取到单独的数组中
  ],
  // 动态子节点被收集到这里
  dynamicChildren: [
    { type: 'span', patchFlag: 1 },
    { type: 'div', patchFlag: 2 }
  ]
}

// 更新时只 diff dynamicChildren，跳过静态节点

📊 响应式性能优化

10. 依赖收集优化

javascr 复制代码 
// 1. 惰性依赖收集
let shouldTrack = true

function pauseTracking() {
  shouldTrack = false
}

function enableTracking() {
  shouldTrack = true
}

function track(target, key) {
  if (!shouldTrack || !activeEffect) return
  // ... 原有的 track 逻辑
}

// 2. 批量更新
let isFlushing = false
let queue = []

function queueJob(job) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job)
  }
  
  // 下一个 tick 执行所有更新
  if (!isFlushing) {
    isFlushing = true
    Promise.resolve().then(() => {
      try {
        queue.forEach(job => job())
      } finally {
        queue.length = 0
        isFlushing = false
      }
    })
  }
}

// 3. 响应式层级的优化
const RAW = '__v_raw'  // 原始对象标记

function toRaw(observed) {
  const raw = observed && observed[RAW]
  return raw ? toRaw(raw) : observed
}

// 避免深层代理的重复创建
const proxyMap = new WeakMap()

function createReactiveObject(target) {
  // 检查是否已经有代理
  const existingProxy = proxyMap.get(target)
  if (existingProxy) {
    return existingProxy
  }
  
  const proxy = new Proxy(target, handlers)
  proxyMap.set(target, proxy)
  return proxy
}

🔄 响应式系统的调度机制

11. 更新队列与调度器

javascri 复制代码 
// 响应式任务调度器
const queue = []
let isFlushing = false
const resolvedPromise = Promise.resolve()

function queueFlush() {
  if (!isFlushing && !queue.length) {
    isFlushing = true
    resolvedPromise.then(flushJobs)
  }
}

function flushJobs() {
  try {
    // 先执行所有前置任务
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i]
      if (job && job.active !== false) {
        if (job.pre) {
          job()
        }
      }
    }
    
    // 执行组件更新
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i]
      if (job && job.active !== false) {
        if (!job.pre) {
          job()
        }
      }
    }
  } finally {
    // 清空队列
    queue.length = 0
    isFlushing = false
    
    // 执行后置任务
    // flushPostFlushCbs()
  }
}

// watch 的调度实现
function watch(source, cb, options = {}) {
  const { flush = 'sync' } = options
  
  let scheduler
  if (flush === 'sync') {
    scheduler = job => job()  // 同步执行
  } else if (flush === 'pre') {
    scheduler = job => queueJob(job)  // 组件更新前
  } else { // 'post'
    scheduler = job => queuePostFlushCb(job)  // 组件更新后
  }
  
  const effect = new ReactiveEffect(getter, scheduler)
  // ...
}

🎯 响应式系统的边界情况

12. 循环引用处理

javascript 复制代码 
// 使用 WeakMap 避免循环引用
const reactiveMap = new WeakMap()

function reactive(obj) {
  // 如果已经代理过，直接返回
  const existing = reactiveMap.get(obj)
  if (existing) return existing
  
  // 如果对象有循环引用标记，跳过
  if (obj && obj.__v_skip) {
    return obj
  }
  
  const proxy = createReactiveObject(obj)
  reactiveMap.set(obj, proxy)
  return proxy
}

// 标记跳过响应式的对象
function markRaw(value) {
  Object.defineProperty(value, '__v_skip', {
    value: true,
    enumerable: false,
    configurable: true
  })
  return value
}

13. 大对象的性能优化

javascript 复制代码 
// 浅层响应式
function shallowReactive(target) {
  return createReactiveObject(target, true)
}

function createReactiveObject(target, shallow = false) {
  const handlers = shallow ? shallowHandlers : baseHandlers
  // ...
}

// 浅层 handlers
const shallowHandlers = {
  get(target, key, receiver) {
    const result = Reflect.get(target, key, receiver)
    track(target, key)
    
    // 关键区别：不递归处理嵌套对象
    return result  // 直接返回，不再包装
  },
  // ... 其他 handlers
}

// 惰性响应式：只在实际访问时进行代理
function lazyReactive(target) {
  let proxyCache = null
  
  return new Proxy(target, {
    get(target, key, receiver) {
      if (key === '__v_raw') return target
      
      // 第一次访问时才创建真正的响应式代理
      if (!proxyCache) {
        proxyCache = reactive(target)
      }
      
      return Reflect.get(proxyCache, key, receiver)
    },
    // ... 其他操作
  })
}

📈 响应式系统的监控与调试

14. 开发工具集成

javascri 复制代码 
// 响应式调试信息
function setupReactivityDebug() {
  // 1. 跟踪依赖关系
  const dependencyGraph = new Map()
  
  // 2. 性能监控
  const performance = {
    trackTime: 0,
    triggerTime: 0,
    effectCount: 0
  }
  
  // 3. 内存泄漏检测
  const effectRegistry = new WeakSet()
  
  return {
    // 暴露给 Vue DevTools 的接口
    inspect(target) {
      const depsMap = targetMap.get(target)
      return {
        deps: depsMap ? Array.from(depsMap.entries()) : [],
        rawValue: toRaw(target),
        isReactive: isReactive(target)
      }
    },
    
    // 性能分析
    getPerformance() {
      return { ...performance }
    },
    
    // 清理所有 effect
    disposeAll() {
      // 清理逻辑
    }
  }
}

// Vue DevTools 中的响应式面板可以看到：
// 1. 响应式对象的依赖图
// 2. 每个属性的依赖列表
// 3. Effect 的执行历史
// 4. 性能分析数据

🎓 总结：Vue 响应式系统的演进

Vue 2 到 Vue 3 的关键改进：

  1. 底层实现 ：Object.defineProperty → Proxy
  2. 性能：递归初始化 → 惰性代理
  3. 功能：不支持新增属性 → 完全支持
  4. 类型支持：有限的类型推断 → 完整的 TypeScript 支持
  5. 集合类型：不支持 Map/Set → 完整支持

核心创新点：

  • 编译时优化：Patch Flags、Tree Flattening
  • 依赖收集粒度：组件级 → 属性级
  • 更新调度：同步更新 → 异步批量更新
  • 内存管理：WeakMap 自动垃圾回收

设计哲学：

javascript 复制代码 
// Vue 响应式系统的设计目标：
1. 透明性：开发者无需手动管理依赖
2. 高效性：最小化的更新范围
3. 一致性：同步的编程模型，异步的更新执行
4. 渐进性：从简单到复杂的平滑过渡
5. 可调试性：完整的开发工具支持

// 这就是为什么 Vue 的响应式系统既强大又易用

Vue 的响应式系统是其框架的核心，它巧妙地将声明式编程 与高效的更新机制结合起来，为开发者提供了极佳的开发体验，同时保证了优秀的运行时性能。

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