前端自习课
提到“响应式”三个字，大家立刻想到啥？响应式布局？响应式编程？
从字面意思可以看出，具有“响应式”特征的事物会根据条件变化，使得目标自动作出对应变化。比如在“响应式布局”中，页面根据不同设备尺寸自动显示不同样式。
Vue.js 中的响应式也是一样，当数据发生变化后，使用到该数据的视图耶会相应进行自动更新。
接下来我根据个人理解，和大家一起探索下 Vue.js 中的响应式原理，如有错误，欢迎指点😺~~
一、Vue.js 响应式的使用
现在有个很简单的需求，点击页面中 “leo” 文本后，文本内容修改为“你好，前端自习课”。
我们可以直接操作 DOM，来完成这个需求：
<span id="name">leo</span>
const node = document.querySelector('#name')
node.innerText = '你好，前端自习课';
实现起来比较简单，当我们需要修改的数据有很多时（比如相同数据被多处引用），这样的操作将变得复杂。
既然说到 Vue.js，我们就来看看 Vue.js 怎么实现上面需求：
<template>
<div id="app">
<span @click="setName">{{ name }}</span>
</div>
</template>
<script>
export default {
name: "App",
data() {
return {
name: "leo",
};
},
methods: {
setName() {
this.name = "你好，前端自习课";
},
},
};
</script>
观察上面代码，我们通过改变数据，来自动更新视图。当我们有多个地方引用这个 name 时，视图都会自动更新。
<template>
<div id="app">
<span @click="setName">{{ name }}</span>
<span>{{ name }}</span>
<span>{{ name }}</span>
<span>{{ name }}</span>
</div>
</template>
当我们使用目前主流的前端框架 Vue.js 和 React 开发业务时，只需关注页面数据如何变化，因为数据变化后，视图也会自动更新，这让我们从繁杂的 DOM 操作中解脱出来，提高开发效率。
二、回顾观察者模式
前面反复提到“通过改变数据，来自动更新视图”，换个说法就是“数据改变后，使用该数据的地方被动发生响应，更新视图”。
是不是有种熟悉的感觉？数据无需关注自身被多少对象引用，只需在数据变化时，通知到引用的对象即可，引用的对象作出响应。恩，有种观察者模式的味道？
关于观察者模式，可阅读我之前写的《图解设计模式之观察者模式（TypeScript）》。
1. 观察者模式流程
观察者模式表示一种“一对多”的关系，n 个观察者关注 1 个被观察者，被观察者可以主动通知所有观察者。接下图：
在这张图中，粉丝想及时收到“前端自习课”最新文章，只需关注即可，“前端自习课”有新文章，会主动推送给每个粉丝。该过程中，“前端自习课”是被观察者，每位“粉丝”是观察者。
2. 观察者模式核心
观察者模式核心组成包括：n 个观察者和 1 个被观察者。这里实现一个简单观察者模式：
2.1 定义接口
// 观察目标接口
interface ISubject {
addObserver: (observer: Observer) => void; // 添加观察者
removeObserver: (observer: Observer) => void; // 移除观察者
notify: () => void; // 通知观察者
}
// 观察者接口
interface IObserver {
update: () => void;
}
2.2 实现被观察者类
// 实现被观察者类
class Subject implements ISubject {
private observers: IObserver[] = [];
public addObserver(observer: IObserver): void {
this.observers.push(observer);
}
public removeObserver(observer: IObserver): void {
const idx: number = this.observers.indexOf(observer);
~idx && this.observers.splice(idx, 1);
}
public notify(): void {
this.observers.forEach(observer => {
observer.update();
});
}
}
2.3 实现观察者类
// 实现观察者类
class Observer implements IObserver {
constructor(private name: string) { }
update(): void {
console.log(`${this.name} has been notified.`);
}
}
2.4 测试代码
function useObserver(){
const subject: ISubject = new Subject();
const Leo = new Observer("Leo");
const Robin = new Observer("Robin");
const Pual = new Observer("Pual");
subject.addObserver(Leo);
subject.addObserver(Robin);
subject.addObserver(Pual);
subject.notify();
subject.removeObserver(Pual);
subject.notify();
}
useObserver();
// [LOG]: "Leo has been notified."
// [LOG]: "Robin has been notified."
// [LOG]: "Pual has been notified."
// [LOG]: "Leo has been notified."
// [LOG]: "Robin has been notified."
三、回顾 Object.defineProperty()
Vue.js 的数据响应式原理是基于 JS 标准内置对象方法 Object.defineProperty() 方法来实现，该方法不兼容 IE8 和 FF22 及以下版本浏览器，这也是为什么 Vue.js 只能在这些版本之上的浏览器中才能运行的原因。
理解 Object.defineProperty() 对我们理解 Vue.js 响应式原理非常重要。
Vue.js 3 使用
proxy方法实现响应式，两者类似，我们只需搞懂Object.defineProperty()，proxy也就差不多理解了。
1. 概念介绍
Object.defineProperty() 方法会直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个对象的现有属性，并返回此对象。
语法如下：
Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)
入参说明：
obj ：要定义属性的源对象；prop ：要定义或修改的属性名称或 Symbol；descriptor ：要定义或修改的属性描述符，包括 configurable、enumerable、value、writable、get、set，具体的可以去参阅文档；
出参说明：
修改后的源对象。
举个简单🌰例子：
const leo = {};
Object.defineProperty(leo, 'age', {
value: 18,
writable: false
})
console.log(leo.age); // 18
leo.age = 22;
console.log(leo.age); // 22
2. 实现 getter/setter
我们知道 Object.defineProperty() 方法第三个参数是属性描述符（descriptor），支持设置 get 和 set 描述符：
get描述符：当访问该属性时，会调用此函数，默认值为undefined；set描述符：当修改该属性时，会调用此函数，默认值为undefined。
一旦对象拥有了 getter/setter 方法，我们可以简单将该对象称为响应式对象。
这两个操作符为我们提供拦截数据进行操作的可能性，修改前面示例，添加 getter/setter 方法：
let leo = {}, age = 18;
Object.defineProperty(leo, 'age', {
get(){
// to do something
console.log('监听到请求数据');
return age;
},
set(newAge){
// to do something
console.log('监听到修改数据');
age = newAge > age ? age : newAge
}
})
leo.age = 20; // 监听到修改数据
console.log(leo.age); // 监听到请求数据 // 18
leo.age = 10; // 监听到修改数据
console.log(leo.age); // 监听到请求数据 // 10
访问 leo 对象的 age 属性，会通过 get 描述符处理，而修改 age 属性，则会通过 set 描述符处理。
四、实现简单的数据响应式
通过前面两个小节，我们复习了“观察者模式”和“Object.defineProperty()” 方法，这两个知识点在 Vue.js 响应式原理中非常重要。
接下来我们来实现一个很简单的数据响应式变化，需求如下：点击“更新数据”按钮，文本更新。
接下来我们将实现三个类：
Dep被观察者类，用来生成被观察者；Watcher观察者类，用来生成观察者；Observer类，将普通数据转换为响应式数据，从而实现响应式对象。
用一张图来描述三者之间关系，现在看不懂没关系，这小节看完可以再回顾这张图：
1. 实现精简观察者模式
这里参照前面复习“观察者模式”的示例，做下精简：
// 实现被观察者类
class Dep {
constructor() {
this.subs = [];
}
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher);
}
notify(data) {
this.subs.forEach(sub => sub.update(data));
}
}
// 实现观察者类
class Watcher {
constructor(cb) {
this.cb = cb;
}
update(data) {
this.cb(data);
}
}
Vue.js 响应式原理中，观察者模式起到非常重要的作用。其中：
Dep被观察者类，提供用来收集观察者（addSub）方法和通知观察者（notify）方法；Watcher观察者类，实例化时支持传入回调（cb）方法，并提供更新（update）方法；
2. 实现生成响应式的类
这一步需要实现 Observer 类，核心是通过 Object.defineProperty() 方法为对象的每个属性设置 getter/setter，目的是将普通数据转换为响应式数据，从而实现响应式对象。
这里以最简单的单层对象为例（下一节会介绍深层对象），如：
let initData = {
text: '你好，前端自习课',
desc: '每日清晨，享受一篇前端优秀文章。'
};
接下来实现 Observer 类：
// 实现响应式类（最简单单层的对象，暂不考虑深层对象）
class Observer {
constructor (node, data) {
this.defineReactive(node, data)
}
// 实现数据劫持（核心方法）
// 遍历 data 中所有的数据，都添加上 getter 和 setter 方法
defineReactive(vm, obj) {
//每一个属性都重新定义get、set
for(let key in obj){
let value = obj[key]， dep = new Dep();
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get() {
// 创建观察者
let watcher = new Watcher(v => vm.innerText = v);
dep.addSub(watcher);
return value;
},
set(newValue) {
value = newValue;
// 通知所有观察者
dep.notify(newValue);
}
})
}
}
}
上面代码的核心是 defineReactive 方法，它遍历原始对象中每个属性，为每个属性实例化一个被观察者（Dep），然后分别调用 Object.defineProperty() 方法，为每个属性添加 getter/setter。
访问数据时，getter 执行依赖收集（即添加观察者），通过实例化 Watcher创建一个观察者，并执行被观察者的addSub()方法添加一个观察者；修改数据时，setter 执行派发更新（即通知观察者），通过调用被观察者的 notify()方法通知所有观察者，执行观察者update()方法。
3. 测试代码
为了方便观察数据变化，我们为“更新数据”按钮绑定点击事件来修改数据：
<div id="app"></div>
<button id="update">更新数据</button>
测试代码如下：
// 初始化测试数据
let initData = {
text: '你好，前端自习课',
desc: '每日清晨，享受一篇前端优秀文章。'
};
const app = document.querySelector('#app');
// 步骤1：为测试数据转换为响应式对象
new Observer(app, initData);
// 步骤2：初始化页面文本内容
app.innerText = initData.text;
// 步骤3：绑定按钮事件，点击触发测试
document.querySelector('#update').addEventListener('click', function(){
initData.text = `我们必须经常保持旧的记忆和新的希望。`;
console.log(`当前时间：${new Date().toLocaleString()}`)
})
测试代码中，核心在于通过实例化 Observer，将测试数据转换为响应式数据，然后模拟数据变化，来观察视图变化。
每次点击“更新数据”按钮，在控制台中都能看到“数据发生变化！”的提示，说明我们已经能通过 setter 观察到数据的变化情况。
当然，你还可以在控制台手动修改 initData 对象中的 text 属性，来体验响应式变化~~
到这里，我们实现了非常简单的数据响应式变化，当然 Vue.js 肯定没有这么简单，这个先理解，下一节看 Vue.js 响应式原理，思路就会清晰很多。
这部分代码，我已经放到我的 Github，地址：https://github.com/pingan8787/Leo-JavaScript/blob/master/Cute-Gist/Vue/Basics-Reactive-Demo.js
可以再回顾下这张图，对整个过程会更清晰：
五、Vue.js 响应式实现
本节代码：https://github.com/pingan8787/Leo-JavaScript/blob/master/Cute-Gist/Vue/leo-vue-reactive/
这里大家可以再回顾下下面这张官网经典的图，思考下前面讲的示例。
（图片来自：https://cn.vuejs.org/v2/guide/reactivity.html）
上一节实现了简单的数据响应式，接下来继续通过完善该示例，实现一个简单的 Vue.js 响应式，测试代码如下：
// index.js
const vm = new Vue({
el: '#app',
data(){
return {
text: '你好，前端自习课',
desc: '每日清晨，享受一篇前端优秀文章。'
}
}
});
是不是很有内味了，下面是我们最终实现后项目目录：
- mini-reactive
/ index.html // 入口 HTML 文件
/ index.js // 入口 JS 文件
/ observer.js // 实现响应式，将数据转换为响应式对象
/ watcher.js // 实现观察者和被观察者（依赖收集者）
/ vue.js // 实现 Vue 类作为主入口类
/ compile.js // 实现编译模版功能
知道每一个文件功能以后，接下来将每一步串联起来。
1. 实现入口文件
我们首先实现入口文件，包括 index.html / index.js 2 个简单文件，用来方便接下来的测试。
1.1 index.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<script src="./vue.js"></script>
<script src="./observer.js"></script>
<script src="./compile.js"></script>
<script src="./watcher.js"></script>
</head>
<body>
<div id="app">{{text}}</div>
<button id="update">更新数据</button>
<script src="./index.js"></script>
</body>
</html>
1.2 index.js
"use strict";
const vm = new Vue({
el: '#app',
data(){
return {
text: '你好，前端自习课',
desc: '每日清晨，享受一篇前端优秀文章。'
}
}
});
console.log(vm.$data.text)
vm.$data.text = '页面数据更新成功！'; // 模拟数据变化
console.log(vm.$data.text)
2. 实现核心入口 vue.js
vue.js 文件是我们实现的整个响应式的入口文件，暴露一个 Vue 类，并挂载全局。
class Vue {
constructor (options = {}) {
this.$el = options.el;
this.$data = options.data();
this.$methods = options.methods;
// [核心流程]将普通 data 对象转换为响应式对象
new Observer(this.$data);
if (this.$el) {
// [核心流程]将解析模板的内容
new Compile(this.$el, this)
}
}
}
window.Vue = Vue;
Vue 类入参为一个配置项 option ，使用起来跟 Vue.js 一样，包括 $el 挂载点、 $data 数据对象和 $methods 方法列表（本文不详细介绍）。
通过实例化 Oberser 类，将普通 data 对象转换为响应式对象，然后判断是否传入 el 参数，存在时，则实例化 Compile 类，解析模版内容。
总结下 Vue 这个类工作流程 ：
3. 实现 observer.js
observer.js 文件实现了 Observer 类，用来将普通对象转换为响应式对象：
class Observer {
constructor (data) {
this.data = data;
this.walk(data);
}
// [核心方法]将 data 对象转换为响应式对象，为每个 data 属性设置 getter 和 setter 方法
walk (data) {
if (typeof data !== 'object') return data;
Object.keys(data).forEach( key => {
this.defineReactive(data, key, data[key])
})
}
// [核心方法]实现数据劫持
defineReactive (obj, key, value) {
this.walk(value); // [核心过程]遍历 walk 方法，处理深层对象。
const dep = new Dep();
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get () {
console.log('[getter]方法执行')
Dep.target && dep.addSub(Dep.target);
return value
},
set (newValue) {
console.log('[setter]方法执行')
if (value === newValue) return;
// [核心过程]当设置的新值 newValue 为对象，则继续通过 walk 方法将其转换为响应式对象
if (typeof newValue === 'object') this.walk(newValue);
value = newValue;
dep.notify(); // [核心过程]执行被观察者通知方法，通知所有观察者执行 update 更新
}
})
}
}
相比较第四节实现的 Observer 类，这里做了调整：
增加 walk核心方法，用来遍历对象每个属性，分别调用数据劫持方法（defineReactive()）；在 defineReactive()的 getter 中，判断Dep.target存在才添加观察者，下一节会详细介绍Dep.target；在 defineReactive()的 setter 中，判断当前新值（newValue）是否为对象，如果是，则直接调用this.walk()方法将当前对象再次转为响应式对象，处理深层对象。
通过改善后的 Observer 类，我们就可以实现将单层或深层嵌套的普通对象转换为响应式对象。
4. 实现 watcher.js
这里实现了 Dep 被观察者类（依赖收集者）和 Watcher 观察者类。
class Dep {
constructor() {
this.subs = [];
}
addSub(watcher) {
this.subs.push(watcher);
}
notify(data) {
this.subs.forEach(sub => sub.update(data));
}
}
class Watcher {
constructor (vm, key, cb) {
this.vm = vm; // vm：表示当前实例
this.key = key; // key：表示当前操作的数据名称
this.cb = cb; // cb：表示数据发生改变之后的回调
Dep.target = this; // 全局唯一
this.oldValue = this.vm.$data[key]; // 保存变化的数据作为旧值，后续做判断是否更新
Dep.target = null;
}
update () {
console.log(`数据发生变化！`);
let oldValue = this.oldValue;
let newValue = this.vm.$data[this.key];
if (oldValue != newValue) { // 比较新旧值，发生变化才执行回调
this.cb(newValue, oldValue);
};
}
}
相比较第四节实现的 Watcher 类，这里做了调整：
在构造函数中，增加 Dep.target值操作；在构造函数中，增加 oldValue变量，保存变化的数据作为旧值，后续做为判断是否更新的依据；在 update()方法中，增加当前操作对象key对应值的新旧值比较，如果不同，才执行回调。
Dep.target 是当前全局唯一的订阅者，因为同一时间只允许一个订阅者被处理。target 指当前正在处理的目标订阅者，当前订阅者处理完就赋值为 null 。这里 Dep.target 会在 defineReactive() 的 getter 中使用到。
通过改善后的 Watcher 类，我们操作当前操作对象 key 对应值的时候，可以在数据有变化的情况才执行回调，减少资源浪费。
4. 实现 compile.js
compile.js 实现了 Vue.js 的模版编译，如将 HTML 中的 {{text}} 模版转换为具体变量的值。
compile.js 介绍内容较多，考虑到篇幅问题，并且本文核心介绍响应式原理，所以这里就暂时不介绍 compile.js 的实现，在学习的朋友可以到我 Github 上下载该文件直接下载使用即可，地址：https://github.com/pingan8787/Leo-JavaScript/blob/master/Cute-Gist/Vue/leo-vue-reactive/compile.js
5. 测试代码
到这里，我们已经将第四节的 demo 改造成简易版 Vue.js 响应式，接下来打开 index.html 看看效果：
当 index.js 中执行到：
vm.$data.text = '我们必须经常保持旧的记忆和新的希望。';
页面便发生更新，页面显示的文本内容从“你好，前端自习课”更新成“我们必须经常保持旧的记忆和新的希望。”。
到这里，我们的简易版 Vue.js 响应式原理实现好了，能跟着文章看到这里的朋友，给你点个大大的赞👍
六、总结
本文首先通过回顾观察者模式和 Object.defineProperty() 方法，介绍 Vue.js 响应式原理的核心知识点，然后带大家通过一个简单示例实现简单响应式，最后通过改造这个简单响应式的示例，实现一个简单 Vue.js 响应式原理的示例。
相信看完本文的朋友，对 Vue.js 的响应式原理的理解会更深刻，希望大家理清思路，再好好回味下~
参考资料
官方文档 - 深入响应式原理 《浅谈Vue响应式原理》 《Vue的数据响应式原理》
【JS】646- 1.2w字 ｜ 初中级前端 JavaScript 自测清单 - 1
【JS】676- 1.1w字 ｜ 初中级前端 JavaScript 自测清单 - 2
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