Vue响应式依赖收集原理分析

背景

在 Vue 的初始化阶段，_init 方法执行的时候，会执行 initState(vm) ，它的定义在 src/core/instance/state.js 中。在初始化 data 和 props option 时我们注意 initProps 和 initData 方法中都调用了 observe 方法。通过 observe (value)，就可以将数据变成响应式。

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export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  if (opts.data) {
    initData(vm)
  } else {
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
}

• initProps

if (value === undefined) {

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observe(value);

}

• initData

observe(data, true / asRootData /)

目标

• 理解 Vue 数据响应式原理，了解响应式原理依赖收集的过程
• 了解在什么阶段会触发依赖收集

源码解读

入口函数：observe

observe 方法定义在 src/core/observer/index.js 中。如果是一个非 VNode 的对象类型的数据，它会尝试给这个值去创建一个 observer 实例，如果创建成功，返回新的 observer。或者如果 ob 已经存在了，就会直接返回一个现有的 observer。

代码语言：javascript复制

/** * 尝试给这个值去创建一个 observer 实例，如果创建成功，返回新的 observer  * 或者如果值已经有了，返回一个现有的 observer * @param {*} value  * @param {boolean} asRootData  * @returns Observer | void */
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  // 如果 value 已经有 observer，就返回现有的 observer
  // 否则如果不是服务器渲染，value是数组或者对象，value 是可扩展的，value 不是 vue 实例，就创建一个新的 observer
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    ob = new Observer(value)
  }
  // 如果是根组件，vmCount 不为0
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount  
  }
  return ob
}

通过 new Observer(value) 可以给 value 创建一个 observer 实例，那么 Observer 类的定义和作用是什么？在同一个文件下可以看到 class Observer 是如何定义的。

class Observer

Observer 方法定义在 src/core/observer/index.js 中。在它的构造函数中，首先实例化 Dep 对象（主要用来存放它的 watcher列表），接着通过执行 def 函数把自身实例添加到数据对象 value 的 ob 属性上，所以存在 ob 属性意味着已经被观察过。最后判断 value 为数组的情况下，会数组项遍历，给数组的每一项创建一个 observe 实例；如果是对象，那么遍历所有的属性，通过Object.defineProperty修改getter/setters。

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/** * Observer 类和每个响应式对象关联。 * observer 会转化对象的属性值的 getter/setters 方法收集依赖和派发更新。 */
export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // number of vms that have this object as root $data

  constructor(value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep() // 存放 Observer 的 watcher 列表
    this.vmCount = 0
    def(value, '__ob__', this) // __ob__ 指向自身 observe 实例，存在 __ob__ 属性意味着已经被观察过
    // 如果是数组
    if (Array.isArray(value)) {
      // hasProto = '__proto__' in {} 判断对象是否存在 __proto__ 属性
      if (hasProto) {
        // 如果有 __proto__，就将 value.__proto__ 指向 arrayMethods
        protoAugment(value, arrayMethods)
      } else {
        // 否则，就遍历 arrayMethods，将值复制到 value 上
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      }
      this.observeArray(value) // 数组项遍历，给数组的每一项创建一个 observe 实例
    } else {
      this.walk(value) // 遍历所有的属性，修改 getter/setters
    }
  }

  // 遍历所有的属性，修改 getter/setters，这个方法只有在 value 是object时调用
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i  ) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

  // 数组项遍历，给数组的每一项创建一个 observe 实例
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i  ) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

我们来看看对于数组和对象， Observe 分别做了什么处理。

Observe 如何处理数组

首先，对于 value 为数组而言，由于 proto 不是标准属性，有些浏览器不支持，比如 IE6-10，Opera10.1，所以需要根据对象是否存在 proto 属性区分在原型链上添加方法， protoAugment 和 copyAugment 都是在目标对象上添加属性值。

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/** * 将 target.__proto__ 指向 src * 拦截原型链__proto__，来增强目标对象或数组 * @param {*} target  * @param {Object} src  */
function protoAugment (target, src: Object) {
  /* eslint-disable no-proto */
  target.__proto__ = src
  /* eslint-enable no-proto */
}

/** * 遍历 key 属性值列表，将 src 中的 key 属性值逐一定义到 target 的属性中 * 通过定义隐藏属性，来增强目标对象或数组 * @param {Object} target  * @param {Object} src  * @param {Array<string>} keys  */
/* istanbul ignore next */
function copyAugment (target: Object, src: Object, keys: Array<string>) {
  for (let i = 0, l = keys.length; i < l; i  ) {
    const key = keys[i]
    def(target, key, src[key]) // // 为 target 定义 key 和值
  }
}

在原型链上添加的属性方法 arrayMethods 在 src/core/observer/array.js 可以找到他的定义。实际上 arrayMethods 就是 push pop shift unshift splice sort reverse 七个个方法。这么做的目的是因为要通过 proto 操作数据的原型链，覆盖数组默认的七个原型方法，以实现数组响应式。

Observe 如何处理对象

其次，对于对象而言，会去遍历对象的每个 key，调用 defineReactive(obj, keysi) 方法。它会为 objkey 创建一个依赖类 dep（会帮这个key 定义一个 id 和 subs(watcher 订阅者列表) 方便依赖收集）然后再利用 Object.defineProperty 对对象的 get 和 set 方法做了处理。get 拦截对 objkey 的读取操作，set 拦截对 objkey 的写操作。

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/** * 在对象上定义一个响应式的属性。 * @param {Object} obj  * @param {string} key  * @param {*} val  * @param {*} customSetter  * @param {*} shallow  * @returns  */
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  const dep = new Dep() // 为 Object 的 key 创建一个依赖类，会帮这个key 定义一个 id 和 subs(watcher 订阅者列表)

  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  // 获取 obj[key] 的属性描述符，发现它是不可配置对象的话直接 return
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // cater for pre-defined getter/setters
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  }
  // 对 obj[key] 进行观察，保证对象中的所有 key 都被观察
  let childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      if (Dep.target) {
        dep.depend()
        if (childOb) {
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      // 旧的 obj[key]
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 如果新老值一样，则直接 return，不跟新更不触发响应式更新过程
      /* eslint-disable no-self-compare */
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      /* eslint-enable no-self-compare */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      // setter 不存在说明该属性是一个只读属性，直接 return
      // #7981: for accessor properties without setter
      if (getter && !setter) return
      // 设置新值
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      // 对新值进行观察，让新值也是响应式的
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      dep.notify() // 通知依赖的观察者更新
    }
  })
}

参考 Vue面试题详细解答

可以看到，defineReactive(obj, keysi) 中对对象做了处理，不论嵌套的多深，都会 observe(value) 继续观察，在设置了新的值后，也会重新对新值进行观察，让新值也是响应式的。

上面的代码中，在 Observer 类构造函数执行时创建了一个 new Dep()，之后在定义对象的响应式属性时，也为 Object 的 key 创建一个依赖类 const dep = new Dep()，然后在 set 数据值会触发 dep.notify()。那么 Dep 的作用是什么呢？

class Dep

Dep 类的定义在 src/core/observer/dep.js 下。它的构造函数中定义了 id 和一个用于储存订阅这个 dep 的 watcher 的数组 subs[]。

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/** * 一个 dep 对应一个 object.key，每次 key 更新时调用 dep.notify()， * dep 下的 subs 存放 Watcher 列表，可以调用 dep.notify() 触发 watcher.update() 使 Watcher 列表更新。 */
export default class Dep {
  static target: ?Watcher; // Dep 类的静态属性，可以使用 Dep.target 访问，内容是 Watcher
  id: number;
  subs: Array<Watcher>; // Watcher 组成的订阅列表

  constructor() {
    this.id = uid  
    this.subs = [] // watcher 订阅者列表
  }

  // 向订阅者列表中添加一个订阅者 Watcher
  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  // 从订阅者列表中删掉一个 Watcher
  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  // 让全局唯一的 watcher 添加当前的依赖
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }

  // 通知订阅者列表触发更新
  notify () {
    // 用 slice() 方法拷贝一个 subs，不影响 this.subs
    const subs = this.subs.slice()
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
      // 如果不是运行异步，Watcher 列表不会在调度器中排序，我们需要去对他们进行排序以确保他们按顺序正确的调度
      subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
    }
    // 依次触发 Watcher.update()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i  ) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

Dep.target

这里的 Dep.target 就是一个 watcher实例，在依赖收集时会调用 watcher.addDep(this) 向观察者中添加自己这个依赖。 Dep.notify() 会通知这个依赖的观察者们依次触发 Watcher.update()。

Dep.target 是当前正在执行的 watcher，同一时间只会有一个 watcher 在执行。

代码语言：javascript复制

Dep.target = null
const targetStack = []

// 在需要进行依赖收集的时候调用，设置 Dep.target = watcher
export function pushTarget (target: ?Watcher) {
  targetStack.push(target)
  Dep.target = target
}

// 依赖收集结束调用，设置 Dep.target 为对堆栈中前一个 watcher
export function popTarget () {
  targetStack.pop()
  Dep.target = targetStack[targetStack.length - 1]
}

image.png

class Watcher

Watcher类定义在 src/core/observer/watcher.js 中。一个组件渲染时创建一个 watcher。

或者一个表达式创建一个 Watcher ，当表达式发生改变时触发调度。

Watcher 的原型方法中和依赖收集相关的方法有 get() addDep() cleanupDep()等。在 watcher 的构造函数中会调用它的原型方法 get()，它将 Dep.target 指向当前 watcher。

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/** * Watcher 解析一个表达式，收集依赖，当表达式发生改变时触发调度。Watcher 类用于 $watch() api 和指令。 */
export default class Watcher {
  vm: Component;
  expression: string;
  cb: Function;
  id: number;
  deep: boolean;
  user: boolean;
  lazy: boolean;
  sync: boolean;
  dirty: boolean;
  active: boolean;
  deps: Array<Dep>; // deps 表示上一次添加的 Dep 实例数组
  newDeps: Array<Dep>; // newDeps 表示新添加的 Dep 实例数组
  depIds: SimpleSet;
  newDepIds: SimpleSet;
  before: ?Function;
  getter: Function;
  value: any;

  constructor( // 类实例化时传入的参数会用作构造函数的参数
    vm: Component,    expOrFn: string | Function,    cb: Function,    options?: ?Object,    isRenderWatcher?: boolean  ) {
    this.vm = vm
    if (isRenderWatcher) {
      vm._watcher = this
    }
    vm._watchers.push(this)
    // options
    if (options) {
      this.deep = !!options.deep
      this.user = !!options.user
      this.lazy = !!options.lazy
      this.sync = !!options.sync
      this.before = options.before
    } else {
      this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
    }
    this.cb = cb
    this.id =   uid // uid for batching
    this.active = true
    this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
    this.deps = []
    this.newDeps = []
    this.depIds = new Set()
    this.newDepIds = new Set()
    this.expression = process.env.NODE_ENV !== 'production'
      ? expOrFn.toString()
      : ''
    // parse expression for getter
    if (typeof expOrFn === 'function') {
      this.getter = expOrFn
    } else {
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = noop
        process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
          `Failed watching path: "${expOrFn}" `  
          'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. '  
          'For full control, use a function instead.',
          vm
        )
      }
    }
    this.value = this.lazy
      ? undefined
      : this.get()
  }
  // 一些原型方法
  // 以下是定义在 watcher 类原型对象上的方法，用 Watcher.prototype.get() 访问
  /**   * Evaluate the getter, and re-collect dependencies.   */
  get () {
    // 将 Dep.target 指向当前 watcher
    pushTarget(this)
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      // 让 vm 调用 this.getter，并传入 vm 作为参数
      // this.getter = expOrFn
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // 如果需要监听对象内部值的变化，那么调用 traverse 方法
      if (this.deep) {
        traverse(value) // 递归遍历 value 的每个属性， 确保每个属性都被监听
      }
      // 当前 vm 的数据依赖收集已经完成，恢复 Dep.target
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**   * Add a dependency to this directive.   * 添加一个依赖：如果dep数组中没有dep.id，那么触发 dep 订阅当前 watcher   */
  addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

  /**   * Clean up for dependency collection.   * 清除依赖收集   */
  cleanupDeps () {
    // 先保持 deps 和 newDepIds数量相同
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this) // 如果当前 dep 中没有 newDepIds，就移除它的订阅者列表
      }
    }
    // 更新 depIds、deps 为当前的 deps，然后清除 newDepIds 和 newDeps
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear()
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  /**   * Subscriber interface.   * Will be called when a dependency changes.   */
  // 订阅者接口，当依赖改变时将会被调用
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else {
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**   * Scheduler job interface.   * Will be called by the scheduler.   */
  // 调度器工作接口，将会被调度器调用
  run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // Deep watchers and watchers on Object/Arrays should fire even
        // when the value is the same, because the value may
        // have mutated.
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          const info = `callback for watcher "${this.expression}"`
          invokeWithErrorHandling(this.cb, this.vm, [value, oldValue], this.vm, info)
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

  /**   * Evaluate the value of the watcher.   * This only gets called for lazy watchers.   */
  evaluate () {
    this.value = this.get()
    this.dirty = false
  }

  /**   * Depend on all deps collected by this watcher.   */
  depend () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }

  /**   * Remove self from all dependencies' subscriber list.   * 从所有依赖项的订阅者列表中删除 self   */
  teardown () {
    if (this.active) {
      // remove self from vm's watcher list
      // this is a somewhat expensive operation so we skip it
      // if the vm is being destroyed.
      // 如果组件不是正在被销毁
      if (!this.vm._isBeingDestroyed) {
        remove(this.vm._watchers, this) // 从数组中删除一个项目。
      }
      let i = this.deps.length
      while (i--) {
        this.deps[i].removeSub(this)
      }
      this.active = false
    }
  }
}

上面的流程是在 Vue 初始化时对数据做的处理，调用创建了 observe 实例和 dep 实例。但是并没有提到 watcher 实例是在什么时候创建的。我们先来看看一些使用 Watcher 的地方。

Watcher 的应用

• beforeMountundefined在 beforeMount 生命周期时，会通过 new Watcher 生成一个渲染 Watcher，它会在页面渲染的过程中访问每个数据对象的 getter 属性，从而进行依赖的收集。
• initComputed()undefined遍历 computed 中的每个 key，向 computed watcher 列表中新增一个 watcher 实例。
• initWatch()undefined遍历 watch 中的每一个 key，调用 vm.$watch 创建一个 watcher 实例。

何时触发依赖收集？

在 src/core/instance/lifecycle.js 中可以看到，在 beforeMount 阶段实例化了一个 render watcher，并传入一个 updateComponent 的 expOrFn 方法。之后 watcher 调用它的 this.get()。

代码语言：javascript复制

callHook(vm, 'beforeMount')

updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}

new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
  before () {
    if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
      callHook(vm, 'beforeUpdate')
    }
  }
}, true /* isRenderWatcher */)

在 get() 中先调用了 pushTarget(this) 将 Dep.target 指向当前的渲染 watcher。然后调用了 this.getter.call(vm, vm)，实际上意味着执行了 vm._update(vm._render(), hydrating)。vm._render() 返回了一个 vnode，vm._update完成页面更新。在这个过程中会对 vm 上的数据访问，这个时候就触发了数据对象的 getter。

代码语言：javascript复制

// this.getter = expOrFn = updateComponent()
value = this.getter.call(vm, vm)

数据的 getter 中触发 dep.depend() 进行依赖收集。

代码语言：javascript复制

get: function reactiveGetter () {
  const value = getter ? getter.call(obj) : val
  if (Dep.target) {
    dep.depend()
    if (childOb) {
      childOb.dep.depend()
      if (Array.isArray(value)) {
        dependArray(value)
      }
    }
  }
  return value
},

当依赖收集完成后会popTarget()，恢复 Dep.target() = null。最后清空这些依赖。

代码语言：javascript复制

popTarget()
this.cleanupDeps()

数据变化时，如何进行更新？

数据更新时，会执行setter，首先会对这个新值 newVal observe(newVal)，再调用这个属性的 dep.notify() 通知它的订阅者们进行更新。

image.png

总结

• Vue 初始化时就会通过 Object.defineProperty 拦截属性的 getter 和 setter ，为对象的每个值创建一个 dep 并用 Dep.addSub() 来存储该属性值的 watcher 列表。
• 触发依赖收集的阶段是在 beforeMount 时，它会为组件创建一个渲染 Watcher，在执行 render 的过程中就会触发对象的 getter 方法，通过dep.depend()将订阅者收集起来。通俗的来说，渲染的时候会先解析模板，由于模板中有使用到 data 中的数据，所以会触发 get 操作，从将渲染的 Watcher 对象搜集起来，以便在 set 的时候批量更新。

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