通过源码分析Vue的双向数据绑定详解

前言

虽然工作中一直使用Vue作为基础库，但是对于其实现机理仅限于道听途说，这样对长期的技术发展很不利。所以最近攻读了其源码的一部分，先把双向数据绑定这一块的内容给整理一下，也算是一种学习的反刍。

本篇文章的Vue源码版本为v2.2.0开发版。

Vue源码的整体架构无非是初始化Vue对象，挂载数据data/props等，在不同的时期触发不同的事件钩子，如created() / mounted() / update()等，后面专门整理各个模块的文章。这里先讲双向数据绑定的部分，也是最主要的部分。

设计思想：观察者模式

Vue的双向数据绑定的设计思想为观察者模式，为了方便，下文中将被观察的对象称为观察者，将观察者对象触发更新的称为订阅者。主要涉及到的概念有：

1、Dep对象：Dependency依赖的简写，包含有三个主要属性id,subs,target和四个主要函数addSub,removeSub,depend,notify，是观察者的依赖集合，负责在数据发生改变时，使用notify()触发保存在subs下的订阅列表，依次更新数据和DOM。

• id: 每个观察者(依赖对象)的唯一标识。
• subs: 观察者对象的订阅者列表。
• target: 全局唯一的订阅者对象，因为只能同时计算和更新一个订阅者的值。
• addSub(): 使用`push()`方法添加一个订阅者。
• removeSub(): 使用`splice()`方法移除一个订阅者。
• depend(): 将自己添加到当前订阅者对象的依赖列表。
• notify(): 在数据被更新时，会遍历subs对象，触发每一个订阅者的更新。

2、Observer对象：即观察者，包含两个主要属性value,dep。做法是使用getter/setter方法覆盖默认的取值和赋值操作，将对象封装为响应式对象，每一次调用时更新依赖列表，更新值时触发订阅者。绑定在对象的__ob__原型链属性上。

• value: 原始值。
• dep: 依赖列表。

源码实战解析

有过Vue开发基础的应该都了解其怎么初始化一个Vue对象：

rush:js;"> new Vue({ el: '#container',data: { count: 100 },... });

那么我们就从这个count说起，看它是怎么完成双向数据绑定的。

下面的代码片段中英文注释为尤雨溪所写，中文注释为我所写，英文注释更能代表开发者的清晰思路。

首先从全局的初始化函数调用：initMixin(Vue$3); ，这里的Vue$3对象就是全局的Vue对象，在此之前已经挂载了Vue的各种基本数据和函数。这个函数体就是初始化我们上面声明Vue语句的过程化逻辑，取主体代码来看：

rush:js;"> // 这里的options就是上面声明Vue对象的json对象 Vue.prototype._init = function (options) { ... var vm = this; ... initLifecycle(vm); initEvents(vm); initRender(vm); callHook(vm,'beforeCreate'); // 这里就是我们接下来要跟进的初始化Vue参数 initState(vm); initInjections(vm); callHook(vm,'created'); ... };

这里主要完成了初始化事件、渲染、参数、注入等过程，并不断调用事件钩子的回调函数。下面来到如何初始化参数：

rush:js;"> function initState (vm) { vm._watchers = []; var opts = vm.$options; if (opts.props) { initProps(vm,opts.props); } if (opts.methods) { initMethods(vm,opts.methods); } // 我们的count在这里初始化 if (opts.data) { initData(vm); } else { observe(vm._data = {},true /* asRootData */); } if (opts.computed) { initComputed(vm,opts.computed); } if (opts.watch) { initWatch(vm,opts.watch); } }

这里依次检测参数中包含的props/methods/data/computed/watch并进入不同的函数进行初始化，这里我们只关心initData：

rush:js;"> function initData (vm) { var data = vm.$options.data; data = vm._data = typeof data === 'function' ? data.call(vm) : data || {}; if (!isPlainObject(data)) { data = {}; } ... // observe data observe(data,true /* asRootData */);

可以看到Vue的data参数支持对象和回调函数，但最终返回的一定是对象，否则使用空对象。接下来就是重头戏了，我们如何将data参数设置为响应式的：

rush:js;"> /** * Attempt to create an observer instance for a value,* returns the new observer if successfully observed,* or the existing observer if the value already has one. */ function observe (value,asRootData) { if (!isObject(value)) { return } var ob; if (hasOwn(value,'__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) { ob = value.__ob__; } else if ( /* 为了防止value不是单纯的对象而是Regexp或者函数之类的，或者是vm实例再或者是不可扩展的 */ observerState.shouldConvert && !isServerRendering() && (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) && Object.isExtensible(value) && !value._isVue ) { ob = new Observer(value); } if (asRootData && ob) { ob.vmCount++; } return ob }

这里的英文注释非常清晰，就是为了给该对象新建一个观察者类，如果存在则返回已存在的（比如互相引用或依赖重复），可以看到这个观察者列表放置在对象的__ob__属性下。下面我们看下这个Observer观察者类：

rush:js;"> /** * Observer class that are attached to each observed * object. Once attached,the observer converts target * object's property keys into getter/setters that * collect dependencies and dispatches updates. */ var Observer = function Observer (value) { this.value = value; this.dep = new Dep(); this.vmCount = 0; // def函数是defineProperty的简单封装 def(value,'__ob__',this); if (Array.isArray(value)) { // 在es5及更低版本的js里，无法完美继承数组，这里检测并选取合适的函数 // protoAugment函数使用原型链继承，copyAugment函数使用原型链定义（即对每个数组defineProperty） var augment = hasProto ? protoAugment : copyAugment; augment(value,arrayMethods,arrayKeys); this.observeArray(value); } else { this.walk(value); } };

在Observer类的注释里也清楚的说明，它会被关联到每一个被检测的对象，使用getter/setter修改其默认读写，用于收集依赖和发布更新。其中出现了三个我们需要关心的东西Dep类/observeArray/walk，我们先看observeArray的源码：

rush:js;"> /** * Observe a list of Array items. */ Observer.prototype.observeArray = function observeArray (items) { for (var i = 0,l = items.length; i < l; i++) { observe(items[i]); } };

它不过是在Observer类和observe方法中间的一层递归，因为我们观察的只能是对象，而不能是数字、字符串或者数组（数组的观察比较特殊，事实上是重构了方法来触发更新，后面会讲到）。那我们接下来看下Dep类是做什么用的：

rush:js;"> /** * A dep is an observable that can have multiple * directives subscribing to it. */ var Dep = function Dep () { this.id = uid$1++; this.subs = []; };

注释里告诉我们Dep类是一个会被多个指令订阅的可被观察的对象，这里的指令就是我们在HTML代码里书写的东西，如:class={active: hasActive}或{{ count }} {{ count * price }} ，而他们就会订阅hasActive/count/price这些对象，而这些订阅他们的对象就会被放置在Dep.subs列表中。每一次新建Dep对象，就会全局uid递增，然后传给该Dep对象，保证唯一性id。

我们接着看刚才的walk函数做了什么：

rush:js;"> /** * Walk through each property and convert them into * getter/setters. This method should only be called when * value type is Object. */ Observer.prototype.walk = function walk (obj) { var keys = Object.keys(obj); for (var i = 0; i < keys.length; i++) { defineReactive$$1(obj,keys[i],obj[keys[i]]); } };

看来和名字一样，它只是走了一遍，那我们来看下defineReactive$$1做了什么：

rush:js;"> /** * Define a reactive property on an Object. */ function defineReactive$$1 (obj,key,val,customSetter) { var dep = new Dep();

var property = Object.getownPropertyDescriptor(obj,key);
if (property && property.configurable === false) {
return
}

// cater for pre-defined getter/setters
var getter = property && property.get;
var setter = property && property.set;

var childob = observe(val);
Object.defineProperty(obj,{
enumerable: true,configurable: true,get: function reactiveGetter () {
var 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) {
var value = getter ? getter.call(obj) : val;
// 脏检查，排除了NaN !== NaN的影响
if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
return
}
if (setter) {
setter.call(obj,newVal);
} else {
val = newVal;
}
childob = observe(newVal);
dep.notify();
}
});
}

终于找到重头戏了，这里真正使用了getter/setter代理了对象的默认读写。我们首先新建一个Dep对象，利用闭包准备收集依赖，然后我们使用observe观察该对象，注意此时与上面相比少了一个asRootData = true的参数。

我们先来看取值的代理get，这里用到了Dep.target属性和depend()方法，我们来看看它是做什么的：

rush:js;"> // the current target watcher being evaluated. // this is globally unique because there Could be only one // watcher being evaluated at any time. Dep.target = null;

Dep.prototype.depend = function depend () {
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this);
}
};

Dep.prototype.notify = function notify () {
// stablize the subscriber list first
var subs = this.subs.slice();
for (var i = 0,l = subs.length; i < l; i++) {
subs[i].update();
}
};

注释看的出来Dep.target是全局唯一的watcher对象，也就是当前正在指令计算的订阅者，它会在计算时赋值成一个watcher对象，计算完成后赋值为null。而depend是用于对该订阅者添加依赖，告诉它你的值依赖于我，每次更新时应该来找我。另外还有notify()的函数，用于遍历所有的依赖，通知他们更新数据。

这里多看一下addDep()的源码：

rush:js;"> /** * Add a dependency to this directive. */ Watcher.prototype.addDep = function addDep (dep) { var id = dep.id; if (!this.newDepIds.has(id)) { this.newDepIds.add(id); this.newDeps.push(dep); if (!this.depIds.has(id)) { // 使用push()方法添加一个订阅者 dep.addSub(this); } } };

可以看到它有去重的机制，当重复依赖时保证相同ID的依赖只有一个。订阅者包含3个属性newDepIds/newDeps/depIds分别存储依赖信息，如果之前就有了这个依赖，那么反过来将该订阅者加入到这个依赖关系中去。

接着看get方法中的dependarray() ：

rush:js;"> /** * Collect dependencies on array elements when the array is touched,since * we cannot intercept array element access like property getters. */ function dependarray (value) { for (var e = (void 0),i = 0,l = value.length; i < l; i++) { e = value[i]; e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend(); if (Array.isArray(e)) { dependarray(e); } } }

可以看到我们不能像对象一样监听数组的变化，所以如果获取一个数组的值，那么就需要将数组中所有的对象的观察者列表都加入到依赖中去。

这样get方法读取值就代理完成了，接下来我们看set方法代理赋值的实现，我们先获取原始值，然后与新赋的值进行比较，也叫脏检查，如果数据发生了改变，则对该数据进行重新建立观察者，并通知所有的订阅者更新。

接下来我们看下数组的更新检测是如何实现的：

rush:js;"> /* * not type checking this file because flow doesn't play well with * dynamically accessing methods on Array prototype */ var arrayProto = Array.prototype; var arrayMethods = Object.create(arrayProto); ['push','pop','shift','unshift','splice','sort','reverse'].forEach(function (method) { // cache original method var original = arrayProto[method]; def(arrayMethods,method,function mutator () { var arguments$1 = arguments; // avoid leaking arguments: // http://jsperf.com/closure-with-arguments var i = arguments.length; var args = new Array(i); while (i--) { args[i] = arguments$1[i]; } var result = original.apply(this,args); var ob = this.__ob__; var inserted; switch (method) { case 'push': inserted = args; break case 'unshift': inserted = args; break case 'splice': inserted = args.slice(2); break } if (inserted) { ob.observeArray(inserted); } // notify change ob.dep.notify(); return result }); });

看的出来我们模拟了一个数组对象，代理了push/pop/shift/unshift/splice/sort/reverse方法，用于检测数组的变化，并通知所有订阅者更新。如果有新建元素，会补充监听新对象。

这就是从代码上解释为什么Vue不支持数组下标修改和长度修改的原因，至于为什么这么设计，我后面会再次更新或再开篇文章，讲一些通用的设计问题以及Js机制和缺陷。

总结

从上面的代码中我们可以一步步由深到浅的看到Vue是如何设计出双向数据绑定的，最主要的两点：

• 使用getter/setter代理值的读取和赋值，使得我们可以控制数据的流向。
• 使用观察者模式设计，实现了指令和数据的依赖关系以及触发更新。
• 对于数组，代理会修改原数组对象的方法，并触发更新。

明白了这些原理，其实你也可以实现一个简单的数据绑定，造一个小轮子，当然，Vue的强大之处不止于此，我们后面再来聊一聊它的组件和渲染，看它是怎么一步一步将我们从DOM对象的魔爪里拯救出来的。

好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对编程之家的支持。

参考资料

数据的响应化：-... Vue v2.2.0 源代码文件 es6 Proxy: ...