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：

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：

// 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：

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：

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：

/**
 * 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：

/**
 * 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：

/**
 * 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：

/**
 * 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：

/**
 * 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：

/**
 * 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, key, {
 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：

// 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：

/**
 * 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() ：

/**
 * 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：

/*
 * 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，谢谢大家对小牛知识库的支持。

参考资料

数据的响应化：https://github.com/Ma63d/vue-...
Vue v2.2.0 源代码文件
es6 Proxy: http://es6.ruanyifeng.com/#do...