前言

響應(yīng)式是 Vue 的特色，如果你簡(jiǎn)歷里寫了 Vue 項(xiàng)目，那基本都會(huì)問(wèn)響應(yīng)式實(shí)現(xiàn)原理。而且不只是 Vue，狀態(tài)管理庫(kù) Mobx 也是基于響應(yīng)式實(shí)現(xiàn)的。那響應(yīng)式是具體怎么實(shí)現(xiàn)的呢？與其空談原理，不如讓我們來(lái)手寫一個(gè)簡(jiǎn)易版吧。

響應(yīng)式

首先，什么是響應(yīng)式呢？

響應(yīng)式就是被觀察的數(shù)據(jù)變化的時(shí)候做一系列聯(lián)動(dòng)處理。就像一個(gè)社會(huì)熱點(diǎn)事件，當(dāng)它有消息更新的時(shí)候，各方媒體都會(huì)跟進(jìn)做相關(guān)報(bào)道。這里社會(huì)熱點(diǎn)事件就是被觀察的目標(biāo)。那在前端框架里，這個(gè)被觀察的目標(biāo)是什么呢？很明顯，是狀態(tài)。狀態(tài)一般是多個(gè)，會(huì)通過(guò)對(duì)象的方式來(lái)組織。所以，我們觀察狀態(tài)對(duì)象的每個(gè) key 的變化，聯(lián)動(dòng)做一系列處理就可以了。

我們要維護(hù)這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

狀態(tài)對(duì)象的每個(gè) key 都有關(guān)聯(lián)的一系列 effect 副作用函數(shù)，也就是變化的時(shí)候聯(lián)動(dòng)執(zhí)行的邏輯，通過(guò) Set 來(lái)組織。

每個(gè) key 都是這樣關(guān)聯(lián)了一系列 effect 函數(shù)，那多個(gè) key 就可以放到一個(gè) Map 里維護(hù)。

這個(gè) Map 是在對(duì)象存在的時(shí)候它就存在，對(duì)象銷毀的時(shí)候它也要跟著銷毀。（因?yàn)閷?duì)象都沒(méi)了自然也不需要維護(hù)每個(gè) key 關(guān)聯(lián)的 effect 了）

而 WeakMap 正好就有這樣的特性，WeakMap 的 key 必須是一個(gè)對(duì)象，value 可以是任意數(shù)據(jù)，key 的對(duì)象銷毀的時(shí)候，value 也會(huì)銷毀。

所以，響應(yīng)式的 Map 會(huì)用 WeakMap 來(lái)保存，key 為原對(duì)象。

這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是響應(yīng)式的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了。

比如這樣的狀態(tài)對(duì)象：

const obj = {
    a: 1,
    b: 2
}

它的響應(yīng)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是這樣的：

const depsMap = new Map();
const aDeps = new Set();
depsMap.set('a', aDeps);
const bDeps = new Set();
depsMap.set('b', bDeps);
const reactiveMap = new WeakMap()
reactiveMap.set(obj, depsMap);

創(chuàng)建出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是圖中的那個(gè)：

然后添加 deps 依賴，比如一個(gè)函數(shù)依賴了 a，那就要添加到 a 的 deps 集合里：

effect(() => {
    console.log(obj.a);
});

也就是這樣：

const depsMap = reactiveMap.get(obj);
const aDeps = depsMap.get('a');
aDeps.add(該函數(shù));

這樣維護(hù) deps 功能上沒(méi)啥問(wèn)題，但是難道要讓用戶手動(dòng)添加 deps 么？那不但會(huì)侵入業(yè)務(wù)代碼，而且還容易遺漏。

所以肯定不會(huì)讓用戶手動(dòng)維護(hù) deps，而是要做自動(dòng)的依賴收集。那怎么自動(dòng)收集依賴呢？讀取狀態(tài)值的時(shí)候，就建立了和該狀態(tài)的依賴關(guān)系，所以很容易想到可以代理狀態(tài)的 get 來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò) Object.defineProperty 或者 Proxy 都可以：

const data = {
    a: 1,
    b: 2
}
let activeEffect
function effect(fn) {
  activeEffect = fn
  fn()
}
const reactiveMap = new WeakMap()
const obj = new Proxy(data, {
    get(targetObj, key) {
        let depsMap = reactiveMap.get(targetObj)；
        
        if (!depsMap) {
          reactiveMap.set(targetObj, (depsMap = new Map()))
        }
        
        let deps = depsMap.get(key)
        
        if (!deps) {
          depsMap.set(key, (deps = new Set()))
        }
        deps.add(activeEffect)

        return targetObj[key]
   }
})

effect 會(huì)執(zhí)行傳入的回調(diào)函數(shù) fn，當(dāng)你在 fn 里讀取 obj.a 的時(shí)候，就會(huì)觸發(fā) get，會(huì)拿到對(duì)象的響應(yīng)式的 Map，從里面取出 a 對(duì)應(yīng)的 deps 集合，往里面添加當(dāng)前的 effect 函數(shù)。

這樣就完成了一次依賴收集。

當(dāng)你修改 obj.a 的時(shí)候，要通知所有的 deps，所以還要代理 set：

set(targetObj, key, newVal) {
    targetObj[key] = newVal
    const depsMap = reactiveMap.get(targetObj)
    if (!depsMap) return
    const effects = depsMap.get(key)
    effects && effects.forEach(fn => fn())
}

基本的響應(yīng)式完成了，我們測(cè)試一下：

打印了兩次，第一次是 1，第二次是 3。effect 會(huì)先執(zhí)行一次傳入的回調(diào)函數(shù)，觸發(fā) get 來(lái)收集依賴，這時(shí)候打印的 obj.a 是 1然后當(dāng) obj.a 賦值為 3 后，會(huì)觸發(fā) set，執(zhí)行收集的依賴，這時(shí)候打印 obj.a 是 3

依賴也正確收集到了：

結(jié)果是對(duì)的，我們完成了基本的響應(yīng)式！當(dāng)然，響應(yīng)式不會(huì)只有這么點(diǎn)代碼的，我們現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)還不完善，還有一些問(wèn)題。比如，如果代碼里有分支切換，上次執(zhí)行會(huì)依賴 obj.b 下次執(zhí)行又不依賴了，這時(shí)候是不是就有了無(wú)效的依賴？

這樣一段代碼：

const obj = {
    a: 1,
    b: 2
}
effect(() => {
    console.log(obj.a ? obj.b : 'nothing');
});
obj.a = undefined;
obj.b = 3;

第一次執(zhí)行 effect 函數(shù)，obj.a 是 1，這時(shí)候會(huì)走到第一個(gè)分支，又依賴了 obj.b。把 obj.a 修改為 undefined，觸發(fā) set，執(zhí)行所有的依賴函數(shù)，這時(shí)候走到分支二，不再依賴 obj.b。

把 obj.b 修改為 3，按理說(shuō)這時(shí)候沒(méi)有依賴 b 的函數(shù)了，我們執(zhí)行試一下：

第一次打印 2 是對(duì)的，也就是走到了第一個(gè)分支，打印 obj.b

第二次打印 nothing 也是對(duì)的，這時(shí)候走到第二個(gè)分支。但是第三次打印 nothing 就不對(duì)了，因?yàn)檫@時(shí)候 obj.b 已經(jīng)沒(méi)有依賴函數(shù)了，但是還是打印了。

打印看下 deps，會(huì)發(fā)現(xiàn) obj.b 的 deps 沒(méi)有清除

所以解決方案就是每次添加依賴前清空下上次的 deps。怎么清空某個(gè)函數(shù)關(guān)聯(lián)的所有 deps 呢？記錄下就好了。

我們改造下現(xiàn)有的 effect 函數(shù)：

let activeEffect
function effect(fn) {
  activeEffect = fn
  fn()
}

記錄下這個(gè) effect 函數(shù)被放到了哪些 deps 集合里。也就是：

let activeEffect
function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
      activeEffect = effectFn
      fn()
  }
  effectFn.deps = []
  effectFn()
}

對(duì)之前的 fn 包一層，在函數(shù)上添加個(gè) deps 數(shù)組來(lái)記錄被添加到哪些依賴集合里。

get 收集依賴的時(shí)候，也記錄一份到這里：

這樣下次再執(zhí)行這個(gè) effect 函數(shù)的時(shí)候，就可以把這個(gè) effect 函數(shù)從上次添加到的依賴集合里刪掉：

cleanup 實(shí)現(xiàn)如下：

function cleanup(effectFn) {
    for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
        const deps = effectFn.deps[i]
        deps.delete(effectFn)
    }
    effectFn.deps.length = 0
}

effectFn.deps 數(shù)組記錄了被添加到的 deps 集合，從中刪掉自己。全刪完之后就把上次記錄的 deps 數(shù)組置空。

我們?cè)賮?lái)測(cè)試下：

無(wú)限循環(huán)打印了，什么鬼？

問(wèn)題出現(xiàn)在這里：

set 的時(shí)候會(huì)執(zhí)行所有的當(dāng)前 key 的 deps 集合里的 effect 函數(shù)。

而我們執(zhí)行 effect 函數(shù)之前會(huì)把它從之前的 deps 集合中清掉：

執(zhí)行的時(shí)候又被添加到了 deps 集合。這樣 delete 又 add，delete 又 add，所以就無(wú)限循環(huán)了。

解決的方式就是創(chuàng)建第二個(gè) Set，只用于遍歷：

這樣就不會(huì)無(wú)限循環(huán)了。

再測(cè)試一次：

現(xiàn)在當(dāng) obj.a 賦值為 undefined 之后，再次執(zhí)行 effect 函數(shù)，obj.b 的 deps 集合就被清空了，所以需改 obj.b 也不會(huì)打印啥。

看下現(xiàn)在的響應(yīng)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

確實(shí)，b 的 deps 集合被清空了。那現(xiàn)在的響應(yīng)式實(shí)現(xiàn)是完善的了么？也不是，還有一個(gè)問(wèn)題：

如果 effect 嵌套了，那依賴還能正確的收集么？

首先講下為什么要支持 effect 嵌套，因?yàn)榻M件是可以嵌套的，而且組件里會(huì)寫 effect，那也就是 effect 嵌套了，所以必須支持嵌套。

我們嵌套下試試：

effect(() => {
    console.log('effect1');
    effect(() => {
        console.log('effect2');
        obj.b;
    });
    obj.a;
});
obj.a = 3;

按理說(shuō)會(huì)打印一次 effect1、一次 effect2，這是最開始的那次執(zhí)行。然后 obj.a 修改為 3 后，會(huì)觸發(fā)一次 effect1 的打印，執(zhí)行內(nèi)層 effect，又觸發(fā)一次 effect2 的打印。也就是會(huì)打印 effect1、effect2、effect1、effect2。

我們測(cè)試下：

打印了 effect1、effet2 這是對(duì)的，但第三次打印的是 effect2，這說(shuō)明 obj.a 修改后并沒(méi)有執(zhí)行外層函數(shù)，而是執(zhí)行的內(nèi)層函數(shù)。為什么呢？

看下這段代碼：

我們執(zhí)行 effect 的時(shí)候，會(huì)把它賦值給一個(gè)全局變量 activeEffect，然后后面收集依賴就用的這個(gè)。

當(dāng)嵌套 effect 的時(shí)候，內(nèi)層函數(shù)執(zhí)行后會(huì)修改 activeEffect 這樣收集到的依賴就不對(duì)了。

怎么辦呢？嵌套的話加一個(gè)棧來(lái)記錄 effect 不就行了？

也就是這樣：

執(zhí)行 effect 函數(shù)前把當(dāng)前 effectFn 入棧，執(zhí)行完以后出棧，修改 activeEffect 為棧頂?shù)?effectFn。

這樣就保證了收集到的依賴是正確的。

這種思想的應(yīng)用還是很多的，需要保存和恢復(fù)上下文的時(shí)候，都是這樣加一個(gè)棧。

我們?cè)贉y(cè)試一下：

現(xiàn)在的打印就對(duì)了。至此，我們的響應(yīng)式系統(tǒng)就算比較完善了。

全部代碼如下：

const data = {
    a: 1,
    b: 2
}
let activeEffect
const effectStack = [];
function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
      cleanup(effectFn)
      activeEffect = effectFn
      effectStack.push(effectFn);
      fn()
      effectStack.pop();
      activeEffect = effectStack[effectStack.length - 1];
  }
  effectFn.deps = []
  effectFn()
}
function cleanup(effectFn) {
    for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {
        const deps = effectFn.deps[i]
        deps.delete(effectFn)
    }
    effectFn.deps.length = 0
}
const reactiveMap = new WeakMap()
const obj = new Proxy(data, {
    get(targetObj, key) {
        let depsMap = reactiveMap.get(targetObj)
        
        if (!depsMap) {
          reactiveMap.set(targetObj, (depsMap = new Map()))
        }
        let deps = depsMap.get(key)
        if (!deps) {
          depsMap.set(key, (deps = new Set()))
        }
        deps.add(activeEffect)
        activeEffect.deps.push(deps);
        return targetObj[key]
   },
   set(targetObj, key, newVal) {
        targetObj[key] = newVal
        const depsMap = reactiveMap.get(targetObj)
        if (!depsMap) return
        const effects = depsMap.get(key)
        // effects && effects.forEach(fn => fn())
        const effectsToRun = new Set(effects);
        effectsToRun.forEach(effectFn => effectFn());
    }
})

總結(jié)

響應(yīng)式就是數(shù)據(jù)變化的時(shí)候做一系列聯(lián)動(dòng)的處理。

核心是這樣一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

最外層是 WeakMap，key 為對(duì)象，value 為響應(yīng)式的 Map。這樣當(dāng)對(duì)象銷毀時(shí)，Map 也會(huì)銷毀。Map 里保存了每個(gè) key 的依賴集合，用 Set 組織。

我們通過(guò) Proxy 來(lái)完成自動(dòng)的依賴收集，也就是添加 effect 到對(duì)應(yīng) key 的 deps 的集合里。 set 的時(shí)候觸發(fā)所有的 effect 函數(shù)執(zhí)行。

這就是基本的響應(yīng)式系統(tǒng)。

但是還不夠完善，每次執(zhí)行 effect 前要從上次添加到的 deps 集合中刪掉它，然后重新收集依賴。這樣可以避免因?yàn)榉种袚Q產(chǎn)生的無(wú)效依賴。并且執(zhí)行 deps 中的 effect 前要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的 Set 來(lái)執(zhí)行，避免 add、delete 循環(huán)起來(lái)。此外，為了支持嵌套 effect，需要在執(zhí)行 effect 之前把它推到棧里，然后執(zhí)行完出棧。解決了這幾個(gè)問(wèn)題之后，就是一個(gè)完善的 Vue 響應(yīng)式系統(tǒng)了。當(dāng)然，現(xiàn)在雖然功能是完善的，但是沒(méi)有實(shí)現(xiàn) computed、watch 等功能，之后再實(shí)現(xiàn)。

最后，再來(lái)看一下這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，理解了它就理解了 vue 響應(yīng)式的核心：

到此這篇關(guān)于手寫 Vue3 響應(yīng)式系統(tǒng)(核心就一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Vue3 響應(yīng)式系統(tǒng)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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