Vue响应式系统 从基础到高级的全面解析
Vue 响应式系统基础概念
Vue.js 作为一款流行的前端框架，其响应式系统是核心特性之一。简单来说，响应式系统能够让数据与 DOM 之间建立一种自动关联和更新的机制。当数据发生变化时，与之相关的 DOM 部分会自动更新，反之亦然。
数据劫持
Vue 的响应式系统是基于数据劫持和发布 - 订阅模式实现的。数据劫持主要通过 Object.defineProperty() 方法来实现。这个方法可以在一个对象上定义新的属性，或者修改现有属性的特性。以下是一个简单的示例：
let obj = {};
let value = 123;
Object.defineProperty(obj, 'count', {
get() {
console.log('获取 count 属性');
return value;
},
set(newValue) {
console.log('设置 count 属性为', newValue);
value = newValue;
}
});
console.log(obj.count);
obj.count = 456;
在这个示例中，我们通过 Object.defineProperty() 为对象 obj 定义了一个 count 属性，并在 get 和 set 函数中添加了一些打印逻辑，模拟数据劫持过程。当获取或设置 count 属性时，会触发相应的函数。
发布 - 订阅模式
发布 - 订阅模式（Publish - Subscribe Pattern）在 Vue 的响应式系统中扮演着重要角色。它定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。
在 Vue 中，每个数据对象（例如组件的 data）就是一个发布者，而依赖于这些数据的 DOM 节点以及计算属性、监听器等就是订阅者。当数据发生变化时，发布者会通知所有的订阅者进行更新。
Vue 响应式系统的实现原理
依赖收集
在 Vue 中，依赖收集是响应式系统的关键步骤。当访问数据的 getter 被触发时，会将当前正在渲染的组件（订阅者）收集到依赖列表中。这一过程主要通过一个名为 Dep 的类来实现。Dep 类代表一个依赖管理器，每个数据属性都对应一个 Dep 实例。
class Dep {
constructor() {
this.subs = [];
}
addSub(sub) {
if (sub && sub.addDep) {
sub.addDep(this);
}
}
removeSub(sub) {
const index = this.subs.indexOf(sub);
if (index !== -1) {
this.subs.splice(index, 1);
}
}
depend() {
if (Dep.target) {
this.addSub(Dep.target);
}
}
notify() {
this.subs.forEach(sub => sub.update());
}
}
Dep.target = null;
在上述代码中，Dep 类维护了一个 subs 数组，用于存储订阅者。addSub 方法用于添加订阅者，removeSub 方法用于移除订阅者，depend 方法用于将当前的 Dep.target（通常是一个渲染 Watcher）添加到依赖列表中，notify 方法则用于通知所有订阅者数据发生了变化。
Watcher 类
Watcher 类是 Vue 响应式系统中的核心部分，它代表一个订阅者。当数据发生变化时，Watcher 实例会收到通知并执行相应的更新操作。
class Watcher {
constructor(vm, expOrFn, cb) {
this.vm = vm;
this.cb = cb;
this.getter = parsePath(expOrFn);
this.value = this.get();
}
get() {
Dep.target = this;
let value = this.getter.call(this.vm, this.vm);
Dep.target = null;
return value;
}
update() {
const oldValue = this.value;
this.value = this.get();
this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
}
}
function parsePath(path) {
if (/[.$]/.test(path)) {
path = path.split('.');
return function (obj) {
for (let i = 0; i < path.length; i++) {
if (!obj) return;
obj = obj[path[i]];
}
return obj;
};
}
return function (obj) {
return obj && obj[path];
};
}
在 Watcher 类的构造函数中，接受 vm（Vue 实例）、expOrFn（数据表达式或函数）和 cb（回调函数）作为参数。get 方法在获取数据时，会将当前 Watcher 实例设置为 Dep.target，从而触发依赖收集。update 方法在数据变化时，重新获取数据并执行回调函数。
数据响应式的实现流程
- 初始化阶段：当创建一个 Vue 实例时，会对
data中的数据进行递归遍历，使用Object.defineProperty()为每个属性设置getter和setter，同时为每个属性创建一个Dep实例。 - 依赖收集阶段：在组件渲染过程中，当访问数据的
getter时，会将当前渲染的Watcher实例添加到对应属性的Dep实例的subs数组中，完成依赖收集。 - 数据更新阶段：当数据的
setter被触发时，会调用对应Dep实例的notify方法，通知所有依赖的Watcher实例进行更新。Watcher实例会重新获取数据并执行相应的回调函数，从而触发 DOM 更新。
响应式系统在 Vue 组件中的应用
组件数据的响应式绑定
在 Vue 组件中，data 函数返回的数据对象会被转化为响应式数据。例如：
<template>
<div>
<p>{{ message }}</p>
<button @click="updateMessage">更新消息</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
message: '初始消息'
};
},
methods: {
updateMessage() {
this.message = '更新后的消息';
}
}
};
</script>
在这个示例中，message 是组件的响应式数据。当点击按钮调用 updateMessage 方法修改 message 时，模板中绑定的 message 会自动更新。
计算属性的响应式原理
计算属性是 Vue 提供的一种基于依赖进行缓存的机制。它的依赖是其内部使用的数据，只有当依赖数据发生变化时，计算属性才会重新计算。
<template>
<div>
<p>数字 A: {{ numA }}</p>
<p>数字 B: {{ numB }}</p>
<p>计算结果: {{ sum }}</p>
<button @click="updateNumA">更新 A</button>
<button @click="updateNumB">更新 B</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
numA: 10,
numB: 20
};
},
computed: {
sum() {
console.log('计算 sum');
return this.numA + this.numB;
}
},
methods: {
updateNumA() {
this.numA++;
},
updateNumB() {
this.numB++;
}
}
};
</script>
在上述代码中，sum 是一个计算属性，依赖于 numA 和 numB。当 numA 或 numB 发生变化时，sum 会重新计算并更新视图。同时，由于计算属性的缓存机制，在依赖数据未变化时，多次访问 sum 不会重复执行计算逻辑。
监听器的应用
监听器（watch）用于观察数据的变化，并在数据变化时执行特定的操作。
<template>
<div>
<input v-model="inputValue">
<p>输入的值: {{ inputValue }}</p>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
inputValue: ''
};
},
watch: {
inputValue(newValue, oldValue) {
console.log('值从', oldValue, '变为', newValue);
// 在这里可以执行复杂的操作，如异步请求等
}
}
};
</script>
在这个例子中，通过 watch 监听 inputValue 的变化，当 inputValue 发生改变时，会触发相应的回调函数，并在控制台打印新旧值。
深入响应式系统的高级特性
数组的响应式处理
Vue 对数组的响应式处理与对象有所不同。由于 JavaScript 的限制，无法通过 Object.defineProperty() 对数组的索引和长度进行拦截。因此，Vue 对数组的一些方法进行了重写，使其具备响应式能力。
<template>
<div>
<ul>
<li v-for="(item, index) in list" :key="index">{{ item }}</li>
</ul>
<button @click="addItem">添加项目</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
list: ['项目 1', '项目 2']
};
},
methods: {
addItem() {
this.list.push('新项目');
}
}
};
</script>
在上述代码中，通过 push 方法向数组 list 中添加新元素，Vue 能够检测到数组的变化并更新视图。Vue 重写的数组方法包括 push、pop、shift、unshift、splice、sort 和 reverse。
Vue.set 和 Vue.delete
在某些情况下，我们需要向响应式对象中添加新的属性，或者删除现有的属性。由于 Vue 的响应式系统在初始化时已经对数据进行了劫持，直接添加或删除属性不会触发响应式更新。这时就需要使用 Vue.set 和 Vue.delete 方法。
<template>
<div>
<p>{{ obj.name }}</p>
<button @click="addAge">添加年龄</button>
<button @click="deleteName">删除名字</button>
</div>
</template>
<script>
import Vue from 'vue';
export default {
data() {
return {
obj: {
name: '张三'
}
};
},
methods: {
addAge() {
Vue.set(this.obj, 'age', 25);
},
deleteName() {
Vue.delete(this.obj, 'name');
}
}
};
</script>
在这个示例中，Vue.set 方法用于向 obj 对象中添加 age 属性，Vue.delete 方法用于删除 obj 对象的 name 属性，这两个操作都能触发响应式更新。
深度响应式
Vue 的响应式系统默认是深度响应式的，即对象内部嵌套的对象和数组也会被转化为响应式数据。
<template>
<div>
<p>{{ nestedObj.subObj.value }}</p>
<button @click="updateNestedValue">更新嵌套值</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
nestedObj: {
subObj: {
value: '初始嵌套值'
}
}
};
},
methods: {
updateNestedValue() {
this.nestedObj.subObj.value = '更新后的嵌套值';
}
}
};
</script>
在上述代码中，nestedObj.subObj.value 是一个嵌套的响应式数据，当修改 value 时，视图会自动更新，体现了 Vue 深度响应式的特性。
响应式系统性能优化
减少不必要的依赖收集
在复杂的应用中，可能会存在大量的数据和依赖关系。为了提高性能，应尽量减少不必要的依赖收集。例如，对于一些不影响视图更新的计算逻辑，可以将其放在普通函数中，而不是计算属性中。
<template>
<div>
<p>{{ result }}</p>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
num1: 10,
num2: 20
};
},
computed: {
result() {
// 这里只依赖 num1 和 num2，减少不必要依赖
return this.calculate(this.num1, this.num2);
}
},
methods: {
calculate(a, b) {
// 复杂计算逻辑，不依赖响应式数据
return a + b;
}
}
};
</script>
在这个示例中，calculate 方法作为一个普通函数，不参与依赖收集，从而提高了性能。
批量更新
Vue 在更新 DOM 时，会采用批量更新的策略。当数据发生多次变化时，Vue 不会立即更新 DOM，而是将这些变化收集起来，在适当的时候一次性更新 DOM，从而减少 DOM 操作的次数，提高性能。
例如，在一个方法中多次修改数据：
<template>
<div>
<p>{{ num }}</p>
<button @click="updateNum">更新数字</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
num: 0
};
},
methods: {
updateNum() {
this.num++;
this.num++;
this.num++;
}
}
};
</script>
在 updateNum 方法中，虽然多次修改了 num，但 Vue 会批量处理这些变化，只进行一次 DOM 更新。
使用 Vue.nextTick
Vue.nextTick 方法用于在下次 DOM 更新循环结束之后执行延迟回调。在数据变化后立即获取更新后的 DOM 时，需要使用 Vue.nextTick。
<template>
<div ref="container">
<p>{{ message }}</p>
<button @click="updateMessageAndLog">更新消息并打印 DOM</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
message: '初始消息'
};
},
methods: {
updateMessageAndLog() {
this.message = '更新后的消息';
this.$nextTick(() => {
console.log(this.$refs.container.textContent);
});
}
}
};
</script>
在这个例子中，在修改 message 后，通过 $nextTick 确保在 DOM 更新后再获取 container 的文本内容，避免获取到旧的 DOM 数据。
响应式系统与 Vuex 的结合
Vuex 中的响应式数据
Vuex 是 Vue 的状态管理模式，它的状态（state）也是响应式的。在 Vuex 中，通过 mutations 来修改状态，从而触发响应式更新。
<template>
<div>
<p>{{ $store.state.count }}</p>
<button @click="increment">增加计数</button>
</div>
</template>
<script>
import { mapMutations } from 'vuex';
export default {
methods: {
...mapMutations(['increment'])
}
};
</script>
在上述代码中，$store.state.count 是 Vuex 中的响应式状态，通过调用 increment mutation 来修改 count，从而触发视图更新。
依赖注入与响应式
Vuex 使用依赖注入的方式将状态和方法注入到组件中。这种方式与 Vue 的响应式系统紧密结合，使得组件能够方便地获取和修改全局状态，并在状态变化时自动更新。
例如，在根组件中创建 Vuex 实例并注入到子组件：
import Vue from 'vue';
import Vuex from 'vuex';
Vue.use(Vuex);
const store = new Vuex.Store({
state: {
message: 'Vuex 消息'
},
mutations: {
updateMessage(state, newMessage) {
state.message = newMessage;
}
}
});
new Vue({
store,
el: '#app'
});
子组件可以通过 this.$store 访问 Vuex 的状态和方法，并且当状态变化时，子组件中的相关视图会自动更新，体现了响应式系统与 Vuex 的无缝结合。
响应式系统在 Vue 3 中的变化
Proxy 替代 Object.defineProperty
在 Vue 3 中，响应式系统使用 Proxy 代替了 Object.defineProperty()。Proxy 是 ES6 提供的一个原生对象，它可以对目标对象进行代理，拦截并自定义基本操作。
let obj = {
name: '张三'
};
let proxy = new Proxy(obj, {
get(target, prop) {
console.log('获取属性', prop);
return target[prop];
},
set(target, prop, value) {
console.log('设置属性', prop, '为', value);
target[prop] = value;
return true;
}
});
console.log(proxy.name);
proxy.name = '李四';
与 Object.defineProperty() 相比，Proxy 具有以下优势：
- 支持数组索引和长度的拦截：可以更方便地实现数组的响应式，无需像 Vue 2 那样重写数组方法。
- 更好的性能：
Proxy的拦截操作是针对整个对象，而Object.defineProperty()需要对每个属性进行设置，在处理大量数据时，Proxy的性能更优。 - 更简洁的代码：使用
Proxy可以使响应式系统的实现代码更加简洁和清晰。
新的 API 与语法糖
Vue 3 引入了一些新的 API 和语法糖来增强响应式系统的使用体验。例如，reactive 函数用于创建响应式对象，ref 函数用于创建响应式数据。
<template>
<div>
<p>{{ state.name }}</p>
<p>{{ count.value }}</p>
<button @click="updateState">更新状态</button>
<button @click="incrementCount">增加计数</button>
</div>
</template>
<script>
import { reactive, ref } from 'vue';
export default {
setup() {
const state = reactive({
name: '初始名字'
});
const count = ref(0);
const updateState = () => {
state.name = '更新后的名字';
};
const incrementCount = () => {
count.value++;
};
return {
state,
count,
updateState,
incrementCount
};
}
};
</script>
在上述代码中，reactive 创建的 state 对象和 ref 创建的 count 都是响应式数据。ref 返回的对象需要通过 .value 来访问和修改值，而 reactive 创建的对象可以直接访问和修改属性。这些新的 API 使得在 Vue 3 中使用响应式系统更加灵活和便捷。
通过以上从基础到高级的全面解析，我们对 Vue 的响应式系统有了更深入的理解。无论是在简单的组件开发，还是复杂的大型应用中，掌握响应式系统的原理和应用，都能帮助我们更好地开发出高效、稳定的前端应用。