Vue 2与Vue 3 响应式系统从defineProperty到Proxy的演进
Vue 2 响应式系统：Object.defineProperty 的实现原理与局限
在 Vue 2 中，响应式系统的核心是 Object.defineProperty 方法。这个方法在 ES5 中被引入，允许开发者精确地控制对象属性的行为，包括读取、写入、枚举和删除等操作。Vue 2 利用 Object.defineProperty 来实现数据劫持，从而追踪数据的变化并触发视图更新。
1. 基本原理
Object.defineProperty 方法接受三个参数：目标对象、属性名和描述符对象。描述符对象可以定义属性的各种特性，如 value（属性值）、writable（是否可写）、enumerable（是否可枚举）和 configurable（是否可配置）。更重要的是，它还可以定义 getter 和 setter 函数。
以下是一个简单的示例，展示如何使用 Object.defineProperty 来创建一个具有 getter 和 setter 的属性：
let person = {};
let name = 'John';
Object.defineProperty(person, 'name', {
get() {
return name;
},
set(newValue) {
name = newValue;
console.log('Name has been updated to:', newValue);
}
});
console.log(person.name); // 输出: John
person.name = 'Jane'; // 输出: Name has been updated to: Jane
在 Vue 2 中，当一个对象被传入 Vue 实例作为数据时，Vue 会遍历这个对象的所有属性，并使用 Object.defineProperty 将这些属性转换为 getter 和 setter。这样，当数据被读取（触发 getter）或修改（触发 setter）时，Vue 就能追踪到这些变化。
2. Vue 2 中的实现
Vue 2 的响应式系统主要包含两个核心部分：Observer 和 Watcher。
Observer：负责将一个普通对象转换为响应式对象。它通过递归调用 Object.defineProperty 为对象的每个属性添加 getter 和 setter。
function Observer(data) {
if (!data || typeof data!== 'object') {
return;
}
Object.keys(data).forEach(key => {
defineReactive(data, key, data[key]);
});
}
function defineReactive(obj, key, val) {
Observer(val); // 递归处理子对象
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get() {
return val;
},
set(newVal) {
if (newVal === val) {
return;
}
val = newVal;
console.log(`${key} has been updated to: ${newVal}`);
// 这里应该触发依赖更新，实际 Vue 2 中有更复杂的实现
}
});
}
let data = {
message: 'Hello, Vue 2!'
};
Observer(data);
console.log(data.message); // 输出: Hello, Vue 2!
data.message = 'Hello, new world!'; // 输出: message has been updated to: Hello, new world!
Watcher：负责监听数据的变化，并在数据变化时触发视图更新。当 getter 被触发时，Watcher 会将自己添加到依赖列表中。当 setter 被触发时，Watcher 会收到通知并执行更新操作。
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 (typeof path ==='string') {
let segments = path.split('.');
return function (obj) {
for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
if (!obj) return;
obj = obj[segments[i]];
}
return obj;
};
}
return path;
}
// Dep 是依赖收集器
class Dep {
constructor() {
this.subs = [];
}
addSub(sub) {
this.subs.push(sub);
}
removeSub(sub) {
remove(this.subs, sub);
}
depend() {
if (Dep.target) {
this.addSub(Dep.target);
}
}
notify() {
const subs = this.subs.slice();
for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
subs[i].update();
}
}
}
function remove(arr, item) {
if (arr.length) {
const index = arr.indexOf(item);
if (index > -1) {
return arr.splice(index, 1);
}
}
}
// 为属性添加 Dep 实例
function defineReactive(obj, key, val) {
let dep = new Dep();
Observer(val);
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get() {
dep.depend();
return val;
},
set(newVal) {
if (newVal === val) {
return;
}
val = newVal;
dep.notify();
}
});
}
3. 局限
尽管 Object.defineProperty 为 Vue 2 的响应式系统提供了基础，但它存在一些局限性：
- 无法监听数组变化：虽然 Vue 2 对数组的部分方法（如
push、pop、shift、unshift、splice、sort和reverse）进行了包裹以触发视图更新，但对于直接通过索引修改数组元素或修改数组长度的操作，Object.defineProperty无法监听到变化。例如：
let arr = [1, 2, 3];
Observer(arr);
arr[0] = 4; // 不会触发 set 操作
arr.length = 2; // 不会触发 set 操作
- 对象新增属性无法监听：当在运行时给对象新增属性时，由于没有使用
Object.defineProperty对新属性进行初始化，Vue 2 无法自动将其转换为响应式属性。例如：
let obj = { name: 'John' };
Observer(obj);
obj.age = 30; // 不会触发 set 操作，视图不会更新
- 性能问题：在处理大型对象时，递归遍历对象并使用
Object.defineProperty为每个属性添加getter和setter会带来一定的性能开销。而且，当数据变化频繁时，依赖收集和更新的过程也可能导致性能问题。
Vue 3 响应式系统：Proxy 的优势与实现
Vue 3 引入了 Proxy 来替代 Object.defineProperty 构建响应式系统。Proxy 是 ES6 中新增的特性，它允许开发者创建一个代理对象，用于拦截和自定义基本的操作，如属性访问、赋值、枚举、函数调用等。
1. Proxy 的基本用法
Proxy 构造函数接受两个参数：目标对象和处理程序对象。处理程序对象包含一系列的捕获器（trap）函数，用于定义代理对象的行为。
以下是一个简单的示例，展示如何使用 Proxy 来拦截对象属性的读取和写入：
let person = {
name: 'John'
};
let proxy = new Proxy(person, {
get(target, property) {
console.log(`Getting property ${property}`);
return target[property];
},
set(target, property, value) {
console.log(`Setting property ${property} to ${value}`);
target[property] = value;
return true;
}
});
console.log(proxy.name); // 输出: Getting property name, John
proxy.name = 'Jane'; // 输出: Setting property name to Jane
2. Vue 3 中的实现
在 Vue 3 中，响应式系统基于 Proxy 进行了重新设计。主要包括 reactive 函数用于创建响应式对象，以及 effect 函数用于注册副作用（如视图更新）。
function reactive(target) {
return new Proxy(target, {
get(target, property) {
if (property === '__isReactive') {
return true;
}
track(target, property);
return Reflect.get(target, property);
},
set(target, property, value) {
const oldValue = target[property];
const result = Reflect.set(target, property, value);
if (oldValue!== value) {
trigger(target, property);
}
return result;
}
});
}
const targetMap = new WeakMap();
function track(target, property) {
let depsMap = targetMap.get(target);
if (!depsMap) {
targetMap.set(target, (depsMap = new Map()));
}
let dep = depsMap.get(property);
if (!dep) {
depsMap.set(property, (dep = new Set()));
}
if (activeEffect) {
dep.add(activeEffect);
}
}
function trigger(target, property) {
const depsMap = targetMap.get(target);
if (!depsMap) return;
const dep = depsMap.get(property);
if (dep) {
dep.forEach(effect => effect());
}
}
let activeEffect;
function effect(fn) {
const effect = function reactiveEffect() {
activeEffect = effect;
fn();
activeEffect = null;
};
effect();
return effect;
}
let state = reactive({
message: 'Hello, Vue 3!'
});
effect(() => {
console.log(state.message);
});
state.message = 'Hello, new world!';
在上述代码中：
reactive函数使用Proxy创建了一个响应式代理对象，通过get捕获器进行依赖收集（track函数），通过set捕获器触发依赖更新（trigger函数）。targetMap是一个WeakMap，用于存储每个目标对象的依赖关系。每个目标对象对应一个Map，这个Map的键是属性名，值是一个Set，包含依赖该属性的所有副作用函数。effect函数用于注册副作用函数。当副作用函数执行时，会激活activeEffect，从而在track函数中收集依赖。当数据变化时，trigger函数会遍历依赖的副作用函数并执行它们。
3. 优势
相比 Vue 2 的 Object.defineProperty 实现，Vue 3 使用 Proxy 带来了以下显著优势：
- 原生支持数组监听：
Proxy可以直接监听到数组的所有变化，包括通过索引修改元素和修改数组长度等操作。例如：
let arr = reactive([1, 2, 3]);
effect(() => {
console.log(arr[0]);
});
arr[0] = 4; // 会触发依赖更新，输出新值 4
arr.length = 2; // 会触发依赖更新
- 动态新增属性的响应式支持：使用
Proxy，在运行时给对象新增属性也能自动成为响应式属性。例如：
let obj = reactive({ name: 'John' });
effect(() => {
console.log(obj.age);
});
obj.age = 30; // 会触发依赖更新，输出新值 30
- 性能优化：
Proxy是基于对象的代理，而不是像Object.defineProperty那样为每个属性单独设置getter和setter。这使得在处理大型对象时，性能开销更小。而且，Vue 3 的依赖收集和更新机制更加高效，减少了不必要的更新。
响应式系统演进中的其他变化
除了从 Object.defineProperty 到 Proxy 的核心变化外，Vue 3 的响应式系统在其他方面也有一些重要的演进。
1. 更细粒度的依赖跟踪
在 Vue 2 中，依赖跟踪是基于对象的属性级别。而在 Vue 3 中，依赖跟踪更加细粒度，可以精确到具体的操作。例如，在 Vue 3 中，对于一个对象的不同属性访问，可以分别跟踪依赖。
let state = reactive({
user: {
name: 'John',
age: 30
}
});
effect(() => {
console.log(state.user.name);
});
effect(() => {
console.log(state.user.age);
});
state.user.name = 'Jane'; // 只会触发第一个 effect 的更新
state.user.age = 31; // 只会触发第二个 effect 的更新
2. 更好的 TypeScript 支持
Vue 3 对 TypeScript 的支持有了显著提升。Proxy 的类型声明更加清晰和准确，使得在使用 TypeScript 开发 Vue 3 应用时，代码的类型检查更加严格和可靠。例如，在定义响应式对象时，TypeScript 可以准确推断出对象的类型：
import { reactive } from 'vue';
interface User {
name: string;
age: number;
}
let user = reactive<User>({
name: 'John',
age: 30
});
// TypeScript 可以正确推断 user 的类型
user.name = 'Jane';
user.age = 31;
3. 与 Composition API 的紧密结合
Vue 3 的 Composition API 与新的响应式系统紧密结合，提供了更灵活和强大的方式来组织和复用代码。reactive 和 effect 等响应式 API 是 Composition API 的基础，使得开发者可以在函数式组件中轻松地管理状态和副作用。
<template>
<div>
<p>{{ state.message }}</p>
<button @click="updateMessage">Update Message</button>
</div>
</template>
<script setup>
import { reactive, effect } from 'vue';
let state = reactive({
message: 'Hello, Composition API!'
});
effect(() => {
console.log('Message has been updated:', state.message);
});
function updateMessage() {
state.message = 'Hello, new message!';
}
</script>
迁移与兼容性考虑
对于从 Vue 2 迁移到 Vue 3 的开发者，需要注意以下几点：
1. 语法变化
Vue 3 的响应式 API 有一些语法上的变化。例如，在 Vue 2 中使用 Vue.observable 创建响应式对象，而在 Vue 3 中使用 reactive 函数。此外，computed 和 watch 等 API 的使用方式也有一些调整。
2. 兼容性处理
虽然 Vue 3 提供了更好的性能和功能，但在一些旧环境中，可能需要考虑兼容性问题。例如，IE 浏览器不支持 Proxy，因此在需要兼容 IE 的项目中，可能需要使用一些 polyfill 或者继续使用 Vue 2。
3. 代码重构
迁移到 Vue 3 可能需要对部分代码进行重构，尤其是涉及到响应式系统的部分。开发者需要理解 Vue 3 新的响应式原理和 API，将旧代码适配到新的模式下。例如，处理数组和对象变化的方式需要根据新的响应式机制进行调整。
总结
Vue 从 2 到 3 的响应式系统演进，从 Object.defineProperty 到 Proxy 的转变，不仅解决了 Vue 2 中响应式系统的局限性，还带来了性能提升、更细粒度的依赖跟踪、更好的 TypeScript 支持以及与 Composition API 的紧密结合。了解这些变化对于开发者来说至关重要，无论是开发新的 Vue 3 项目，还是将现有的 Vue 2 项目迁移到 Vue 3，都能帮助开发者更好地利用 Vue 的新特性，构建更高效、更灵活的前端应用。