前言

Vue.js 的核心包括一套“響應(yīng)式系統(tǒng)”呐籽。

“響應(yīng)式”锋勺，是指當數(shù)據(jù)改變后，Vue 會通知到使用該數(shù)據(jù)的代碼狡蝶。例如庶橱，視圖渲染中使用了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)改變后贪惹，視圖也會自動更新苏章。

舉個簡單的例子，對于模板：

<div id="root">{{ name }}</div>

創(chuàng)建一個 Vue 組件：

var vm = new Vue({
  el: '#root',
  data: {
    name: 'luobo'
  }
})

代碼執(zhí)行后奏瞬，頁面上對應(yīng)位置會顯示：luobo枫绅。

如果想改變顯示的名字，只需要執(zhí)行：

vm.name = 'tang'

這樣頁面上就會顯示修改后的名字了丝格，并不需要去手動修改 DOM 更新數(shù)據(jù)撑瞧。

接下來，我們就一起深入了解 Vue 的數(shù)據(jù)響應(yīng)式原理显蝌，搞清楚響應(yīng)式的實現(xiàn)機制预伺。

基本概念

Vue 的響應(yīng)式订咸，核心機制是 觀察者模式。

數(shù)據(jù)是被觀察的一方酬诀，發(fā)生改變時脏嚷，通知所有的觀察者，這樣觀察者可以做出響應(yīng)瞒御，比如父叙，重新渲染然后更新視圖。

我們把依賴數(shù)據(jù)的觀察者稱為 watcher肴裙，那么這種關(guān)系可以表示為：

data -> watcher

數(shù)據(jù)可以有多個觀察者趾唱，怎么記錄這種依賴關(guān)系呢？

Vue 通過在 data 和 watcher 間創(chuàng)建一個 dep 對象蜻懦，來記錄這種依賴關(guān)系：

data - dep -> watcher

dep 的結(jié)構(gòu)很簡單甜癞，除了唯一標識屬性 id，另一個屬性就是用于記錄所有觀察者的 subs：

• id - number
• subs - [Watcher]

再來看 watcher宛乃。

Vue 中 watcher 的觀察對象，確切來說是一個求值表達式征炼，或者函數(shù)。這個表達式或者函數(shù)谆奥，在一個 Vue 實例的上下文中求值或執(zhí)行。這個過程中酸些，使用到數(shù)據(jù)空骚，也就是 watcher 所依賴的數(shù)據(jù)擂仍。用于記錄依賴關(guān)系的屬性是 deps熬甚，對應(yīng)的是由 dep 對象組成的數(shù)組逢渔，對應(yīng)所有依賴的數(shù)據(jù)。而表達式或函數(shù)乡括，最終會作為求值函數(shù)記錄到 getter 屬性，每次求值得到的結(jié)果記錄在 value 屬性：

• vm - VueComponent
• deps - [Dep]
• getter - function
• value - *

另外诲泌，還有一個重要的屬性 cb，記錄回調(diào)函數(shù)哀蘑，當 getter 返回的值與當前 value 不同時被調(diào)用：

• cb - function

我們通過示例來整理下 data、dep绘迁、watcher 的關(guān)系：

var vm = new Vue({
  data: {
    name: 'luobo',
    age: 18
  }
})

var userInfo = function () {
  return this.name + ' - ' + this.age
}

var onUserInfoChange = function (userInfo) {
  console.log(userInfo)
}

vm.$watch(userInfo, onUserInfoChange)

上面代碼首先創(chuàng)建了一個新的 Vue 實例對象 vm，包含兩個數(shù)據(jù)字段：name棠赛、age膛腐。對于這兩個字段，Vue 會分別創(chuàng)建對應(yīng)的 dep 對象哲身，用于記錄依賴該數(shù)據(jù)的 watcher。

然后定義了一個求值函數(shù) userInfo膀值，注意元镀，這個函數(shù)會在對應(yīng)的 Vue 示例上下文中執(zhí)行欣簇，也就是說翘狱，執(zhí)行時的 this 對應(yīng)的就是 vm砰苍。

回調(diào)函數(shù) onUserInfoChange 只是打印出新的 watcher 得到的新的值，由 userInfo 執(zhí)行后生成赚导。

通過 vm.$watch(userInfo, onUserInfoChange)，將 vm吼旧、getter、cb 集成在一起創(chuàng)建了新的 watcher掂为。創(chuàng)建成功后员串，watcher 在內(nèi)部已經(jīng)記錄了依賴關(guān)系，watcher.deps 中記錄了 vm 的 name寸齐、age 對應(yīng)的 dep 對象（因為 userInfo 中使用了這兩個數(shù)據(jù)）欲诺。

接下來抄谐，我們修改數(shù)據(jù)：

vm.name = 'tang'

執(zhí)行后，控制臺會輸出：

tang - 18

同樣瞧栗，如果修改 age 的值斯稳，也會最終觸發(fā) onUserInfoChange 打印出新的結(jié)果。

用個簡單的圖來整理下上面的關(guān)系：

vm.name -- dep1
vm.age  -- dep2
watcher.deps --> [dep1, dep2]

修改 vm.name 后迹恐，dep1 通知相關(guān)的 watcher，然后 watcher 執(zhí)行 getter憎茂，得到新的 value锤岸，再將新的 value 傳給 cb：

vm.name -> dep1 -> watcher -> getter -> value -> cb

可能你也注意到了，上面例子中的 userInfo拳氢，貌似就是計算屬性的作用嘛：

var vm = new Vue({
  data: {
    name: 'luobo',
    age: 18
  },
  computed: {
    userInfo() {
      return this.name + ' - ' + this.age
    }
  }
})

其實蛋铆，計算屬性在內(nèi)部也是基于 watcher 實現(xiàn)的，每個計算屬性對應(yīng)一個 watcher留特，其 getter 也就是計算屬性的聲明函數(shù)玛瘸。
不過，計算屬性對應(yīng)的 watcher 與直接通過 vm.$watch() 創(chuàng)建的 watcher 略有不同右核，畢竟如果沒有地方使用到這個計算屬性渺绒，數(shù)據(jù)改變時都重新進行計算會有點浪費，這個在本文后面會講到。

上面描述了 data针炉、dep扳抽、watcher 的關(guān)系殖侵，但是問題來了镰烧，這種依賴關(guān)系是如何建立的呢？數(shù)據(jù)改變后茉唉，又是如何通知 watcher 的呢结执？

接下來我們深入 Vue 源碼，搞清楚這兩個問題懂傀。

建立依賴關(guān)系

Vue 源碼版本 v2.5.13蜡感，文中摘錄的部分代碼為便于分析進行了簡化或改寫。

響應(yīng)式的核心邏輯犀斋，都在 Vue 項目的 “vue/src/core/observer” 目錄下面杈笔。

我們還是先順著前面示例代碼來捋一遍，首先是 Vue 實例化過程：

var vm = new Vue(/* ... */)

跟將傳入的 data 進行響應(yīng)式初始化相關(guān)的代碼球榆，在 “vue/src/core/instance/state.js” 文件中：

observer/state.js#L149

// new Vue() -> ... -> initState() -> initData()
observe(data)

函數(shù) observe() 的目的是讓傳入的整個對象成為響應(yīng)式的持钉，它會遍歷對象的所有屬性篱昔，然后執(zhí)行：

observer/index.js#L64

// observe() -> new Observer() -> observer.walk()
defineReactive(obj, key, value)

defineReactive() 就是用于定義響應(yīng)式數(shù)據(jù)的核心函數(shù)。它主要做的事情包括：

• 新建一個 dep 對象空执，與當前數(shù)據(jù)對應(yīng)
• 通過 Object.defineProperty() 重新定義對象屬性穗椅，配置屬性的 set、get门坷，從而數(shù)據(jù)被獲取、設(shè)置時可以執(zhí)行 Vue 的代碼

OK默蚌，先到這里绸吸，關(guān)于 Vue 實例化告一段落。

需要要注意的是温数，傳入 Vue 的 data 的所有屬性蜻势，會被代理到新創(chuàng)建的 Vue 實例對象上，這樣通過 vm.name 進行操作的其實就是 data.name握玛，這也是借助 Object.defineProperty() 實現(xiàn)的挠铲。

再來看 watcher 的創(chuàng)建過程：

vm.$watch(userInfo, onUserInfoChange)

上述代碼執(zhí)行后，會調(diào)用：

instance/state.js#L346

// Vue.prototype.$watch()
new Watcher(vm, expOrFn, cb, options)

也就是：

new Watcher(vm, userInfo, onUserInfoChange, {/* 略 */})

在 watcher 對象創(chuàng)建過程中安聘，除了記錄 vm瓢棒、getter、cb 以及初始化各種屬性外念颈，最重要的就是調(diào)用了傳入的 getter 函數(shù)：

observer/watcher.js#L103

// new Watcher() -> watcher.get()
value = this.getter.call(vm, vm)

在 getter 函數(shù)的執(zhí)行過程中连霉，獲取讀取需要的數(shù)據(jù)，于是觸發(fā)了前面通過 defineReactive() 配置的 get 方法：

if (Dep.target) {
  dep.depend()
}

這是做什么呢窟感？

回到 watcher.get() 方法歉井，在執(zhí)行 getter 函數(shù)的前后，分別有如下代碼：

pushTarget(this)
// ... 
value = this.getter.call(vm, vm)
// ...
popTarget()

pushTarget() 將當前 watcher 設(shè)置為 Dep.target谍夭，這樣在執(zhí)行到 vm.name 進一步執(zhí)行對應(yīng)的 get 方法時憨募，Dep.target 的值就是這里的 watcher菜谣，然后通過 dep.depend() 就建立了依賴關(guān)系。

dep.depend() 執(zhí)行的邏輯就比較好推測了尾膊，將 watcher（通過 Dep.target 引用到）記錄到 dep.subs 中冈敛，將 dep 記錄到 watcher.deps 中 —— 依賴關(guān)系建立了！

然后來看建立的依賴關(guān)系是如何使用的抓谴。

數(shù)據(jù)變更同步

繼續(xù)前面的例子癌压，執(zhí)行如下代碼時：

vm.name = 'tang'

會觸發(fā)通過 defineReactive() 配置的 set 方法，如果數(shù)據(jù)改變集侯，那么：

// defineReactive() -> set()
dep.notify()

通過 dep 對象來通知所有的依賴方法帜消，于是 dep 遍歷內(nèi)部的 subs 執(zhí)行：

// dep.notify()
watcher.update()

這樣 watcher 就被通知到了，知道了數(shù)據(jù)改變术健，從而繼續(xù)后續(xù)的處理粘衬。這里先不展開。

到這里勘伺，基本就搞清楚響應(yīng)式的基本機制了褂删，整理一下：

• 通過 Object.defineProperty() 替換配置對象屬性的 set、get 方法缅帘，實現(xiàn)“攔截”
• watcher 在執(zhí)行 getter 函數(shù)時觸發(fā)數(shù)據(jù)的 get 方法，從而建立依賴關(guān)系
• 寫入數(shù)據(jù)時觸發(fā) set 方法逗栽，從而借助 dep 發(fā)布通知失暂，進而 watcher 進行更新

這樣再看 Vue 官方的圖就比較好理解了：

Vue 響應(yīng)式原理

圖片來源：https://vuejs.org/v2/guide/reactivity.html
上圖中左側(cè)是以組件渲染（render）作為 getter 函數(shù)來演示響應(yīng)式過程的弟塞，這其實就是 RenderWatcher 這種特殊類型 watcher 的作用機制，后面還會再講决记。

計算屬性

本文前面提到過計算屬性霉涨，在 Vue 中也是作為 watcher 進行處理的。計算屬性（ComputedWatcher）特殊的地方在于楼镐，它其實沒有 cb（空函數(shù)）往枷，只有 getter，并且它的值只在被使用時才計算并緩存错洁。

什么意思呢屯碴？

首先，ComputedWatcher 在創(chuàng)建時忱叭，不會立即執(zhí)行 getter（lazy 選項值為 false）今艺，這樣一開始 ComputedWatcher 并沒有和使用到的數(shù)據(jù)建立依賴關(guān)系。

計算屬性在被“get”時撵彻，首先執(zhí)行預(yù)先定義的 ComputedGetter 函數(shù)，這里有一段特殊邏輯：

instance/state.js#L238

function computedGetter () {
  if (watcher.dirty) {
    watcher.evaluate()
  }
  if (Dep.target) {
    watcher.depend()
  }
  return watcher.value
}

首先判斷 watcher 是不是 dirty 狀態(tài)轴合，什么意思呢碗短？

計算屬性對應(yīng)的 watcher 初始創(chuàng)建的時候，并沒有執(zhí)行 getter，這個時候就會設(shè)置 dirty 為 true携栋，這樣當前獲取計算屬性的值的時候婉支，會執(zhí)行 getter 得到 value，然后標記 dirty 為 false蝌以。這樣后續(xù)再獲取計算屬性的值何之，不需要再計算（執(zhí)行 getter），直接就能返回緩存的 value徊件。

另外蒜危，計算屬性的 watcher 在執(zhí)行 watcher.evaluate() 是，進一步調(diào)用 watcher.get()部翘，從而進行依賴收集响委。而依賴的數(shù)據(jù)在改變后，會通知計算屬性的 watcher表牢，但是 watcher 只是標記自身為 dirty贝次，而不計算。這樣的好處是可以減小開銷敲茄，只在有地方需要計算屬性的值時才執(zhí)行計算。

如果依賴的數(shù)據(jù)發(fā)生變更掏父，計算屬性只是標記 dirty 為 true秆剪，會不會有問題呢？

解決這個問題的是上面代碼的這一部分：

if (Dep.target) {
  watcher.depend()
}

也就是說陶缺，如果當前有在收集依賴的 watcher洁灵，那么當前計算屬性的 watcher 會間接地通過 watcher.depend() 將依賴關(guān)系“繼承”給這個 watcher（watcher.depend() 內(nèi)部是對每個 watcher.deps 記錄的 dep 執(zhí)行 dep.depend() 從而讓依賴數(shù)據(jù)與當前的 watcher 建立依賴關(guān)系）徽千。

所以，依賴數(shù)據(jù)改變双抽，依賴計算屬性的 watcher 會直接得到通知荠诬，再來獲取計算屬性的值的時候，計算屬性才進行計算求值方椎。

所以钧嘶，依賴計算屬性的 watcher 可以視為依賴 watcher 的 watcher。這樣的 watcher 在 Vue 中最常見不過闸拿，那就是 RenderWatcher书幕。

RenderWatcher 及異步更新

相信讀過前文，你應(yīng)該對 Vue 響應(yīng)式原理有基本的認識苛骨。那么 Vue 是如何將其運用到視圖更新中的呢？答案就是這里要講的 RenderWatcher俐筋。

RenderWatcher 首先是 watcher严衬，只不過和計算屬性對應(yīng)的 ComputedWatcher 類似，它也有些特殊的行為粱挡。

RenderWatcher 的創(chuàng)建俄精，在函數(shù) mountComponent 中：

// Vue.prototype.$mount() -> mountComponent()
let updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}
new Watcher(vm, updateComponent, noop, null, true /* isRenderWatcher */)

核心代碼就在這里了嘀倒。這個 watcher 就是 Vue 實例對象唯一的 RenderWatcher局冰，在 watcher 構(gòu)造函數(shù)中，會記錄到 vm._watcher 上（普通 watcher 只會記錄到 vm._watchers 數(shù)組中）碳胳。

這個 watcher 也會在創(chuàng)建的最后執(zhí)行 watcher.get()沫勿，也就是執(zhí)行 getter 收集依賴的過程产雹。而在這里，getter 就是 updateComponent蔓挖，也就是說瘟判，執(zhí)行了渲染+更新 DOM！并且篮撑，這個過程中使用到的數(shù)據(jù)也被收集了依賴關(guān)系匆瓜。

那么未蝌，理所當然地质欲，在 render() 中使用到數(shù)據(jù)嘶伟，發(fā)生改變，自然會通知到 RenderWatcher绊袋，從而最終更新視圖铸鹰！

不過，這里會有個疑問：如果進行多次數(shù)據(jù)修改展姐，那么豈不是要頻繁執(zhí)行 DOM 更新剖毯？

這里就涉及到 RenderWatcher 的特殊功能了：異步更新。

結(jié)合前面內(nèi)容擂达，我們知道數(shù)據(jù)更新后胶滋，依賴該數(shù)據(jù)的 watcher 會執(zhí)行 watcher.update()究恤，這個在前文中沒有展開，現(xiàn)在我們來看下這個方法：

observer/watcher.js#L161

if (this.lazy) {
  this.dirty = true
} else if (this.sync) {
  this.run()
} else {
  queueWatcher(this)
}

第一種情況唤蔗，lazy 為 true窟赏，也就是計算屬性，上一節(jié)已經(jīng)提到過棍掐，只是標記 dirty 為 true拷况，并不立即計算掘殴，不再贅述奏寨。sync 為 true 的情況鹰服，這里也不管，不過看起來也很簡單套菜，就是立即執(zhí)行計算嘛设易。

最后的情況顿肺，就是這里 RenderWatcher 的場景，并不立即執(zhí)行于购，也不是像計算屬性那樣標記為 dirty 就完了知染，而是放到了一個隊列中斑胜。

這個隊列是干什么的呢？

相關(guān)代碼在 observer/scheduler.js 中止潘，簡單來說凭戴，就是實現(xiàn)了異步更新。

理解其實現(xiàn)者冤，首先要對瀏覽器的事件循環(huán)（Event Loop）機制有一定了解档痪。如果你對事件循環(huán)機制不是很了解，可以看下面這篇文章：

JavaScript 運行機制詳解：再談Event Loop - 阮一峰

事件循環(huán)機制其實有點復(fù)雜愿汰，但只有理解事件循環(huán)，才能對這里 Vue 異步更新的方案有深入的認識摇予。

基于事件循環(huán)機制吗跋，RenderWatcher 將其 getter小腊，也就是 updateComponent 函數(shù)異步執(zhí)行，并且本缠，多次觸發(fā)
RenderWatcher 的 update()入问，最終也只會執(zhí)行一次 updateComponent，這樣也就解決了性能問題楣黍。

不過棱烂，隨之而來的新問題是颊糜，修改完數(shù)據(jù)，不能直接反應(yīng)到 DOM 上业筏，而是要等異步更新執(zhí)行過后才可以鸟赫，這也是為什么 Vue 提供了 nextTick() 接口，并且要求開發(fā)者將對 DOM 的操作放到 nextTick() 回調(diào)中執(zhí)行的原因台谢。

Vuex岁经、Vue-Router

再來看 Vue 套裝中的 Vuex蒿偎、Vue-Router怀读，它們也是基于 Vue 的響應(yīng)式機制實現(xiàn)功能骑脱。

先來看 Vuex叁丧，代碼版本 v3.0.1啤誊。

Vuex

在應(yīng)用了 Vuex 的應(yīng)用中，所有組件都可以通過 this.$store 來引用到全局的 store拥娄，并且在使用了 store 的數(shù)據(jù)后蚊锹，還能在數(shù)據(jù)改變后得到同步，這其實就是響應(yīng)式的應(yīng)用了稚瘾。

首先看 this.$store 的實現(xiàn)牡昆，這個其實是通過全局 mixin 實現(xiàn)，代碼在：

src/mixin.js#L26

this.$store = options.store || options.parent.$store

這樣在每個組件的 beforeCreate 時摊欠，會執(zhí)行 $store 屬性的初始化丢烘。

而 store 數(shù)據(jù)的響應(yīng)式處理些椒，則是通過實例化一個 Vue 對象實現(xiàn)：

src/store.js#L251

// new Store() -> resetStoreVM()
store._vm = new Vue({
  data: {
    $$state: state
  },
  computed // 對應(yīng) store.getters
})

結(jié)合前文的介紹播瞳，這里就很好理解了。因為 state 以及處理為響應(yīng)式數(shù)據(jù)免糕，而 getters 也創(chuàng)建為計算屬性赢乓，所以對這些數(shù)據(jù)的使用，就建立依賴關(guān)系石窑，從而可以響應(yīng)數(shù)據(jù)改變了牌芋。

Vue-Router

Vue-Router 中，比較重要的數(shù)據(jù)是 $route尼斧，即當前的頁面路由數(shù)據(jù)，在路由改變的時候试吁，需要替換展示不同組件（router-view 組件實現(xiàn)）棺棵。

vm.$route 實踐上是來自 Vue.prototype，但其對應(yīng)的值熄捍，最終對應(yīng)到的是 router.history.current烛恤。

結(jié)合前面的分析，這里的 history.current 肯定得是響應(yīng)式數(shù)據(jù)余耽，所以缚柏，來找下對其進行初始化的地方，其實是在全局 mixin 的 beforeCreate 這里：

v2.8.1/src/install.js#L27

// beforeCreate
Vue.util.defineReactive(this, '_route', this._router.history.current)

這樣 this._route 就是響應(yīng)式的了碟贾，那么如果頁面路由改變币喧，又是如何修改這里的 _route 的呢轨域？

答案在 VueRouter 的 init() 這里：

history.listen(route => {
  this.apps.forEach((app) => {
    app._route = route
  })
})

一個 router 對象可能和多個 vue 實例對象（這里叫作 app）關(guān)聯(lián)，每次路由改變會通知所有的實例對象杀餐。

再來看使用 vm.$route 的地方干发，也就是 VueRouter 的兩個組件：

• <router-link>
• <router-view>

兩個組件都是在 render() 中，與 $route 建立了依賴關(guān)系史翘，根據(jù) route 的值進行渲染枉长。這里具體過程就不展開了，感興趣可以看下相關(guān)源碼（v2.8.1/src/components）琼讽，原理方面在 RenderWatcher 一節(jié)已經(jīng)介紹過必峰。

實踐：watch-it

了解了以上這么多，也想自己試試钻蹬，把 Vue 響應(yīng)式相關(guān)的核心邏輯剝離出來吼蚁，做一個單純的數(shù)據(jù)響應(yīng)式的庫。由于只關(guān)注數(shù)據(jù)脉让，所以在剝離過程中桂敛，將與 Vue 組件/實例對象相關(guān)的部分都移除了，包括 watcher.vm 也不再需要溅潜，這樣 watcher.getter 計算時不再指定上下文對象术唬。

感興趣，想直接看代碼的滚澜，可以前往 luobotang/watch-it粗仓。

watch-it 只包括數(shù)據(jù)響應(yīng)式相關(guān)的功能，暴露了4個接口：

• defineReactive(obj, key, val)：為對象配置一個響應(yīng)式數(shù)據(jù)屬性
• observe(obj)：將一個數(shù)據(jù)對象配置為響應(yīng)式设捐，內(nèi)部對所有的屬性執(zhí)行 defineReactive
• defineComputed(target, key, userDef)：為對象配置一個計算屬性借浊，內(nèi)部創(chuàng)建了 watcher
• watch(fn, cb, options)：監(jiān)聽求值函數(shù)中數(shù)據(jù)改變，變化時調(diào)用 cb萝招，內(nèi)部創(chuàng)建了 watcher

來看一個使用示例：

const { observe, watch } = require('@luobotang/watch-it')

const data = {
  name: 'luobo',
  age: 18
}

observe(data)

const userInfo = function() {
  return data.name + ' - ' + data.age
}

watch(userInfo, (value) => console.log(value))

這樣蚂斤，當數(shù)據(jù)修改時，通過會打印出新的 userInfo 的值槐沼。

去除虛擬 DOM曙蒸，只通過響應(yīng)式機制，我還構(gòu)建了一個簡單的 Vue岗钩，并實現(xiàn)了一個 DEMO：

watch-it/example/

源碼在這里：

luobotang/watch-it/example/vue.js

總結(jié)

OK纽窟，以上就是有關(guān) Vue 響應(yīng)式原理的全部了，當然兼吓，只是我的理解和實踐臂港。

在梳理和寫下這些內(nèi)容的過程中，我收獲很多，也希望內(nèi)容能夠?qū)δ阌兴鶐椭?/p>

水平有限审孽，錯漏難免县袱，歡迎指出。

最后瓷胧，感謝閱讀显拳！