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Vue源码分析之实现一个简易版的Vue

目标

使用 Typescript 编写简易版的 vue 实现数据的响应式和基本的视图渲染，以及双向绑定功能。

参考 https://cn.vuejs.org/v2/guide/reactivity.html

测试代码中，编写vue.js是本篇的重点，基本使用方法与常规的Vue一样:

<div id='app'>
    <div>{{ person.name }}</div>
    <div>{{ count }}</div>
    <div v-text='person.name'></div>
    <input type='text' v-model='msg' />
    <input type='text' v-model='person.name'/>
</div>

<script src='vue.js'></script>
<script>
let vm = new Vue({
    el: '#app',
    data: {
        msg: 'Hello vue',
        count: 100,
        person: { name: 'Tim' },
    }
});
vm.msg = 'Hello world';
console.log(vm);

//模拟数据更新
setTimeout(() => { vm.person.name = 'Goooooood'; }, 1000);
<script>

页面渲染结果如下

实现的简易Vue需要完成以下功能

可以解析插值表达式，如 {{person.name}}
可以解析内置指令，如 v-text
可以双向绑定数据，如 v-model
数据更新视图随之更新

Vue当中有以下重要的组件

初始化时通过 Object.defineProperty 代理Vue.data的数据方便操作，访问Vue.prop等于访问Vue.data.prop
通过 Observer 对 Vue.data 里所有的数据及其子节点（递归）都进行捕捉，通过getter setter实现数据双向绑定
初始 Observer 在getter中收集依赖（watcher观察者）在setter中发送通知notify
Watcher 中注册依赖Dep

基层Vue

Vue 数据结构，这里只关注下面三个属性

字段	说明
$options	存放构造时传入的配置参数
$data	存放数据
$el	存放需要渲染的元素

实现Vue时，需要完成以下功能：

负责接收初始化参数 options
负责把data属性注入到vue，并转换成 getter/setter
负责调用observer监听所有属性变化
负责调用compiler解析指令和差值表达式

类型接口定以

为保持灵活性，这里直接用any类型

interface VueData {
    [key: string]: any,
}

interface VueOptions {
    data: VueData;
    el: string | Element;
}

interface Vue {
    [key: string]: any,
}

Vue实现代码

class Vue {
    public $options: VueOptions;
    public $data: VueData;
    public $el: Element | null;

    public constructor(options: VueOptions) {
        this.$options = options;
        this.$data = options.data || {};
        if (typeof options.el == 'string') {
            this.$el = document.querySelector(options.el);
        } else {
            this.$el = options.el;
        }

        if (!this.$el) {
            throw Error(`cannot find element by selector ${options.el}`);
            return;
        }
        this._proxyData(this.$data);
    }

    //生成代理，通过直接读写vue属性来代理vue.$data的数据，提高便利性
    //vue[key] => vue.data[key]
    private _proxyData(data: VueData) {
        Object.keys(data).forEach(key => {
            Object.defineProperty(this, key, {
                enumerable: true,
                configurable: true,
                get() {
                    return data[key];
                },
                set(newVal) {
                    if (newVal == data[key]) {
                        return;
                    }
                    data[key] = newVal;
                }
            })
        })
    }
}

对于Vue的元数据均以$开头表示，因为访问 Vue.data 会被代理成 Vue.$data.data，即注入属性与元属性进行区分
$el 可以为选择器或Dom，但最终需要转成Dom，若不存在Dom抛出错误
_porxyData，下划线开头为私有属性或方法，此方法可以将 $data 属性注入到vue中
enumerable 为可枚举， configurable 为可配置，如重定以和删除属性
setter 中，如果数据没有发生变化则return，发生变化更新 $data

简单测试一下

let vm = new Vue({
    el: '#app',
    data: {
        msg: 'Hello vue',
        count: 100,
        person: { name: 'Tim' },
    }
});

上图中颜色比较幽暗的，表示注入到Vue的属性已成功设置了getter和setter

Observer

负责把data选项中的属性转换成响应式数据
data中某个属性的值也是对象，需要递归转换成响应式
数据发生变化时发送通知

Observer 实现代码

class Observer {
    constructor(data) {
        this.walk(data);
    }
    walk(data) {
        Object.keys(data).forEach(key => {
            this.defineReactive(data, key, data[key]);
        });
    }
    defineReactive(obj, key, val) {
        //递归处理成响应式
        if (typeof val === 'object') {
            this.walk(val);
        }
        Object.defineProperty(obj, key, {
            enumerable: true,
            configurable: true,
            get() {
                //注意：这里val不可改成obj[key]，会无限递归直至堆栈溢出
                return val;
            },
            set: (newVal) => {
                if (newVal == val) {
                    return;
                }
                //注意：这里newVal不可改成obj[key]，会触发 getter
                val = newVal;
                if (typeof newVal == 'object') {
                    this.walk(newVal);
                }
            }
        });
    }
}

walk方法 用于遍历$data属性，传递给defineReactive做响应式处理
defineReactive 如果值为对象则递归调用walk，如果值为原生数据则设置getter和setter

关于defineReactive(data, key, val)中的形参val

形参中的 val 等同于 data[key]，这里千万不能在getter或setter内部中使用 data[key]获取值，会造成无需递归导致堆栈溢出

因而需要在defineReactive调用前访问 data[key] 并将其值以 val形参传递内部使用中。这个val会一直存放在闭包空间当中

Observer 引用

在上面编写的 Vue.constructor 中添加Observer的引用，并传入$data

    //Vue.constructor
    public constructor(options: VueOptions) {
        this.$options = options;
        this.$data = options.data || {};
        if (typeof options.el == 'string') {
            this.$el = document.querySelector(options.el);
        } else {
            this.$el = options.el;
        }

        if (!this.$el) {
            throw Error(`cannot find element by selector ${options.el}`);
            return;
        }
        this._proxyData(this.$data);
        new Observer(this.$data);          //新增此行
    }

测试

重新打印vm可以看到 $data 里的成员也有getter和setter方法了

Compiler

负责编译模板，解析指令v-xxx和插值表达式{{var}}
负责页面首次渲染
当数据发生变化时，重新渲染视图

注意，为简化代码，这里的插值表达式，不处理复杂情况，只处理单一的变量读取

如 {{count + 2}} => 不进行处理
如 {{person.name}} => 可以处理

Util 辅助工具

为方便操作，我们需要提前编写几个简单的函数功能，并封装到 Util 类中静态方法里

class Util {
    static isPrimitive(s: any): s is (string | number) {
        return typeof s === 'string' || typeof s === 'number';
    }

    static isHTMLInputElement(element: Element): element is HTMLInputElement {
        return (<HTMLInputElement>element).tagName === 'INPUT';
    }

    //处理无法引用 vm.$data['person.name'] 情况
    static getLeafData(obj: Object, key: string): any {
        let textData: Array<any> | Object | String | Number = obj;

        if (key.indexOf('.') >= 0) {
            let keys = key.split('.');
            for (let k of keys) {
                textData = textData[k];
            }
        } else {
            textData = obj[key];
        }

        return textData;
    }

    static setLeafData(obj: Object, key: string, value: any): void {
        if (key.indexOf('.') >= 0) {
            let keys = key.split('.');

            for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
                let k = keys[i];
                if (i == keys.length - 1) {
                    obj[k] = value;
                } else {
                    obj = obj[k];
                }

            }
        } else {
            if (obj[key]){
                obj[key] = value;
            }
        }
    }
}

isPrimitive

该函数用于判断变量是否为原生类型(string or number)

isHTMLInputElement

该函数用于判断元素是否为Input元素，用于后面处理 v-model 指令的双向绑定数据，默认:value @input

getLeafData

因为key可能为 person.name，如果直接中括号访问对象属性如 obj['person.name'] 无法等同于 obj.person.name

该函数如果传递的键key中，若不包含点.，则直接返回 obj[key]。若包含，则解析处理返回 obj.key1.key2.key3

setLeafData

同上， key为person.name时，设置 obj.person.name = value，否则设置 obj.key = value

Complier 实现代码

class Compiler {
    public el: Element | null;
    public vm: Vue;

    constructor(vm: Vue) {
        this.el = vm.$el,
            this.vm = vm;
        if (this.el) {
            this.compile(this.el);
        }
    }

    compile(el: Element) {
        let childNodes = el.childNodes;
        Array.from(childNodes).forEach((node: Element) => {
            if (this.isTextNode(node)) {
                this.compileText(node);
            } else if (this.isElementNode(node)) {
                this.compileElement(node);
            }

            //递归处理孩子nodes
            if (node.childNodes && node.childNodes.length !== 0) {
                this.compile(node);
            }
        })
    }

    //解析插值表达式 {{text}}
    compileText(node: Node) {
        let pattern: RegExpExecArray | null;
        if (node.textContent && (pattern = /{{(.*?)}}/.exec(node.textContent))) {
            let key = pattern[1].trim();
            if (key in this.vm.$data && Util.isPrimitive(this.vm.$data[key])) {
                node.textContent = this.vm.$data[key];
            }
        }
    }

    //解析 v-attr 指令
    compileElement(node: Element) {
        Array.from(node.attributes).forEach((attr) => {
            if (this.isDirective(attr.name)) {
                let directive: string = attr.name.substr(2);
                let value = attr.value;
                let processer: Function = this[directive + 'Updater'];
                if (processer) {
                    processer.call(this, node, value);
                }

            }
        })
    }

    //处理 v-model 指令
    modelUpdater(node: Element, key: string) {
        if (Util.isHTMLInputElement(node)) {
            let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
            if (Util.isPrimitive(value)) {
                node.value = value.toString();
            }

            node.addEventListener('input', () => {
                Util.setLeafData(this.vm.$data, key, node.value);
                console.log(this.vm.$data);
            })
        }
    }

    //处理 v-text 指令
    textUpdater(node: Element, key: string) {
        let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
        if (Util.isPrimitive(value)) {
            node.textContent = value.toString();
        }
    }

    //属性名包含 v-前缀代表指令
    isDirective(attrName: string) {
        return attrName.startsWith('v-');
    }

    //nodeType为3属于文本节点
    isTextNode(node: Node) {
        return node.nodeType == 3;
    }

    //nodeType为1属于元素节点
    isElementNode(node: Node) {
        return node.nodeType == 1;
    }
}

compile

用于首次渲染传入的 div#app 元素，遍历所有第一层子节点，判断子节点nodeType属于文本还是元素

若属于 文本 则调用 compileText 进行处理，若属于 元素 则调用 compileElement 进行处理。

另外如果子节点的孩子节点 childNodes.length != 0 则递归调用 compile(node)

compileText

用于渲染插值表达式，使用正则 {{(.*?)}} 检查是否包含插值表达式，提取括号内变量名

通过工具函数 Utils.getLeafData(vm.$data, key) 尝试读取 vm.$data[key] 和 vm.$data.key1.key2 的值

如果能读取成功，则渲染到视图当中 node.textContent = this.vm.$data[key];

compileElement

用于处理内置v-指令，通过 node.attributes 获取所有元素指令，Array.from() 可以使NamedNodeMap转成可遍历的数组

获取属性名，判断是否有 v- 前缀，若存在则进行解析成函数，解析规则如下

v-text 解析的函数名为 textUpdater()
v-model 解析函数名为 modelUpdater()

可以通过尝试方法获取，如 this[directive + "Updater"] 若不为 undefined 说明指令处理函数是存在的

最后通过 call 调用，使得 this 指向 Compiler类实例

textUpdater

与 compileText 类似，尝试读取变量并渲染到Dom中

modelUpdate

除了尝试读取变量并渲染到Dom中，还需要设置 @input 函数监听视图的变化来更新数据

node.addEventListener('input', () => {
    Util.setLeafData(this.vm.$data, key, node.value);
})

Complier 实例化引用

在 Vue.constructor 中引用 Compiler 进行首次页面渲染

    //Vue.constructor
    public constructor(options: VueOptions) {
        this.$options = options;
        this.$data = options.data || {};
        if (typeof options.el == 'string') {
            this.$el = document.querySelector(options.el);
        } else {
            this.$el = options.el;
        }

        if (!this.$el) {
            throw Error(`cannot find element by selector ${options.el}`);
            return;
        }
        this._proxyData(this.$data);
        new Observer(this.$data);
        new Compiler(this);                  //新增此行
    }

测试代码

<div id='app'>
    <div>{{ person.name }}</div>
    <div>{{ count }}</div>
    <div v-text='person.name'></div>
    <input type='text' v-model='msg' />
    <input type='text' v-model='person.name'/>
</div>
<script src='vue.js'></script>
<script>

let vm = new Vue({
    el: '#app',
    data: {
        msg: 'Hello vue',
        count: 100,
        person: { name: 'tim' },
    }
})
</scirpt>

渲染结果

至此完成了初始化数据驱动和渲染功能，我们修改 input 表单里的元素内容是会通过 @input动态更新$data对应绑定v-model的数据

但是此时我们在控制台中修改 vm.msg = 'Gooooood' ，视图是不会有响应式变化的，因此下面将通过Watcher和 Dep 观察者模式来实现响应式处理

Watcher 与 Dep

Dep(Dependency)

实现功能:

收集依赖，添加观察者(Watcher)
通知所有的观察者 (notify)

Dep 实现代码

class Dep {
    static target: Watcher | null;
    watcherList: Watcher[] = [];

    addWatcher(watcher: Watcher) {
        this.watcherList.push(watcher);
    }

    notify() {
        this.watcherList.forEach((watcher) => {
            watcher.update();
        })
    }
}

Watcher

实现功能：

当变化触发依赖时，Dep通知Watcher进行更新视图
当自身实例化时，向Dep中添加自己

Watcher 实现代码

每个观察者Watcher都必须包含 update方法，用于描述数据变动时如何响应式渲染到页面中

class Watcher {
    public vm: Vue;
    public cb: Function;
    public key: string;
    public oldValue: any;

    constructor(vm: Vue, key: string, cb: Function) {
        this.vm = vm;
        this.key = key;
        this.cb = cb;

        //注册依赖
        Dep.target = this;

        //访问属性触发getter，收集target
        this.oldValue = Util.getLeafData(vm.$data, key);

        //防止重复添加
        Dep.target = null;
    }

    update() {
        let newVal = Util.getLeafData(this.vm.$data, this.key);

        if (this.oldValue == newVal) {
            return;
        }

        this.cb(newVal);
    }
}

修改 Observer.defineReactive

对于$data中每一个属性，都对应着一个 Dep，因此我们需要在$data初始化响应式时创建Dep实例，在getter 中收集观察者Dep.addWatcher()，在 setter 中通知观察者 Dep.notify()

  
    defineReactive(obj: VueData, key: string, val: any) {
        let dep = new Dep();                        //新增此行，每个$data中的属性都对应一个Dep实例化

        //如果data值的为对象，递归walk
        if (typeof val === 'object') {
            this.walk(val);
        }
        Object.defineProperty(obj, key, {
            enumerable: true,
            configurable: true,
            get() {
                Dep.target && dep.addWatcher(Dep.target);       //检查是否有Watcher，收集依赖的观察者
                //此处不能返回 obj[key] 会无限递归触发get
                console.log('getter')
                return val;
            },
            set: (newVal) => {
                if (newVal == val) {
                    return;
                }
                val = newVal;
                if (typeof newVal == 'object') {
                    this.walk(newVal)
                }

                //发送通知
                dep.notify();                        //新增此行，$data中属性发送变动时发送通知
            }
        });
    }

修改 Compiler类，下面几个方法均添加实例化Watcher

每个视图对应一个Watcher，以key为关键字触发响应的Dep，并通过getter将Watcher添加至Dep中


class Compiler {
    //插值表达式
    compileText(node: Node) {
        let pattern: RegExpExecArray | null;
        if (node.textContent && (pattern = /{{(.*?)}}/.exec(node.textContent))) {
            let key = pattern[1].trim();
            let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
            if (Util.isPrimitive(value)) {
                node.textContent = value.toString();
            }
            new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => { node.textContent = newVal; });   //新增此行
        }
    }

    //v-model
    modelUpdater(node: Element, key: string) {
        if (Util.isHTMLInputElement(node)) {
            let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
            if (Util.isPrimitive(value)) {
                node.value = value.toString();
            }

            node.addEventListener('input', () => {
                Util.setLeafData(this.vm.$data, key, node.value);
                console.log(this.vm.$data);
            })

            new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => { node.value = newVal; });  //新增此行
        }
    }

    //v-text
    textUpdater(node: Element, key: string) {
        let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
        if (Util.isPrimitive(value)) {
            node.textContent = value.toString();
        }

        new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => { node.textContent = newVal; });   //新增此行
    }
}

至此本篇目的已经完成，实现简易版Vue的响应式数据渲染视图和双向绑定，下面是完整 ts代码和测试代码

实现简易版Vue完整代码

//main.ts 这里要自己编译成 main.js
interface VueData {
    [key: string]: any,
}

interface VueOptions {
    data: VueData;
    el: string | Element;
}

interface Vue {
    [key: string]: any,
}

class Util {
    static isPrimitive(s: any): s is (string | number) {
        return typeof s === 'string' || typeof s === 'number';
    }

    static isHTMLInputElement(element: Element): element is HTMLInputElement {
        return (<HTMLInputElement>element).tagName === 'INPUT';
    }

    //处理无法引用 vm.$data['person.name'] 情况
    static getLeafData(obj: Object, key: string): any {
        let textData: Array<any> | Object | String | Number = obj;

        if (key.indexOf('.') >= 0) {
            let keys = key.split('.');
            for (let k of keys) {
                textData = textData[k];
            }
        } else {
            textData = obj[key];
        }

        return textData;
    }

    static setLeafData(obj: Object, key: string, value: any): void {
        if (key.indexOf('.') >= 0) {
            let keys = key.split('.');

            for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
                let k = keys[i];
                if (i == keys.length - 1) {
                    obj[k] = value;
                } else {
                    obj = obj[k];
                }

            }
        } else {
            if (obj[key]){
                obj[key] = value;
            }
        }
    }
}

class Vue {
    public $options: VueOptions;
    public $data: VueData;
    public $el: Element | null;

    public constructor(options: VueOptions) {
        this.$options = options;
        this.$data = options.data || {};
        if (typeof options.el == 'string') {
            this.$el = document.querySelector(options.el);
        } else {
            this.$el = options.el;
        }

        if (!this.$el) {
            throw Error(`cannot find element by selector ${options.el}`);
            return;
        }
        this._proxyData(this.$data);
        new Observer(this.$data);
        new Compiler(this);
    }

    //生成代理，通过直接读写vue属性来代理vue.$data的数据，提高便利性
    //vue[key] => vue.data[key]
    private _proxyData(data: VueData) {
        Object.keys(data).forEach(key => {
            Object.defineProperty(this, key, {
                enumerable: true,
                configurable: true,
                get() {
                    return data[key];
                },
                set(newVal) {
                    if (newVal == data[key]) {
                        return;
                    }
                    data[key] = newVal;
                }
            })
        })
    }
}

class Observer {
    constructor(data: VueData) {
        this.walk(data);
    }

    walk(data: VueData) {
        Object.keys(data).forEach(key => {
            this.defineReactive(data, key, data[key]);
        });
    }

    //观察vue.data的变化，并同步渲染至视图中
    defineReactive(obj: VueData, key: string, val: any) {
        let dep = new Dep();


        //如果data值的为对象，递归walk
        if (typeof val === 'object') {
            this.walk(val);
        }
        Object.defineProperty(obj, key, {
            enumerable: true,
            configurable: true,
            get() {
                //收集依赖
                Dep.target && dep.addWatcher(Dep.target);
                //此处不能返回 obj[key] 会无限递归触发get
                console.log('getter')
                return val;
            },
            set: (newVal) => {
                if (newVal == val) {
                    return;
                }
                val = newVal;
                if (typeof newVal == 'object') {
                    this.walk(newVal)
                }

                //发送通知
                dep.notify();
            }
        });
    }
}

class Compiler {
    public el: Element | null;
    public vm: Vue;

    constructor(vm: Vue) {
        this.el = vm.$el,
            this.vm = vm;
        if (this.el) {
            this.compile(this.el);
        }
    }

    compile(el: Element) {
        let childNodes = el.childNodes;
        Array.from(childNodes).forEach((node: Element) => {
            if (this.isTextNode(node)) {
                this.compileText(node);
            } else if (this.isElementNode(node)) {
                this.compileElement(node);
            }

            //递归处理孩子nodes
            if (node.childNodes && node.childNodes.length !== 0) {
                this.compile(node);
            }
        })
    }

    // {{text}}
    compileText(node: Node) {
        let pattern: RegExpExecArray | null;
        if (node.textContent && (pattern = /{{(.*?)}}/.exec(node.textContent))) {
            let key = pattern[1].trim();
            let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
            if (Util.isPrimitive(value)) {
                node.textContent = value.toString();
            }
            new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => { node.textContent = newVal; })
        }
    }

    //v-attr
    compileElement(node: Element) {
        Array.from(node.attributes).forEach((attr) => {
            if (this.isDirective(attr.name)) {
                let directive: string = attr.name.substr(2);
                let value = attr.value;
                let processer: Function = this[directive + 'Updater'];
                if (processer) {
                    processer.call(this, node, value);
                }

            }
        })
    }

    //v-model
    modelUpdater(node: Element, key: string) {
        if (Util.isHTMLInputElement(node)) {
            let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
            if (Util.isPrimitive(value)) {
                node.value = value.toString();
            }

            node.addEventListener('input', () => {
                Util.setLeafData(this.vm.$data, key, node.value);
                console.log(this.vm.$data);
            })

            new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => { node.value = newVal; })
        }
    }

    //v-text
    textUpdater(node: Element, key: string) {
        let value = Util.getLeafData(this.vm.$data, key);
        if (Util.isPrimitive(value)) {
            node.textContent = value.toString();
        }

        new Watcher(this.vm, key, (newVal: string) => {
            node.textContent = newVal;
        });
    }

    isDirective(attrName: string) {
        return attrName.startsWith('v-');
    }

    isTextNode(node: Node) {
        return node.nodeType == 3;
    }

    isElementNode(node: Node) {
        return node.nodeType == 1;
    }
}

class Dep {
    static target: Watcher | null;
    watcherList: Watcher[] = [];

    addWatcher(watcher: Watcher) {
        this.watcherList.push(watcher);
    }

    notify() {
        this.watcherList.forEach((watcher) => {
            watcher.update();
        })
    }
}

class Watcher {
    public vm: Vue;
    public cb: Function;
    public key: string;
    public oldValue: any;

    constructor(vm: Vue, key: string, cb: Function) {
        this.vm = vm;
        this.key = key;
        this.cb = cb;

        //注册依赖
        Dep.target = this;

        //访问属性触发getter，收集target
        this.oldValue = Util.getLeafData(vm.$data, key);

        //防止重复添加
        Dep.target = null;
    }

    update() {
        let newVal = Util.getLeafData(this.vm.$data, this.key);

        if (this.oldValue == newVal) {
            return;
        }

        this.cb(newVal);
    }
}

测试代码

<div id='app'>
    <div>{{ person.name }}</div>
    <div>{{ count }}</div>
    <div v-text='person.name'></div>
    <input type='text' v-model='msg' />
    <input type='text' v-model='person.name'/>
</div>
    <script src='dist/main.js'></script>
<script>
let vm = new Vue({
    el: '#app',
    data: {
        msg: 'Hello vue',
        count: 100,
        person: { name: 'tim' },
    }
})

// vm.msg = 'Hello world';
console.log(vm);

setTimeout(() => { vm.person.name = 'Goooooood' }, 1000);
</scirpt>

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