一探 Vue 数据响应式原理
本文写于 2020 年 8 月 5 日
相信在很多新人第一次使用 Vue 这种框架的时候，就会被其修改数据便自动更新视图的操作所震撼。
Vue 的文档中也这么写道：
Vue 最独特的特性之一，是其非侵入性的响应式系统。数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象。而当你修改它们时，视图会进行更新。
单看这句话，像我这种菜鸟程序员必然是看不懂的。我只知道，在 new Vue() 时传入的 data 属性一旦产生变化，那么在视图里的变量也会随之而变。
但这个变化是如何实现的呢？接下来让我们，一探究竟。
1 偷偷变化的 data
我们先来新建一个变量：let data = { msg: 'hello world' }。
接着我们将这个 data 传给 Vue 的 data：
let data = { msg: 'hello world' }
/*****留空处*****/
new Vue({
data,
methods: {
showData() {
console.log(data)
}
}
})
这看似是非常平常的操作，但是我们在触发 showData 的时候，会发现打出来 data 不太对劲：
msg: (...)
__ob__: Observer {value: {…}, dep: Dep, vmCount: 1}
get msg: ƒ reactiveGetter()
set msg: ƒ reactiveSetter(newVal)
__proto__: Object
它不仅多了很多没见过的属性，还把里面的 msg: hello world 变成了 msg: (...)。
接下来我们尝试在留空处打印出 data，即在定义完 data 之后立即将其打印。
但是很不幸，打印出来依然是上面这个不对劲的值。
可是很明显，当我们不去 new Vue()，并且传入 data 的时候，data 的打印结果绝对不是这样。
所以我们可以尝试利用 setTimeout() 将 new Vue() 延迟 3 秒执行。
这个时候我们就会惊讶的发现：
- 当我们在 3s 内点开 console 的结果时，data 是普通的形式；
- 当我们在 3s 后点开 console 的结果时，data 又变成了奇怪的形式。
这说明就是 new Vue() 的过程中，Vue 偷偷的对 data 进行了修改！正是这个修改，让 data 的数据，变成了响应式数据。
2 (...) 的由来
为什么好好的一个 msg 属性会变成 (...) 呢？
这就涉及到了 ES6 中的 getter 和 setter。（如果理解 getter/setter，可跳至下一节）
一般我们如果需要计算后的值，会定义一个函数，例如：
const obj = {
number: 5,
double() {
return this.number * 2;
}
};
在使用的时候，我们写上 obj.double(obj.number) 即可。
但是函数是需要加括号的，我太懒了，以至于括号都不想要了。
于是就有了 getter 方法：
const obj = {
number: 5,
get double() {
return this.number * 2;
}
};
const newNumber = obj.double;
这样一来，就能够不需要括号，就可以得到 return 的值。
setter 同理：
const obj = {
number: 5,
set double(value) {
if(this.number * 2 != value;)
this.number = value;
}
};
obj.double = obj.number * 2;
由此我们可以看出：通过 setter，我们可以达到给赋值设限的效果，例如这里我就要求新值必须是原值的两倍才可以。
但经常的，我们会用 getter/setter 来隐藏一个变量。
比如：
const obj = {
_number: 5,
get number() {
return this._number;
},
set number(value) {
this._number = value;
}
};
这个时候我们打印出 obj，就会惊讶的发现 (...) 出现了：
number: (...)
_number: 5
现在我们明白了，Vue 偷偷做的事情，就是把 data 里面的数据全变成了 getter/setter。
3 利用 Object.defineProperty() 实现代理
这个时候我们想一个问题，原来我们可以通过 obj.c = 'c'; 来定义 c 的值——即使 c 本身不在 obj 中。
但如何定义一个 getter/setter 呢？答：使用 Object.defineProperty()。
Object.defineProperty() 方法会直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个对象的现有属性，并返回此对象。
例如我们上面写的 obj.c = 'c';，就可以通过
const obj = {
a: 'a',
b: 'b'
}
Object.defineProperty(obj, 'c', {
value: 'c'
})
Object.defineProperty() 接收三个参数：第一个是要定义属性的对象；第二个是要定义或修改的属性的名称或 Symbol；第三个则是要定义或修改的属性描述符。
在第三个参数中，可以接收多个属性，value 代表「值」，除此之外还有 configurable, enumerable, writable, get, set 一共六个属性。
这里我们只看 get 与 set。
之前我们说了，通过 getter/setter 我们可以把不想让别人直接操作的数据“藏起来”。
可是本质上，我们只是在前面加了一个 _ 而已，直接访问是可以绕过我们的 getter/setter 的！
那么我们怎么办呢？
利用代理。这个代理不是 ES6 新增的 Proxy，而是设计模式的一种。
我们刚刚为什么可以去修改我们“藏起来”的属性值？
因为我们知道它的名字呀！如果我不给他名字，自然别人就不可能修改了。
例如我们写一个函数，然后把数据传进去：
proxy({ a: 'a' })
这样一来我们的 { a: 'a' } 就根本没有名字了，无从改起！
接下来我们在定义 proxy 函数时，可以新建一个空对象，然后遍历传入的值，分别进行 Object.defineProperty() 以将传入的对象的 keys 作为 getter/setter 赋给新建的空对象。
最后，我们 return 这个对象即可。
let data = proxy({
a: 'a',
b: 'b'
});
function proxy(data) {
const obj = {};
const keys = Object.keys(data);
for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
Object.defineProperty(obj, keys[i], {
get() {
return data[keys[i]];
},
set(value) {
if (value < 0) return;
data[keys[i]] = value;
}
});
}
return obj;
}
这样一来，我们一开始声明的 data，就是我们 return 的对象了。在这个对象里，没有原始的数据，别人无法绕过 getter/setter 进行操作！
但是往往并没有这么简单，如果我一定需要一个变量名呢？
const sourceData = {
a: 'a',
b: 'b'
};
let data = proxy(sourceData);
如此一来，通过直接操作 sourceData.a，时可以直接绕过我们在 proxy 中设置的 set a 进行赋值的。这个时候我们怎么处理？
很简单嘛，当我们遍历传入的数据时，我们可以对传入的数据新增 getter/setter，此后原始的数据就会被 getter/setter 所替代。
在刚刚的代码中，我们在循环的刚开始添加这样一段代码：
for(/*......*/) {
const value = data[keys[i]];
Object.defineProperty(data, keys[i], {
get() {
return value;
},
set(newValue) {
if (newValue < 0) return;
value = newValue;
}
});
/*......*/
}
这是什么意思呢？
我们利用了闭包，将原始值单独拎出来，每一次对原始属性进行读写，其实都是 get 和 set 在读取闭包时被拎出来的值。
那么不管别人是操作我们的 let data = proxy(sourceData); 的 data，还是操作 sourceData，都会被我们的 getter/setter 所拦截。
4 回到 Vue
我们刚刚写的代码是这样的：
let data = proxy({
a: 'a'
})
function proxy(data) {
}
那如果我改成这样呢：
let data = proxy({
data: {
a: 'a'
}
})
function proxy({ data }) {
// 结构赋值
}
是不是和 Vue 就非常非常像了！
const vm = new Vue({ data: {} }) 也是让 vm 成为 data 的代理，并且就算你从外部将数据传给 data，也会被 Vue 所捕捉。
而在每一次捕获到你操作数据之后，就会对需要改变的 UI 进行重新渲染。
同理，Vue 对 computed 和 watch 也存在着各种偷偷的处理。
5 Vue 数据响应式的 Bug
如果我们的数据是这样：
data: {
obj: {
a: 'a'
}
}
我们在 Vue 的 template 里却写了 <div>{{ obj.b }}<div> 会怎样？
Vue 对于不存在或者为 undefined 和 null 的数据是不予以显示的。但是当我们往 obj 中新增 b 的时候，他会显示吗？
写法一：
const vm = new Vue({
data: {
obj: {
a: 'a'
}
},
methods: {
changeObj() {
this.obj.b = 'b';
}
}
})
我们可以给一个按钮绑定 changeObj 事件，但是很遗憾，这样并不能使视图中的 obj.b 显示出来。
回想一下刚刚我们对于数据的处理，是不是只遍历了外层？这就是因为 Vue 并没有对 b 进行监听，他根本不知道你的 b 是如何变化的，自然也就不会去更新视图层了。
写法 2:
const vm = new Vue({
data: {
obj: {
a: 'a'
}
},
methods: {
changeObj() {
this.obj.a = 'a2'
this.obj.b = 'b';
}
}
})
我们仅仅只是新增了一行代码，在改变 b 之前先改变了 a，居然就让 b 实现了更新！
这是为什么？
因为视图更新其实是异步的。
当我们让 a 从 'a' 变成 'a2' 时，Vue 会监听到这个变化，但是 Vue 并不能马上更新视图，因为 Vue 是使用 Object.defineProperty() 这样的方式来监听变化的，监听到变化后会创建一个视图更新任务到任务队列里。
所以在视图更新之前，要先把余下的代码运行完才行，也就是会运行 b = 'b'。
最后等到视图更新的时候，由于 Vue 会去做 diff 算法，于是 Vue 就会发现 a 和 b 都变了，自然会去更新相对应的视图。
但是这并不是我们解决问题的办法，写法 2 充其量只能算是“副作用”。
Vue 其实提供了方法让我们来新增以前没有生命的属性：Vue.set() 或者 this.$set()。
Vue.set(this.obj, 'b', 'b'); 会代替我们进行 obj.b = 'b';，然后监听 b 的变化，触发视图更新。
那数组怎么响应呢？
每当我们往数组里新增元素的时候，数组就在不断的变长。对于没有声明的数组下标，很明显 Vue 不会给予监听呀。
比如 a: [1, 2, 3]，当我新增一个元素，让 a === [1, 2, 3, 4] 的时候，a[3] 是不会被监听的。
总不能每次 push 数组，都要手写刚刚说的 Vue.set 方法吧。
可实际操作中，我们发现并没有呀，Vue 监听了新增的数据。
这是因为 Vue 又偷偷的干了一件事儿，它把你原本的数组方法给改了一些。
- push()
- pop()
- shift()
- unshift()
- splice()
- sort()
- reverse()
在 Vue 中的数组所带的这七个方法都不是原生的方法了。Vue 考虑到这些操作极为常用，所在中间为我们添加了监听。
讲到这里，相信大家对 Vue 的响应式原理应该有了更深的认识了。
（完）