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完全理解Vue的渲染watcher、computed和user watcher

 过河卒冲 2020-07-17

作者：Naice

https://segmentfault.com/a/1190000023196603

这篇文章将带大家全面理解vue的watcher、computed和user watcher，其实computed和user watcher都是基于Watcher来实现的，我们通过一个一个功能点去敲代码，让大家全面理解其中的实现原理和核心思想。所以这篇文章将实现以下这些功能点：

  • 实现数据响应式
  • 基于渲染wather实现首次数据渲染到界面上
  • 数据依赖收集和更新
  • 实现数据更新触发渲染watcher执行，从而更新ui界面
  • 基于watcher实现computed
  • 基于watcher实现user watcher

废话不要多说，先看下面的最终例子。

例子看完之后我们就直接开工了。

准备工作

首先我们准备了一个index.html文件和一个vue.js文件，先看看index.html的代码

<!DOCTYPE html>
<html lang='en'>
<head>
  <meta charset='UTF-8'>
  <title>全面理解vue的渲染watcher、computed和user atcher</title>
</head>
<body>
  <div id='root'></div>
  <script src='./vue.js'></script>
  <script>
    const root = document.querySelector('#root')
    var vue = new Vue({
      data() {
        return {
          name: '张三',
          age: 10
        }
      },
      render() {
        root.innerHTML = `${this.name}----${this.age}`
      }
    })
  </script>
</body>
</html>

index.html里面分别有一个id是root的div节点，这是跟节点，然后在script标签里面，引入了vue.js，里面提供了Vue构造函数，然后就是实例化Vue，参数是一个对象，对象里面分别有data 和 render 函数。然后我们看看vue.js的代码：

function Vue (options) {
  this._init(options) // 初始化
  this.$mount() // 执行render函数
}
Vue.prototype._init = function (options) {
  const vm = this
  vm.$options = options // 把options挂载到this上
  if (options.data) {
    initState(vm) // 数据响应式
  }
  if (options.computed) {
    initComputed(vm) // 初始化计算属性
  }
  if (options.watch) {
    initWatch(vm) // 初始化watch
  }
}

vue.js代码里面就是执行this._init()和this.$mount()，this._init的方法就是对我们的传进来的配置进行各种初始化，包括数据初始化initState(vm)、计算属性初始化initComputed(vm)、自定义watch初始化initWatch(vm)。this.$mount方法把render函数渲染到页面中去、这些方法我们后面都写到，先让让大家了解整个代码结构。下面我们正式去填满我们上面写的这些方法。

实现数据响应式

要实现这些watcher首先去实现数据响应式，也就是要实现上面的initState(vm)这个函数。相信大家都很熟悉响应式这些代码，下面我直接贴上来。

function initState(vm) {
  let data = vm.$options.data; // 拿到配置的data属性值
  // 判断data 是函数还是别的类型
  data = vm._data = typeof data === 'function' ? data.call(vm, vm) : data || {};
  const keys = Object.keys(data);
  let i = keys.length;
  while(i--) {
    // 从this上读取的数据全部拦截到this._data到里面读取
    // 例如 this.name 等同于  this._data.name
    proxy(vm, '_data', keys[i]);
  }
  observe(data); // 数据观察
}

// 数据观察函数
function observe(data) {
  if (typeof data !== 'object' && data != null) {
    return;
  }
  return new Observer(data)
}

// 从this上读取的数据全部拦截到this._data到里面读取
// 例如 this.name 等同于  this._data.name
function proxy(vm, source, key) {
  Object.defineProperty(vm, key, {
    get() {
      return vm[source][key] // this.name 等同于  this._data.name
    },
    set(newValue) {
      return vm[source][key] = newValue
    }
  })
}

class Observer{
  constructor(value) {
    this.walk(value) // 给每一个属性都设置get set
  }
  walk(data) {
    let keys = Object.keys(data);
    for (let i = 0, len = keys.length; i < len; i++) {
      let key = keys[i]
      let value = data[key]
      defineReactive(data, key, value) // 给对象设置get set
    }
  }
}

function defineReactive(data, key, value) {
  Object.defineProperty(data, key, {
    get() {
      return value
    },
    set(newValue) {
      if (newValue == value) return
      observe(newValue) // 给新的值设置响应式
      value = newValue
    }
  })
  observe(value); // 递归给数据设置get set
}

重要的点都在注释里面，主要核心就是给递归给data里面的数据设置get和set，然后设置数据代理，让 this.name 等同于 this._data.name。设置完数据观察，我们就可以看到如下图的数据了。

console.log(vue.name) // 张三
console.log(vue.age) // 10

ps: 数组的数据观察大家自行去完善哈，这里重点讲的是watcher的实现。

首次渲染

数据观察搞定了之后，我们就可以把render函数渲染到我们的界面上了。在Vue里面我们有一个this.$mount()函数，所以要实现Vue.prototype.$mount函数：

// 挂载方法
Vue.prototype.$mount = function () {
  const vm = this
  new Watcher(vm, vm.$options.render, () => {}, true)
}

以上的代码终于牵扯到我们Watcher这个主角了，这里其实就是我们的渲染wather，这里的目的是通过Watcher来实现执行render函数，从而把数据插入到root节点里面去。下面看最简单的Watcher实现

let wid = 0
class Watcher {
  constructor(vm, exprOrFn, cb, options) {
    this.vm = vm // 把vm挂载到当前的this上
    if (typeof exprOrFn === 'function') {
      this.getter = exprOrFn // 把exprOrFn挂载到当前的this上，这里exprOrFn 等于 vm.$options.render
    }
    this.cb = cb // 把cb挂载到当前的this上
    this.options = options // 把options挂载到当前的this上
    this.id = wid++
    this.value = this.get() // 相当于运行 vm.$options.render()
  }
  get() {
    const vm = this.vm
    let value = this.getter.call(vm, vm) // 把this 指向到vm
    return value
  }
}

通过上面的一顿操作，终于在render中终于可以通过this.name 读取到data的数据了，也可以插入到root.innerHTML中去。阶段性的工作我们完成了。如下图，完成的首次渲染✌️

数据依赖收集和更新

首先数据收集，我们要有一个收集的地方，就是我们的Dep类，下面呢看看我们去怎么实现这个Dep。

// 依赖收集
let dId = 0
class Dep{
  constructor() {
    this.id = dId++ // 每次实例化都生成一个id
    this.subs = [] // 让这个dep实例收集watcher
  }
  depend() {
    // Dep.target 就是当前的watcher
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this) // 让watcher,去存放dep，然后里面dep存放对应的watcher，两个是多对多的关系
    }
  }
  notify() {
    // 触发更新
    this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
  }
  addSub(watcher) {
    this.subs.push(watcher)
  }
}

let stack = []
// push当前watcher到stack 中，并记录当前watcer
function pushTarget(watcher) {
  Dep.target = watcher
  stack.push(watcher)
}
// 运行完之后清空当前的watcher
function popTarget() {
  stack.pop()
  Dep.target = stack[stack.length - 1]
}

Dep收集的类是实现了，但是我们怎么去收集了，就是我们数据观察的get里面实例化Dep然后让Dep收集当前的watcher。下面我们一步步来：

  • 1、在上面this.$mount()的代码中，我们运行了new Watcher(vm, vm.$options.render, () => {}, true)，这时候我们就可以在Watcher里面执行this.get()，然后执行pushTarget(this)，就可以执行这句话Dep.target = watcher，把当前的watcher挂载Dep.target上。下面看看我们怎么实现。
class Watcher {
  constructor(vm, exprOrFn, cb, options) {
    this.vm = vm
    if (typeof exprOrFn === 'function') {
      this.getter = exprOrFn
    }
    this.cb = cb
    this.options = options
    this.id = wid++
    this.id = wId++
+    this.deps = []
+    this.depsId = new Set() // dep 已经收集过相同的watcher 就不要重复收集了
    this.value = this.get()
  }
  get() {
    const vm = this.vm
+   pushTarget(this)
    let value = this.getter.call(vm, vm) // 执行函数
+   popTarget()
    return value
  }
+  addDep(dep) {
+    let id = dep.id
+    if (!this.depsId.has(id)) {
+      this.depsId.add(id)
+      this.deps.push(dep)
+      dep.addSub(this);
+    }
+  }
+  update(){
+    this.get()
+  }
}
  • 2、知道Dep.target是怎么来之后，然后上面代码运行了this.get()，相当于运行了vm.$options.render，在render里面回执行this.name，这时候会触发Object.defineProperty·get方法，我们在里面就可以做些依赖收集(dep.depend)了，如下代码
function defineReactive(data, key, value) {
  let dep = new Dep()
  Object.defineProperty(data, key, {
    get() {
+      if (Dep.target) { // 如果取值时有watcher
+        dep.depend() // 让watcher保存dep，并且让dep 保存watcher，双向保存
+      }
      return value
    },
    set(newValue) {
      if (newValue == value) return
      observe(newValue) // 给新的值设置响应式
      value = newValue
+      dep.notify() // 通知渲染watcher去更新
    }
  })
  // 递归给数据设置get set
  observe(value);
}
  • 3、调用的dep.depend() 实际上是调用了 Dep.target.addDep(this), 此时Dep.target等于当前的watcher，然后就会执行
addDep(dep) {
  let id = dep.id
  if (!this.depsId.has(id)) {
    this.depsId.add(id)
    this.deps.push(dep) // 当前的watcher收集dep
    dep.addSub(this); // 当前的dep收集当前的watcer
  }
}

这里双向保存有点绕，大家可以好好去理解一下。下面我们看看收集后的des是怎么样子的。

  • 4、数据更新，调用this.name = '李四'的时候回触发Object.defineProperty.set方法，里面直接调用dep.notify()，然后循环调用所有的watcer.update方法更新所有watcher，例如：这里也就是重新执行vm.$options.render方法。

有了依赖收集个数据更新，我们也在index.html增加修改data属性的定时方法:

// index.html
<button onClick='changeData()'>改变name和age</button>
// -----
// .....省略代码
function changeData() {
  vue.name = '李四'
  vue.age = 20
}

运行效果如下图

到这里我们渲染watcher就全部实现了。

实现computed

首先我们在index.html里面配置一个computed，script标签的代码就如下：

const root = document.querySelector('#root')
var vue = new Vue({
  data() {
    return {
      name: '张三',
      age: 10
    }
  },
  computed: {
    info() {
      return this.name + this.age
    }
  },
  render() {
    root.innerHTML = `${this.name}----${this.age}----${this.info}`
  }
})
function changeData() {
  vue.name = '李四'
  vue.age = 20
}

上面的代码，注意computed是在render里面使用了。

在vue.js中，之前写了下面这行代码。

if (options.computed) {
  // 初始化计算属性
  initComputed(vm)
}

我们现在就实现这个initComputed，代码如下

// 初始化computed
function initComputed(vm) {
  const computed = vm.$options.computed // 拿到computed配置
  const watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null) // 给当前的vm挂载_computedWatchers属性，后面会用到
  // 循环computed每个属性
  for (const key in computed) {
    const userDef = computed[key]
    // 判断是函数还是对象
    const getter = typeof userDef === 'function' ? userDef : userDef.get
    // 给每一个computed创建一个computed watcher 注意{ lazy: true }
    // 然后挂载到vm._computedWatchers对象上
    watchers[key] = new Watcher(vm, getter, () => {}, { lazy: true })
    if (!(key in vm)) {
      defineComputed(vm, key, userDef)
    }
  }
}

大家都知道computed是有缓存的，所以创建watcher的时候，会传一个配置{ lazy: true }，同时也可以区分这是computed watcher，然后到watcer里面接收到这个对象

class Watcher {
  constructor(vm, exprOrFn, cb, options) {
    this.vm = vm
    if (typeof exprOrFn === 'function') {
      this.getter = exprOrFn
    }
+    if (options) {
+      this.lazy = !!options.lazy // 为computed 设计的
+    } else {
+      this.lazy = false
+    }
+    this.dirty = this.lazy
    this.cb = cb
    this.options = options
    this.id = wId++
    this.deps = []
    this.depsId = new Set()
+    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }
  // 省略很多代码
}

从上面这句this.value = this.lazy ? undefined : this.get()代码可以看到，computed创建watcher的时候是不会指向this.get的。只有在render函数里面有才执行。

现在在render函数通过this.info还不能读取到值，因为我们还没有挂载到vm上面，上面defineComputed(vm, key, userDef)这个函数功能就是让computed挂载到vm上面。下面我们实现一下。

// 设置comoputed的 set个set
function defineComputed(vm, key, userDef) {
  let getter = null
  // 判断是函数还是对象
  if (typeof userDef === 'function') {
    getter = createComputedGetter(key)
  } else {
    getter = userDef.get
  }
  Object.defineProperty(vm, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: getter,
    set: function() {} // 又偷懒，先不考虑set情况哈，自己去看源码实现一番也是可以的
  })
}
// 创建computed函数
function createComputedGetter(key) {
  return function computedGetter() {
    const watcher = this._computedWatchers[key]
    if (watcher) {
      if (watcher.dirty) {// 给computed的属性添加订阅watchers
        watcher.evaluate()
      }
      // 把渲染watcher 添加到属性的订阅里面去，这很关键
      if (Dep.target) {
        watcher.depend()
      }
      return watcher.value
    }
  }
}

上面代码有看到在watcher中调用了watcher.evaluate()和watcher.depend()，然后去watcher里面实现这两个方法，下面直接看watcher的完整代码。

class Watcher {
  constructor(vm, exprOrFn, cb, options) {
    this.vm = vm
    if (typeof exprOrFn === 'function') {
      this.getter = exprOrFn
    }
    if (options) {
      this.lazy = !!options.lazy // 为computed 设计的
    } else {
      this.lazy = false
    }
    this.dirty = this.lazy
    this.cb = cb
    this.options = options
    this.id = wId++
    this.deps = []
    this.depsId = new Set() // dep 已经收集过相同的watcher 就不要重复收集了
    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }
  get() {
    const vm = this.vm
    pushTarget(this)
    // 执行函数
    let value = this.getter.call(vm, vm)
    popTarget()
    return value
  }
  addDep(dep) {
    let id = dep.id
    if (!this.depsId.has(id)) {
      this.depsId.add(id)
      this.deps.push(dep)
      dep.addSub(this);
    }
  }
  update(){
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else {
      this.get()
    }
  }
  // 执行get，并且 this.dirty = false
+  evaluate() {
+    this.value = this.get()
+    this.dirty = false
+  }
  // 所有的属性收集当前的watcer
+  depend() {
+    let i = this.deps.length
+    while(i--) {
+      this.deps[i].depend()
+    }
+  }
}

代码都实现王完成之后，我们说下流程，

  • 1、首先在render函数里面会读取this.info，这个会触发createComputedGetter(key)中的computedGetter(key)；
  • 2、然后会判断watcher.dirty，执行watcher.evaluate()；
  • 3、进到watcher.evaluate()，才真想执行this.get方法，这时候会执行pushTarget(this)把当前的computed watcher push到stack里面去，并且把Dep.target 设置成当前的computed watcher`；
  • 4、然后运行this.getter.call(vm, vm) 相当于运行computed的info: function() { return this.name + this.age }，这个方法；
  • 5、info函数里面会读取到this.name，这时候就会触发数据响应式Object.defineProperty.get的方法，这里name会进行依赖收集，把watcer收集到对应的dep上面；并且返回name = '张三'的值，age收集同理；
  • 6、依赖收集完毕之后执行popTarget()，把当前的computed watcher从栈清除，返回计算后的值('张三+10')，并且this.dirty = false；
  • 7、watcher.evaluate()执行完毕之后，就会判断Dep.target 是不是true，如果有就代表还有渲染watcher，就执行watcher.depend()，然后让watcher里面的deps都收集渲染watcher，这就是双向保存的优势。
  • 8、此时name都收集了computed watcher 和 渲染watcher。那么设置name的时候都会去更新执行watcher.update()
  • 9、如果是computed watcher的话不会重新执行一遍只会把this.dirty 设置成 true，如果数据变化的时候再执行watcher.evaluate()进行info更新，没有变化的的话this.dirty 就是false，不会执行info方法。这就是computed缓存机制。

实现了之后我们看看实现效果：

这里conputed的对象set配置没有实现，大家可以自己看看源码

watch实现

先在script标签配置watch配置如下代码：

const root = document.querySelector('#root')
var vue = new Vue({
  data() {
    return {
      name: '张三',
      age: 10
    }
  },
  computed: {
    info() {
      return this.name + this.age
    }
  },
  watch: {
    name(oldValue, newValue) {
      console.log(oldValue, newValue)
    }
  },
  render() {
    root.innerHTML = `${this.name}----${this.age}----${this.info}`
  }
})
function changeData() {
  vue.name = '李四'
  vue.age = 20
}

知道了computed实现之后，自定义watch实现很简单，下面直接实现initWatch

function initWatch(vm) {
  let watch = vm.$options.watch
  for (let key in watch) {
    const handler = watch[key]
    new Watcher(vm, key, handler, { user: true })
  }
}

然后修改一下Watcher,直接看Wacher的完整代码。

let wId = 0
class Watcher {
  constructor(vm, exprOrFn, cb, options) {
    this.vm = vm
    if (typeof exprOrFn === 'function') {
      this.getter = exprOrFn
    } else {
+      this.getter = parsePath(exprOrFn) // user watcher 
    }
    if (options) {
      this.lazy = !!options.lazy // 为computed 设计的
+      this.user = !!options.user // 为user wather设计的
    } else {
+      this.user = this.lazy = false
    }
    this.dirty = this.lazy
    this.cb = cb
    this.options = options
    this.id = wId++
    this.deps = []
    this.depsId = new Set() // dep 已经收集过相同的watcher 就不要重复收集了
    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }
  get() {
    const vm = this.vm
    pushTarget(this)
    // 执行函数
    let value = this.getter.call(vm, vm)
    popTarget()
    return value
  }
  addDep(dep) {
    let id = dep.id
    if (!this.depsId.has(id)) {
      this.depsId.add(id)
      this.deps.push(dep)
      dep.addSub(this);
    }
  }
  update(){
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else {
+      this.run()
    }
  }
  // 执行get，并且 this.dirty = false
  evaluate() {
    this.value = this.get()
    this.dirty = false
  }
  // 所有的属性收集当前的watcer
  depend() {
    let i = this.deps.length
    while(i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }
+  run () {
+    const value = this.get()
+    const oldValue = this.value
+    this.value = value
    // 执行cb
+    if (this.user) {
+      try{
+        this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
+      } catch(error) {
+        console.error(error)
+      }
+    } else {
+      this.cb && this.cb.call(this.vm, oldValue, value)
+    }
+  }
}
function parsePath (path) {
  const segments = path.split('.')
  return function (obj) {
    for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
      if (!obj) return
      obj = obj[segments[i]]
    }
    return obj
  }
}

最后看看效果

当然很多配置没有实现，比如说options.immediate 或者options.deep等配置都没有实现。篇幅太长了。自己也懒～～～ 完结撒花

详细代码：https://github.com/naihe138/write-vue

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