深入Vue实现原理，实现一个响应式框架

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深入Vue实现原理，实现一个响应式框架

作者：LGD_Sunday

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2019-12-16

编辑推荐:

本文主要详细介绍了Vue的生命周期、Vue的数据响应、Vue的渲染流程等等，希望对您能有所帮助。
本文来自于简书,由火龙果软件Delores编辑推荐。

在前面的章节中我们已经学习了Vue.js的基础内容并且了解了Vue.js的源码实现，包括：Vue的生命周期、Vue的数据响应、Vue的渲染流程等等，在这一章节我们会和大家一起去实现一个响应式的框架 -- MVue，MVue 会遵循Vue的代码逻辑和实现思路，我们希望能够借助MVue来让大家更好的理解整个Vue的核心思想：响应式数据渲染。

在开始我们的MVue开发之前，我们需要先了解一些必备的知识。首先是Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)，这个方法可以用来定义对象的属性描述符，我们可以点击这里来查看这个方法的详细定义。我们这里主要使用到的是get、set描述符，我们可以使用get、set来监听对象的属性setter、getter的调用事件。我们看一下下面的这段代码：

<div>
<input type="text" id="input-msg">
<p id="output-msg"></p>
</div>
<script>
var obj = {
msg: 'hello'
};
var key = 'msg';
var val = obj[key];

Object.defineProperty
(obj, key,{
enumerable: true,
configurable: true,
set: function (newValue){
val = newValue;
console.log('setter');
},
get: function () {
console.log('getter');
return val;
}
})
</script>

在上面的代码中我们利用Object.defineProperty监听了obj.msg的setter、getter事件。所有当我们在控制台去调用obj.msg的时候就会调用console.log('getter');，当我们调用obj.msg = '123' 的时候就会调用console.log('setter');，由此我们就成功的监听了obj.msg的数据变化。那么这有什么意义呢？我们可以利用这个功能来做些什么呢？我们看一下下面的代码：

<div>
<input type="text" id="input-msg">
<p id="output-msg"></p>
</div>
<script>
var inputMsg = document.get
ElementById('input-msg'),
outputMsg = document.get
ElementById('output-msg');
var obj = {
msg: 'hello'
};
var key = 'msg';
var val = obj[key];
Object.defineProperty
(obj,key，{
enumerable: true,
configurable: true,
set: function (newValue) {
val = newValue;
outputMsg.innerText = obj[key];
},
get: function () {
console.log('getter');
return val;
}
});
inputMsg.addEventListener
('input', function (event){
var newVal = event.target.value;
obj[key] = newVal;
});
</script>

在上面的代码中，我们通过监听input的input事件来去改变obj[key]的值，使obj[key]的值始终等于用户输入的值，当obj[key]的值因为用户的输入而发生了改变的时候，会激活Object.defineProperty中的setter事件，然后我们获取到最新的obj[key]的值并把它赋值给outputMsg。这样当我们在input中进行输入的时候，

中的值也会跟随我们的输入变化。这种通过Object.defineProperty来监听数据变化的方式就是Vue中数据响应的核心思想。

其次大家需要了解的就是观察者模式，大家可以点击这里来查看观察者模式的详细解释，相信这里会比我解释的更加清楚。

当大家了解完观察者模式之后我们就可以正式开始我们的MVue的开发工作。

思路整理

整个框架的思路被分成三大块。

首先就是视图渲染，我们在html或者< template >< /template >中进行html内容编写的时候，往往是这样：

其中的v-model='msg' 和 {{msg}} 浏览器是无法解析的，那么我们就需要把浏览器不认识的内容转化为浏览器可以解析的内容，在Vue中，Vue通过虚拟DOM（VNode）描述真实DOM，然后通过_update来进行具体渲染。我们这里不去描述这个VNode直接通过_update方法来对DOM进行渲染操作，这个动作是发生在Compile中。Compile会解析我们的具体指令，并重新渲染DOM。

其次是监听我们的数据变化，在最初的例子中我们已经知道我们可以通过Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)来实现数据的监听，那么就需要一个Observer类来进行数据劫持的工作，这时Observer承担的就是发布者的工作。当我们通过Observer来监听到数据变化之后，我们需要通知我们的观察者，但是对于我们的发布者来说，它并不知道谁是这个观察者，这个观察者是一个还是多个？所以这个时候，就需要有一个人来负责去收集这些依赖的工作，这个人就是Dep（Dependency），我们通过Dep来去通知观察者Watcher，Watcher订阅Dep，Dep持有Watcher，两者互相依赖形成一个消息中转站。当Watcher接收到消息，需要更改视图的时候，那么就会发布具体的消息根据具体指令的不同（Directive）来执行具体的操作Patch。这就是我们的整个从监听到渲染的过程，如下图：

最后我们需要把所有的东西整合起来形成一个入口函数，输出给用户方便用户进行调用，就好像Vue中的new Vue({})操作，这里我们叫它MVue。

综合以上的内容，我们需要完成的代码内容包括

├── compile.js 渲染DOM，解析指令
├── dep.js 收集依赖
├── directive.js 所有支持到的指令
├── mvue.js 入口函数
├── observer.js 数据劫持
├── patch.js 根据具体的指令来修改渲染的内容
└── watcher.js 观察者。订阅Dep，发布消息

我们预期的完成效果应该是这样

<div id="app">
<input type="text" v-model='msg'>
<div>
<p>{{msg}}</p>
</div>
</div>
<script>
var vm = new MVue({
el: '#app',
data: {
msg: 'hello'
}
});
</script>

入口函数

首先我们需要先生成MVue的入口函数，我们仿照Vue的写法，创建一个MVue的类，并获取传入的options。

function MVue (options){
this.$options = options;
this._data = options.data||{};
}
MVue.prototype = {
_getVal: function (exp){
return this._data[exp];
},

_setVal: function (exp, newVal){
this._data[exp] = newVal;
}
}

首先我们实现一个MVue的构造函数，并为它提供了两个私有的原型方法_getVal和_setVal用于获取和设置data中对应key的值。这时我们就可以通过下面的代码来创建对应的MVue实例。

var vm = new MVue({
el: '#app',
data: {
msg: 'hello'
}
});

然后我们就可以在MVue的构造函数之中去进行我们的视图渲染和数据监听的操作。

视图渲染

然后我们进行我们的视图渲染，我们再来回顾一下我们需要解析的视图结构

在这段html之中v-model和{{msg}}是我们MVue中的自定义指令，这些指令我们的浏览器是无法解析的，所以需要我们把这些指令解析为浏览器可以解析的html代码。以< p >{{msg}}< /p >为例，当我们声明data: {msg: 'hello'}的时候，应解析为< p >hello< /p >。

我们的模板解析的操作是通过compile.js来完成的。

我们声明了一个Compile的构造方法，并调用了它的_update原型函数，在_update中我们声明了一个fragment用于承载解析之后的模板内容，通过createElm的递归调用获取el中的元素，并把获取出的元素放入fragment中，最后把fragment添加到el里面。至此我们已经成功的获取到了el中的元素，并把这些元素重新规制。

接下来我们就需要对获取出来的元素进行解析操作，其实就是对v-model和{{*}}等指令进行解析，这个解析的时机应该在遍历出所有的元素之后，添加fragment到el之前。我们看一下解析DOM的代码：

Compile.prototype = {
_update: function (el) {
...
// 解析被创建完成的fragment，
此时fragment已经拥有了el内所有的元素
this.compileElm();
...
},
...
/**
* 对DOM进行解析
*/
compileElm: function (childNodes){
var reg = /\{\{(.*)\}\}/;
if (!childNodes) {
childNodes = this.$fragment.childNodes;
}
[].slice.call(childNodes).
forEach(node => {
if (node.childNodes.length > 0) {
// 迭代所有的节点
this.compileElm(node.childNodes);
}
// 获取elementNode节点
if (this.isElementNode(node)) {
if (reg.test(node.textContent)) {
// 匹配 {{*}}
this.compileTextNode(node, RegExp.$1);
}
// 匹配elementNode
this.compileElmNode(node);
}
});
},
/**
* 解析elementNode，获取elm的
所有属性然后便利，检查属性是否
属于已经注册的指令,
* 如果不是我们的自定义指令，
那么就不需要去处理它了
* 如果是已注册的指令，
我们就交给directive去处理。
（演示只有一个v-model）
*/
compileElmNode: function (node) {
var attrs = [].slice.call
(node.attributes),
$this = this;
attrs.forEach(function (attr) {
if (!$this.isDirective(attr.nodeName)){
return;
}

var exp = attr.value;
// 匹配v-model指令
directives.model($this.$vm, node, exp);
// 去掉自定义指令
node.removeAttribute(attr.name);
});
},
/**
* 解析{{*}}
*/
compileTextNode: function (node, exp){
directives.text(this.$vm, node, exp);
},
/**
* 判断是否是已注册的指令，
这里就判断是否包含 v-
*/
isDirective: function (attrNodeName) {
return attrNodeName.indexOf('v-') === 0;
},
/**
* 判断elmNode节点
*/
isElementNode: function (node) {
return node.nodeType === 1;
}
}

由上面的代码可以看出，解析的操作主要在compileElm方法中进行，这个方法首先获取到fragment的childNodes，然后对childNodes进行了forEach操作，如果其中的node还有子节点的话，则会再次调用compileElm方法，然后解析这个node，如果是一个ElementNode节点，则再去判断是否为{{*}}双大括号结构，如果是则会执行compileTextNode来解析{{*}}，然后通过compileElmNode来解析ElmNode中的指令。

compileTextNode中的实现比较简单，主要是调用了directives.text(vm, node, exp)进行解析，这里我们稍后再看，我们先主要来看下compileElmNode做了什么。

compileElmNode首先把node中所有的属性转成了数组并拷贝给了attrs，然后对attrs进行遍历获取其中的指令，因为我们目前只有一个v-model指令，所以我们不需要在对指令进行判断，可以直接调用directives.model(vm, node, exp)来进行v-model的指令解析，最后在DOM中删除我们的自定义指令。

至此我们就复制了el的所有元素，并根据不同的指令把它们交由directives中对应的指令解析方法进行解析，这就是我们compile.js中所做的所有事情。接下来我们看一下directives是如何进行指令解析操作的，代码如下：

// directives.js
/**
* 指令集和
*
* v-model
*/
var directives = {
/**
* 链接patch方法，
将指令转化为真实的数据并展示
*/
_link: function (vm, node, exp, dir) {
var patchFn = patch(vm, node, exp, dir);
patchFn && patchFn(node, vm._getVal(exp));
},
/**
* v-model事件处理，这里的v-model
只针对了<input type='text'>
*/
model: function (vm, node, exp) {
this._link(vm, node, exp, 'model');

由上面的代码我们可以看出，我们首先定义了一个directives变量，它包含了_link、model、text三个指令方法，其中_link为私有方法，model、text为公开的指令方法，关于_link我们最后在分析，我们先来看一下model。

model指令方法对应的为v-model指令，它接受三个参数，vm为我们的MVue实例，node为绑定该指令的对应节点，exp为绑定数据的key。我们先不去管this._link的调用，大家先来想一下我们在index.html中对于v-model的使用，我们把v-model='msg'绑定到了我们的input标签上，意为当我们在input上进行输入的时候msg始终等于我们输入的值。那么我们在model指令方法中所要做的事情就很明确了，首先我们通过vm._getVal(exp);获取到msg当前值，然后我们监听了node的input事件，获取当前用户输入的最新值，然后通过vm._setVal(exp,newVal)配置到vm._data中，最后通过val = newVal重新设置val的值。

然后是text指令方法，这个方法直接调用了this._link，并且我们还记得在model指令方法中也调用了this._link，那么我们来看一下_link的实现。

在_link中，他接收四个参数，其中dir为我们的指令代码，然后它调用了一个patch方法，获取到了一个patchFn的变量，这个patch方法位于patch.js中。

// patch.js
/**
* 更改node value，在编译之前，
替换 v-model {{*}} 为真实数据
* @param {*} vm
* @param {*} node
* @param {*} exp
* @param {*} dir
*/
function patch
(vm, node, exp, dir) {
switch (dir) {
case 'model':
/**
* input / textear
*/
return function (node , val){
node.value = typeof val
=== 'undefined' ? '' : val;
}
case 'text':
/**
* {{*}}
*/
return function (node , val) {
node.textContent = typeof val
=== 'undefined' ? '' : val;
}
}
}

patch的方法实现比较简单，它首先去判断了传入的指令，然后根据不同的指令返回了不同的函数。比如在model指令方法中，因为我们只支持input、 textear，所以我们接收到的node只会是它们两个中的一个，然后我们通过node.value = val来改变node中的value。

我们在directives.js中获取到了patch的返回函数patchFn，然后执行patchFn。至此我们的模板已经被解析为浏览器可以读懂的html代码。

<div id="app">
<input type="text">
<div>
<p>hello</p>
</div>
</div>

数据监听实现

然后我们来看一下数据监听模块的实现，我们根据上面的思路整理想一下这个数据监听应该如何去实现？我们知道了我们应该在observer里面去实现它，但是具体应该怎么做呢？

再来明确一下我们的目标，我们希望通过observer能够监听到我们数据data的变化，当我们调用data.msg或者data.msg = '123'的时候，会分别激活getter或者setter方法。那么我们就需要对整个data进行监听，当我们获取到data对象之后，来遍历其中的所有数据，并分别为它们添加上getter和setter方法。

// observer.js
function observer (value) {
if (typeof value !== 'object'){
return;
}
var ob = new Observer(value);
}
function Observer (data) {
this.data = data;
this.walk();
}
Observer.prototype = {
walk: function () {
var $this = this;
var keys = Object.keys
(this.data);
keys.forEach(function (key) {
$this.defineReactive(key,
$this.data[key]);
});
},
defineReactive: function
(key, value) {
var dep = new Dep();
Object.defineProperty
(this.data, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
set: function (newValue) {
if (value === newValue) {
return;
}
value = newValue;
dep.notify();
},
get: function () {
dep.depend();
return value;
}
});
},
}

在observer.js中我们通过observer (value)方法来生成Observer对象，其中传入的value为data: {msg: 'hello'}。然后调用Observer的原型方法walk，遍历data调用defineReactive，通过Object.defineProperty为每条数据都添加上setter、getter监听，同时我们声明了一个Dep对象，这个Dep对象会负责收集依赖并且派发更新。大家结合我们的思路整理想一下，我们应该在什么时候去收集依赖？什么时候去派发更新？

当用户通过input进行输入修改数据的时候，我们是不是应该及时更新视图？所以在setter方法被激活的时候，我们应该调用dep.notify()方法，用于派发更新事件。

当我们的数据被展示出来的时候，也就是在getter事件被激活的时候，我们应该去收集依赖，也就是调用dep.depend()方法。

然后我们来看一下Dep方法的实现，在Dep.js中。

// Dep.js
var uid = 0;
function Dep () {
// 持有的watcher订阅者
this.subs = [];
this.id = uid++;
}
Dep.prototype = {
// 使dep与watcher互相持有
depend () {
// Dep.target为watcher实例
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this)
}
},
// 添加watcher
addSub: function (sub) {
this.subs.push(sub);
},
// 通知所有的watcher进行更新
notify: function () {
this.subs && this.subs.
forEach(function (sub) {
sub.update();
});
}
}

Dep.js的实现比较简单，它主要是就负责收集依赖（watcher）并且派发更新（watcher.update()），我们可以看到Dep首先声明了subs用于保存订阅了Dep的watcher实例，然后给每个Dep实例创建了一个id，然后我们为Dep声明了三个原型方法，当调用notify的时候，Dep回去遍历所有的subs然后调用他的update()方法，当调用depend的时候会调用watcher的addDep方法使Dep与Watcher互相持有。其中的Dep.target和sub都为Watcher实例。

然后我们来看一下Watcher.js的代码实现。

// watcher
function Watcher
(vm, exp, patchFn){
this.depIds = {};
this.$patchFn = patchFn;
this.$vm = vm;
this.getter = this.parsePath(exp)
this.value = this.get();
}
Watcher.prototype = {
// 更新
update: function () {
this.run();
},
// 执行更新操作
run: function () {
var oldVal = this.value;
var newVal = this.get();
if (oldVal === newVal) {
return;
}
this.$patchFn.call
(this.$vm, newVal);
},
// 订阅Dep
addDep: function (dep) {
if (this.depIds.hasOwnProperty
(dep.id)) {
return;
}
dep.addSub(this);
this.depIds[dep.id] = dep;
},
// 获取exp对应值，
这时会激活observer中的get事件
get: function () {
Dep.target = this;
var value = this.getter.call
(this.$vm, this.$vm._data);
Dep.target = null;
return value;
},
/**
* 获取exp的对应值，应对a.b.c
*/
parsePath: function (path) {
var segments = path.split('.');
return function (obj) {
for (let i = 0;
i < segments.length; i++) {
if (!obj) return
obj = obj[segments[i]]
}
return obj
}
}
}

在Watcher.js中它直接接收了patchFn，大家还记得这个方法是干什么的吧？patchFn是更改node value，在编译之前，替换 v-model 、 {{*}} 为真实数据的方法，在Watcher.js接收了patchFn，并把它赋值给this.$patchFn，当我们调用this.$patchFn的时候，就会改变我们的DOM渲染。

然后我们调用parsePath用于解析对象数据，并返回一个解析函数，然后把它赋值给this.getter。最后我们调用get()方法，在get()中我们给Dep.target持有了Watcher，并激活了一次getter方法，使我们在observer中监听的getter事件被激活，会调用dep.depend()方法，然后调用watcher.addDep(dep)，使Dep与Watcher互相持有，相互依赖。

然后我们看一下update方法的实现，我们知道当数据的setter事件被激活的时候，会调用dep.notify(),dep.notify()又会遍历所有的订阅watcher执行update方法，那么在upadte方法中，直接执行了this.run，在run()方法中，首先获取了当前watcher所观察的exp的改变前值oldVal和修改后值newVal，然后通过patchFn去修改DOM。

以上就是我们整个数据监听的流程，它首先通过observer来监听数据的变化，然后当数据的getter事件被激活的时候，调用dep.depend()来进行依赖收集，当数据的setter事件被激活的时候，调用dep.notify()来进行派发更新，这些的具体操作都是在我们的观察者watcher中完成的。

整合MVue

最后我们就需要把我们的视图渲染和数据监听链接起来，那么这个连接的节点应该在哪里呢？我们再来捋一下我们的流程。

当用户编写了我们的指令代码

的时候，我们通过Compile进行解析，当发现了我们的自定义指令v-model、{{*}}的时候，会进行directives进行指令解析，其中监听的用户的输入事件，并调用了vm._setVal()方法，从而会激活在observer中定义的setter事件，setter会进行派发更新的操作，调用dep.notify()方法，然后便利subs调用update方法。

结合上面的描述，我们应该在两个地方去完成连接节点。首先是在调用vm._setVal()方法的时候，我们需要保证observer中的setter事件可以被激活，那么我们最好在入口函数中去声明这个observer：

然后当setter事件被激活之前，我们需要初始化完成watcher使其拥有vm、exp、patchFn,那么最好的时机应该在获取到patchFn这个返回函数的时候，所以应该在：

通过_bind方法来去初始化watcher。

使用与扩展

至此我们的MVue框架就已经被开发完成了，我们可以点击这里来获取本课程中所有的代码，当我们需要使用我们的MVue的时候，我们可以这么做：

因为我们的MVue并没有进行模块化，所以需要把所有的JS全部引入才能使用。大家也可以尝试一下把MVue进行模块化，这样就可以只通过引入< script src="./mvue3/mvue.js">< /script >来使用MVue了。

现在我们的MVue还非常的简单，大家可以想一下如何为我们的MVue增加更多的功能，比如说更多的指令或者添加v-on:click的事件处理？这里给大家留下三个问题，目的是希望大家能够亲自写一下这个项目，可能会让大家有更多的理解。

1、实现v-show指令

2、实现v-on:click事件监听

3、如何和Vue一样可以直接通过this.msg来获取我们在data中定义的数据

这三个问题的解决方案都在我们的代码中，大家可以作为参考。

这一章为Vue.js的最后一章，从下一章开始我们就会进入Vue周边生态的学习，希望大家一定要亲自实现一下MVue的代码。

前端技术日新月异，每一种新的思想出现，都代表了一种技术的跃进、架构的变化，那么对于目前的前端技术而言，MVVM 的思想已经可以代表当今前端领域的前沿思想理念，Angular、React、Vue 等基于 MVVM 思想的具体实现框架，也成为了人们争相学习的一个热点。而 Vue 作为其中唯一没有大公司支持但却能与它们并驾齐驱并且隐隐有超越同类的趋势，不得不说这种增长让人感到惊奇。

本系列课程内容将会带领大家由浅入深的学习 Vue 的基础知识，了解 Vue 的源码设计和实现原理，和大家一起看一下尤雨溪先生的编程思想、架构设计以及如何进行代码实现。本系列课程内容主要分为三大部分：

Vue 的基础知识：在这一部分将学习 Vue 的基础语法及其源码的实现。例如，Vue 的生命周期钩子如何设计？当声明了一个 directive 时，Vue 究竟执行了什么？为什么只有通过 vue.set 函数才能为响应式对象添加响应式属性？如果我们自己要实现一个响应式的框架的话，应该如何下手、如何思考等。

Vue的周边生态：在这一部分将学习 Vue 的周边生态圈，包括有哪些 UI 库可以和 Vue 配合快速构建界面、如何使用 vue-router构建前端路由、如何使用 Vuex 进行状态管理、如何使用 Axios 进行网络请求、如何使用 Webpack、使用 vue-cli 构建出的项目里的各种配置有什么意义？

项目实战：在这一部分将会通过一个有意思的自动对话系统来进行项目实战，争取通过这个小项目把学到的知识点进行一个整合。

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