美团技术面：你可以手写Vue3的响应式原理吗？

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Vue2的响应式原理是存在一些缺点的：

默认会递归、消耗较大
数组响应化需要额外实现
新增/删除属性属性无法监听
Map、Set、Class 等无法响应式，修改语法有限制

而Vue3使用ES6的Proxy特性来解决上面这些问题，本篇文章我将带大家深入了解Vue3的响应式原理并在最后通过Proxy实现其核心逻辑。

在开始分析之前，我们先来看一下什么是 Proxy?

什么是 Proxy?

ES6 中我们看到了一个让人耳目一新的属性——Proxy。我们先看一下概念：

“通过调用 new Proxy() ，你可以创建一个代理用来替代另一个对象(被称为目标)，这个代理对目标对象进行了虚拟，因此该代理与该目标对象表面上可以被当作同一个对象来对待。代理允许你拦截在目标对象上的底层操作，而这原本是 JS 引擎的内部能力。

Proxy 顾名思义，就是代理的意思，这是一个能让我们随意操控对象的特性。当我们通过 Proxy 去对一个对象进行代理之后，我们将得到一个和被代理对象几乎完全一样的对象，并且可以对这个对象进行完全的监控。

什么叫完全监控？Proxy 所带来的，是对底层操作的拦截。前面我们在实现对对象监听时使用了 Object.defineProperty，这个其实是 JS 提供给我们的高级操作，也就是通过底层封装之后暴露出来的方法。Proxy 的强大之处在于，我们可以直接拦截对代理对象的底层操作。这样我们相当于从一个对象的底层操作开始实现对它的监听。

那么Proxy相比Object.defineProperty都有哪些优势呢？

Proxy 的优势

Proxy 可以直接监听对象而非属性；
Proxy 可以直接监听数组的变化；
Proxy 有多达 13 种拦截方法,不限于 apply、ownKeys、deleteProperty、has 等等是 Object.defineProperty 不具备的；
Proxy 返回的是一个新对象,我们可以只操作新的对象达到目的,而 Object.defineProperty 只能遍历对象属性直接修改；
Proxy 作为新标准将受到浏览器厂商重点持续的性能优化，也就是传说中的新标准的性能红利。

对Proxy有了大致的了解后，下面我就来分析一下Vue3的响应式原理

响应式原理

这里放一张我之前整理的关于Vue3响应式的流程图：

我们来梳理一下流程：

1、通过state = reactive(target)来定义响应式数据（这里基于Proxy实现）

2、通过 effect声明依赖响应式数据的函数cb ( 例如视图渲染函数render函数)，并执行cb函数，执行过程中，会触发响应式数据 getter

3、在响应式数据 getter中进行 track依赖收集：存储响应式数据与更新函数 cb 的映射关系，存储于targetMap

4、当变更响应式数据时，触发trigger，根据targetMap找到关联的cb并执行

“targetMap的结构为：{target: {key: [fn1,fn2]}}

手写实现

看下我们都要实现哪些核心函数：

reactive：响应式核心方法，用于建立数据响应式
effect：声明响应函数 cb，将回调函数保存起来备用，立即执行一次回调函数触发它里面一些响应数据的 getter
track：依赖收集，存储响应式数据与更新函数 cb 的映射关系
trigger：触发更新：根据映射关系，执行 cb

建立数据响应式（`reactive`函数）

// 判断是不是对象
function isObject(val) {
  return typeof val === "object" && val !== null;
}
function hasOwn(target, key) {
  return target.hasOwnProperty[key];
}
// WeakMap: 弱引用映射表
// 原对象 : 代理过的对象
let toProxy = new WeakMap();
// 代理过的对象:原对象
let toRaw = new WeakMap();
// 响应式核心方法
function reactive(target) {
  // 创建响应式对象
  return createReactiveObject(target);
}
function createReactiveObject(target) {
  // 如果当前不是对象，直接返回即可
  if (!isObject(target)) {
    return target;
  }
  // 如果已经代理过了，就直接返回代理过的结果
  let proxy = toProxy.get(target);
  if (proxy) {
    return proxy;
  }
  // 防止代理过的对象再次被代理
  if (toRaw.has(target)) {
    return target;
  }
  let baseHandler = {
    get(target, key, receiver) {
      // Reflect 是一个内置的对象，它提供拦截 JavaScript 操作的方法。这些方法与proxy handlers的方法相同。
      let res = Reflect.get(target, key, receiver);
      // 收集依赖/订阅 把当前的key和effect做映射关系
      track(target, key);
      // 在get取值的时候才去判断该值是否是一个对象，如果是则递归（这里相比于Vue2中的默认递归，其实是一种优化）
      return isObject(res) ? reactive(res) : res;
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      // 这里需要区分是新增属性还是修改属性
      let hasKey = hasOwn(target, key);
      let oldVal = target[key];
      let res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if (!hasKey) {
        console.log("新增属性");
        trigger(target, "add", key);
      } else if (oldVal !== value) {
        console.log("修改属性");
        trigger(target, "set", key);
      }
      return res;
    },
    deleteProperty(target, key) {
      let res = Reflect.deleteProperty(target, key);
      return res;
    },
  };
  let observed = new Proxy(target, baseHandler);
  toProxy.set(target, observed);
  toRaw.set(observed, target);
  return observed;
}

依赖收集

其实就是建立响应数据 key 和更新函数之间的对应关系，用法如下：

let obj = reactive({ name: "cosen" });
effect(() => {
  console.log(obj.name);
});
obj.name = "senlin";
obj.name = "senlin1";

要实现这部分功能，我们需要完成上面提到的三个方法：

effect
track
trigger

首先，我们来梳理一下effect需要实现什么功能。

经过前面的reactive()方法，我们已经能够拿到一个响应式的数据对象了，每次get和set操作都能够被拦截。

effect()方法需要实现的功能就是：每当我们修改数据的时候，都能够触发传入effect的回调函数执行。

“effect()方法的回调函数要想在数据发生变化后能够执行，必须返回一个响应式的effect()函数，所以effect()内部会返回一个响应式的effect。

来看下effect方法的实现：

// 响应式 副作用
function effect(fn) {
  const rxEffect = function () {
    try {
      // 捕获异常
      // 运行fn并将effect保存起来
      activeEffectStacks.push(rxEffect);
      return fn();
    } finally {
      activeEffectStacks.pop();
    }
  };
  // 默认应该先执行一次
  rxEffect();
  // 返回响应函数
  return rxEffect;
}

此时数据发生变化还无法通知effect的回调函数执行，因为reactive和effect还未关联起来，也就是说还没有进行依赖收集，所以接下来需要进行依赖收集。

到这里我们需要思考两个问题：

1、什么时候收集依赖？

2、如何收集依赖，如何保存依赖？

首先第一个问题：什么时候收集依赖？我们需要在取值的时候开始收集依赖，而这对应于在Proxy的handlers的get中进行取值，也就是在上面的createReactiveObject方法中的：

get(target, key, receiver) {
  // Reflect 是一个内置的对象，它提供拦截 JavaScript 操作的方法。这些方法与proxy handlers的方法相同。
  let res = Reflect.get(target, key, receiver);
  // 收集依赖/订阅 把当前的key和effect做映射关系
+  track(target, key);
  // 在get取值的时候才去判断该值是否是一个对象，如果是则递归（这里相比于Vue2中的默认递归，其实是一种优化）
  return isObject(res) ? reactive(res) : res;
},

对应触发依赖的执行是在Proxy的handlers的get中：

set(target, key, value, receiver) {
  // 这里需要区分是新增属性还是修改属性
  let hasKey = hasOwn(target, key);
  let oldVal = target[key];
  let res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
  if (!hasKey) {
    console.log("新增属性");
+    trigger(target, "add", key);
  } else if (oldVal !== value) {
    console.log("修改属性");
+    trigger(target, "set", key);
  }
  return res;
},

然后是第二个问题：如何收集依赖，如何保存依赖？这个其实我有在上面的流程图中标注：

{target: {key: [fn1,fn2]}}

这里解释一下：首先依赖是一个一个的effect函数，我们可以通过Set集合进行存储，而这个 Set 集合肯定是要和对象的某个key进行对应，即哪些effect依赖了对象中某个key对应的值，这个对应关系可以通过一个Map对象进行保存。即：

targetMap: WeakMap{
    target:Map{
        key: Set[cb1,cb2...]
    }
}

当我们取值的时候，首先通过该target对象从全局的WeakMap对象中取出对应的depsMap对象，然后根据修改的key获取到对应的dep依赖集合对象，然后将当前effect放入到dep依赖集合中，完成依赖的收集。其实这里对应的就是track方法：

function track(target, key) {
  // 拿出栈顶函数
  let effect = activeEffectStacks[activeEffectStacks.length - 1];
  //
  if (effect) {
    // 获取target对应依赖表
    let depsMap = targetsMap.get(target);
    if (!depsMap) {
      targetsMap.set(target, (depsMap = new Map()));
    }
    // 获取key对应的响应函数集
    let deps = depsMap.get(key);
    // 动态创建依赖关系
    if (!deps) {
      depsMap.set(key, (deps = new Set()));
    }
    if (!deps.has(effect)) {
      deps.add(effect);
    }
  }
}

当我们修改值的时候会触发依赖更新，也是通过target对象从全局的WeakMap对象中取出对应的depMap对象，然后根据修改的key取出对应的dep依赖集合，并遍历该集合中的所有effect，并执行effect。对应就是trigger方法：

function trigger(target, type, key) {
  let depsMap = targetsMap.get(target);
  if (depsMap) {
    let deps = depsMap.get(key);
    if (deps) {
      // 将当前key对应的effect依次执行
      deps.forEach((effect) => {
        effect();
      });
    }
  }
}

完整代码

这里整合一下代码，并在最后通过一个demo来测试一下：

/**
 * Vue3 响应式原理
 *
 */

// 判断是不是对象
function isObject(val) {
  return typeof val === "object" && val !== null;
}
function hasOwn(target, key) {
  return target.hasOwnProperty[key];
}
// WeakMap: 弱引用映射表
// 原对象 : 代理过的对象
let toProxy = new WeakMap();
// 代理过的对象:原对象
let toRaw = new WeakMap();
// 响应式核心方法
function reactive(target) {
  // 创建响应式对象
  return createReactiveObject(target);
}
function createReactiveObject(target) {
  // 如果当前不是对象，直接返回即可
  if (!isObject(target)) {
    return target;
  }
  // 如果已经代理过了，就直接返回代理过的结果
  let proxy = toProxy.get(target);
  if (proxy) {
    return proxy;
  }
  // 防止代理过的对象再次被代理
  if (toRaw.has(target)) {
    return target;
  }
  let baseHandler = {
    get(target, key, receiver) {
      // Reflect 是一个内置的对象，它提供拦截 JavaScript 操作的方法。这些方法与proxy handlers的方法相同。
      let res = Reflect.get(target, key, receiver);
      // 收集依赖/订阅 把当前的key和effect做映射关系
      track(target, key);
      // 在get取值的时候才去判断该值是否是一个对象，如果是则递归（这里相比于Vue2中的默认递归，其实是一种优化）
      return isObject(res) ? reactive(res) : res;
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      // 这里需要区分是新增属性还是修改属性
      let hasKey = hasOwn(target, key);
      let oldVal = target[key];
      let res = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      if (!hasKey) {
        console.log("新增属性");
        trigger(target, "add", key);
      } else if (oldVal !== value) {
        console.log("修改属性");
        trigger(target, "set", key);
      }
      return res;
    },
    deleteProperty(target, key) {
      let res = Reflect.deleteProperty(target, key);
      return res;
    },
  };
  let observed = new Proxy(target, baseHandler);
  toProxy.set(target, observed);
  toRaw.set(observed, target);
  return observed;
}

// 栈 先进后出 {name:[effect]}
let activeEffectStacks = [];
let targetsMap = new WeakMap();
// 如果target中的key发生变化了，就执行数组里的方法
function track(target, key) {
  // 拿出栈顶函数
  let effect = activeEffectStacks[activeEffectStacks.length - 1];
  if (effect) {
    // 获取target对应依赖表
    let depsMap = targetsMap.get(target);
    if (!depsMap) {
      targetsMap.set(target, (depsMap = new Map()));
    }
    // 获取key对应的响应函数集
    let deps = depsMap.get(key);
    // 动态创建依赖关系
    if (!deps) {
      depsMap.set(key, (deps = new Set()));
    }
    if (!deps.has(effect)) {
      deps.add(effect);
    }
  }
}
function trigger(target, type, key) {
  let depsMap = targetsMap.get(target);
  if (depsMap) {
    let deps = depsMap.get(key);
    if (deps) {
      // 将当前key对应的effect依次执行
      deps.forEach((effect) => {
        effect();
      });
    }
  }
}
// 响应式 副作用
function effect(fn) {
  const rxEffect = function () {
    try {
      // 捕获异常
      // 运行fn并将effect保存起来
      activeEffectStacks.push(rxEffect);
      return fn();
    } finally {
      activeEffectStacks.pop();
    }
  };
  // 默认应该先执行一次
  rxEffect();
  // 返回响应函数
  return rxEffect;
}

let obj = reactive({ name: "cosen" });
effect(() => {
  console.log(obj.name);
});
obj.name = "senlin";
obj.name = "senlin";

顺便贴下运行的结果：

我们能看到虽然执行了两次的obj.name = "senlin"操作，但执行结果却只执行了一次，这个与代码中定义的toProxy和toRaw是有关的：

toProxy：存储原对象到代理过的对象的映射关系，如果已经代理过了，就直接返回代理过的结果
toRaw存储代理过的对到原对象的映射关系，防止代理过的对象再次被代理。

总结

ok，到这里，我基本把Vue3中关于响应式以及依赖收集的相关原理和大家梳理了一遍，也自己手动实现了一个简易的伪代码。

本文只是简单的用伪代码的形式做了演示，关于具体实现细节，如果你想更深入的了解，大家可以直接去查看Vue3响应式部分的源码[1]。

参考资料

[1]Vue3响应式部分的源码: https://github.com/vuejs/vue-next/tree/master/packages/reactivity