Vuex实现原理解析
我们在使用Vue.js开发复杂的应用时，经常会遇到多个组件共享同一个状态，亦或是多个组件会去更新同一个状态，在应用代码量较少的时候，我们可以组件间通信去维护修改数据，或者是通过事件总线来进行数据的传递以及修改。但是当应用逐渐庞大以后，代码就会变得难以维护，从父组件开始通过prop传递多层嵌套的数据由于层级过深而显得异常脆弱，而事件总线也会因为组件的增多、代码量的增大而显得交互错综复杂，难以捋清其中的传递关系。
那么为什么我们不能将数据层与组件层抽离开来呢？把数据层放到全局形成一个单一的Store，组件层变得更薄，专门用来进行数据的展示及操作。所有数据的变更都需要经过全局的Store来进行，形成一个单向数据流，使数据变化变得“可预测”。
Vuex是一个专门为Vue.js框架设计的、用于对Vue.js应用程序进行状态管理的库，它借鉴了Flux、redux的基本思想，将共享的数据抽离到全局，以一个单例存放，同时利用Vue.js的响应式机制来进行高效的状态管理与更新。正是因为Vuex使用了Vue.js内部的“响应式机制”，所以Vuex是一个专门为Vue.js设计并与之高度契合的框架（优点是更加简洁高效，缺点是只能跟Vue.js搭配使用）。
先来看一下这张Vuex的数据流程图，熟悉Vuex使用的同学应该已经有所了解。
Vuex实现了一个单向数据流，在全局拥有一个State存放数据，所有修改State的操作必须通过Mutation进行，Mutation的同时提供了订阅者模式供外部插件调用获取State数据的更新。所有异步接口需要走Action，常见于调用后端接口异步获取更新数据，而Action也是无法直接修改State的，还是需要通过Mutation来修改State的数据。最后，根据State的变化，渲染到视图上。Vuex运行依赖Vue内部数据双向绑定机制，需要new一个Vue对象来实现“响应式化”，所以Vuex是一个专门为Vue.js设计的状态管理库。
安装
使用过Vuex的朋友一定知道，Vuex的安装十分简单，只需要提供一个store，然后执行下面两句代码即完成的Vuex的引入。
Vue.use(Vuex);
/*将store放入Vue创建时的option中*/
new Vue({
el: '#app',
store
});那么问题来了，Vuex是怎样把store注入到Vue实例中去的呢？
Vue.js提供了Vue.use方法用来给Vue.js安装插件，内部通过调用插件的install方法(当插件是一个对象的时候)来进行插件的安装。
我们来看一下Vuex的install实现。
/*暴露给外部的插件install方法，供Vue.use调用安装插件*/
export function install (_Vue) {
if (Vue) {
/*避免重复安装（Vue.use内部也会检测一次是否重复安装同一个插件）*/
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
console.error(
'[vuex] already installed. Vue.use(Vuex) should be called only once.'
)
}
return
}
/*保存Vue，同时用于检测是否重复安装*/
Vue = _Vue
/*将vuexInit混淆进Vue的beforeCreate(Vue2.0)或_init方法(Vue1.0)*/
applyMixin(Vue)
}这段install代码做了两件事情，一件是防止Vuex被重复安装，另一件是执行applyMixin，目的是执行vuexInit方法初始化Vuex。Vuex针对Vue1.0与2.0分别进行了不同的处理，如果是Vue1.0，Vuex会将vuexInit方法放入Vue的_init方法中，而对于Vue2.0，则会将vuexinit混淆进Vue的beforeCreacte钩子中。来看一下vuexInit的代码。
/*Vuex的init钩子，会存入每一个Vue实例等钩子列表*/
function vuexInit () {
const options = this.$options
// store injection
if (options.store) {
/*存在store其实代表的就是Root节点，直接执行store（function时）或者使用store（非function）*/
this.$store = typeof options.store === 'function'
? options.store()
: options.store
} else if (options.parent && options.parent.$store) {
/*子组件直接从父组件中获取$store，这样就保证了所有组件都公用了全局的同一份store*/
this.$store = options.parent.$store
}
}vuexInit会尝试从options中获取store，如果当前组件是根组件（Root节点），则options中会存在store，直接获取赋值给$store即可。如果当前组件非根组件，则通过options中的parent获取父组件的$store引用。这样一来，所有的组件都获取到了同一份内存地址的Store实例，于是我们可以在每一个组件中通过this.$store愉快地访问全局的Store实例了。
那么，什么是Store实例？
Store
我们传入到根组件到store，就是Store实例，用Vuex提供到Store方法构造。
export default new Vuex.Store({
strict: true,
modules: {
moduleA,
moduleB
}
});我们来看一下Store的实现。首先是构造函数。
constructor (options = {}) {
// Auto install if it is not done yet and `window` has `Vue`.
// To allow users to avoid auto-installation in some cases,
// this code should be placed here. See #731
/*
在浏览器环境下，如果插件还未安装（!Vue即判断是否未安装），则它会自动安装。
它允许用户在某些情况下避免自动安装。
*/
if (!Vue && typeof window !== 'undefined' && window.Vue) {
install(window.Vue)
}
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
assert(Vue, `must call Vue.use(Vuex) before creating a store instance.`)
assert(typeof Promise !== 'undefined', `vuex requires a Promise polyfill in this browser.`)
assert(this instanceof Store, `Store must be called with the new operator.`)
}
const {
/*一个数组，包含应用在 store 上的插件方法。这些插件直接接收 store 作为唯一参数，可以监听 mutation（用于外部地数据持久化、记录或调试）或者提交 mutation （用于内部数据，例如 websocket 或 某些观察者）*/
plugins = [],
/*使 Vuex store 进入严格模式，在严格模式下，任何 mutation 处理函数以外修改 Vuex state 都会抛出错误。*/
strict = false
} = options
/*从option中取出state，如果state是function则执行，最终得到一个对象*/
let {
state = {}
} = options
if (typeof state === 'function') {
state = state()
}
// store internal state
/* 用来判断严格模式下是否是用mutation修改state的 */
this._committing = false
/* 存放action */
this._actions = Object.create(null)
/* 存放mutation */
this._mutations = Object.create(null)
/* 存放getter */
this._wrappedGetters = Object.create(null)
/* module收集器 */
this._modules = new ModuleCollection(options)
/* 根据namespace存放module */
this._modulesNamespaceMap = Object.create(null)
/* 存放订阅者 */
this._subscribers = []
/* 用以实现Watch的Vue实例 */
this._watcherVM = new Vue()
// bind commit and dispatch to self
/*将dispatch与commit调用的this绑定为store对象本身，否则在组件内部this.dispatch时的this会指向组件的vm*/
const store = this
const { dispatch, commit } = this
/* 为dispatch与commit绑定this（Store实例本身） */
this.dispatch = function boundDispatch (type, payload) {
return dispatch.call(store, type, payload)
}
this.commit = function boundCommit (type, payload, options) {
return commit.call(store, type, payload, options)
}
// strict mode
/*严格模式(使 Vuex store 进入严格模式，在严格模式下，任何 mutation 处理函数以外修改 Vuex state 都会抛出错误)*/
this.strict = strict
// init root module.
// this also recursively registers all sub-modules
// and collects all module getters inside this._wrappedGetters
/*初始化根module，这也同时递归注册了所有子modle，收集所有module的getter到_wrappedGetters中去，this._modules.root代表根module才独有保存的Module对象*/
installModule(this, state, [], this._modules.root)
// initialize the store vm, which is responsible for the reactivity
// (also registers _wrappedGetters as computed properties)
/* 通过vm重设store，新建Vue对象使用Vue内部的响应式实现注册state以及computed */
resetStoreVM(this, state)
// apply plugins
/* 调用插件 */
plugins.forEach(plugin => plugin(this))
/* devtool插件 */
if (Vue.config.devtools) {
devtoolPlugin(this)
}
}Store的构造类除了初始化一些内部变量以外，主要执行了installModule（初始化module）以及resetStoreVM（通过VM使store“响应式”）。
installModule
installModule的作用主要是用为module加上namespace名字空间（如果有）后，注册mutation、action以及getter，同时递归安装所有子module。
/*初始化module*/
function installModule (store, rootState, path, module, hot) {
/* 是否是根module */
const isRoot = !path.length
/* 获取module的namespace */
const namespace = store._modules.getNamespace(path)
// register in namespace map
/* 如果有namespace则在_modulesNamespaceMap中注册 */
if (module.namespaced) {
store._modulesNamespaceMap[namespace] = module
}
// set state
if (!isRoot && !hot) {
/* 获取父级的state */
const parentState = getNestedState(rootState, path.slice(0, -1))
/* module的name */
const moduleName = path[path.length - 1]
store.`_withCommit`(() => {
/* 将子module设置称响应式的 */
Vue.set(parentState, moduleName, module.state)
})
}
const local = module.context = makeLocalContext(store, namespace, path)
/* 遍历注册mutation */
module.forEachMutation((mutation, key) => {
const namespacedType = namespace + key
registerMutation(store, namespacedType, mutation, local)
})
/* 遍历注册action */
module.forEachAction((action, key) => {
const namespacedType = namespace + key
registerAction(store, namespacedType, action, local)
})
/* 遍历注册getter */
module.forEachGetter((getter, key) => {
const namespacedType = namespace + key
registerGetter(store, namespacedType, getter, local)
})
/* 递归安装mudule */
module.forEachChild((child, key) => {
installModule(store, rootState, path.concat(key), child, hot)
})
}resetStoreVM
在说resetStoreVM之前，先来看一个小demo。
let globalData = {
d: 'hello world'
};
new Vue({
data () {
return {
$$state: {
globalData
}
}
}
});
/* modify */
setTimeout(() => {
globalData.d = 'hi~';
}, 1000);
Vue.prototype.globalData = globalData;
/* 任意模板中 */
<div>{{globalData.d}}</div>上述代码在全局有一个globalData，它被传入一个Vue对象的data中，之后在任意Vue模板中对该变量进行展示，因为此时globalData已经在Vue的prototype上了所以直接通过this.prototype访问，也就是在模板中的{{prototype.d}}。此时，setTimeout在1s之后将globalData.d进行修改，我们发现模板中的globalData.d发生了变化。其实上述部分就是Vuex依赖Vue核心实现数据的“响应式化”。
不熟悉Vue.js响应式原理的同学可以通过笔者另一篇文章响应式原理了解Vue.js是如何进行数据双向绑定的。
接着来看代码。
/* 通过vm重设store，新建Vue对象使用Vue内部的响应式实现注册state以及computed */
function resetStoreVM (store, state, hot) {
/* 存放之前的vm对象 */
const oldVm = store._vm
// bind store public getters
store.getters = {}
const wrappedGetters = store._wrappedGetters
const computed = {}
/* 通过Object.defineProperty为每一个getter方法设置get方法，比如获取this.$store.getters.test的时候获取的是store._vm.test，也就是Vue对象的computed属性 */
forEachValue(wrappedGetters, (fn, key) => {
// use computed to leverage its lazy-caching mechanism
computed[key] = () => fn(store)
Object.defineProperty(store.getters, key, {
get: () => store._vm[key],
enumerable: true // for local getters
})
})
// use a Vue instance to store the state tree
// suppress warnings just in case the user has added
// some funky global mixins
const silent = Vue.config.silent
/* Vue.config.silent暂时设置为true的目的是在new一个Vue实例的过程中不会报出一切警告 */
Vue.config.silent = true
/* 这里new了一个Vue对象，运用Vue内部的响应式实现注册state以及computed*/
store._vm = new Vue({
data: {
$$state: state
},
computed
})
Vue.config.silent = silent
// enable strict mode for new vm
/* 使能严格模式，保证修改store只能通过mutation */
if (store.strict) {
enableStrictMode(store)
}
if (oldVm) {
/* 解除旧vm的state的引用，以及销毁旧的Vue对象 */
if (hot) {
// dispatch changes in all subscribed watchers
// to force getter re-evaluation for hot reloading.
store._withCommit(() => {
oldVm._data.$$state = null
})
}
Vue.nextTick(() => oldVm.$destroy())
}
}resetStoreVM首先会遍历wrappedGetters，使用Object.defineProperty方法为每一个getter绑定上get方法，这样我们就可以在组件里访问this.$store.getter.test就等同于访问store._vm.test。
forEachValue(wrappedGetters, (fn, key) => {
// use computed to leverage its lazy-caching mechanism
computed[key] = () => fn(store)
Object.defineProperty(store.getters, key, {
get: () => store._vm[key],
enumerable: true // for local getters
})
})之后Vuex采用了new一个Vue对象来实现数据的“响应式化”，运用Vue.js内部提供的数据双向绑定功能来实现store的数据与视图的同步更新。
store._vm = new Vue({
data: {
$$state: state
},
computed
})这时候我们访问store._vm.test也就访问了Vue实例中的属性。
这两步执行完以后，我们就可以通过this.$store.getter.test访问vm中的test属性了。
严格模式
Vuex的Store构造类的option有一个strict的参数，可以控制Vuex执行严格模式，严格模式下，所有修改state的操作必须通过mutation实现，否则会抛出错误。
/* 使能严格模式 */
function enableStrictMode (store) {
store._vm.$watch(function () { return this._data.$$state }, () => {
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
/* 检测store中的_committing的值，如果是true代表不是通过mutation的方法修改的 */
assert(store._committing, `Do not mutate vuex store state outside mutation handlers.`)
}
}, { deep: true, sync: true })
}首先，在严格模式下，Vuex会利用vm的$watch方法来观察$$state，也就是Store的state，在它被修改的时候进入回调。我们发现，回调中只有一句话，用assert断言来检测store._committing，当store._committing为false的时候会触发断言，抛出异常。
我们发现，Store的commit方法中，执行mutation的语句是这样的。
this._withCommit(() => {
entry.forEach(function commitIterator (handler) {
handler(payload)
})
})再来看看_withCommit的实现。
_withCommit (fn) {
/* 调用withCommit修改state的值时会将store的committing值置为true，内部会有断言检查该值，在严格模式下只允许使用mutation来修改store中的值，而不允许直接修改store的数值 */
const committing = this._committing
this._committing = true
fn()
this._committing = committing
}我们发现，通过commit（mutation）修改state数据的时候，会再调用mutation方法之前将committing置为true，接下来再通过mutation函数修改state中的数据，这时候触发$watch中的回调断言committing是不会抛出异常的（此时committing为true）。而当我们直接修改state的数据时，触发$watch的回调执行断言，这时committing为false，则会抛出异常。这就是Vuex的严格模式的实现。
接下来我们来看看Store提供的一些API。
commit（mutation）
/* 调用mutation的commit方法 */
commit (_type, _payload, _options) {
// check object-style commit
/* 校验参数 */
const {
type,
payload,
options
} = unifyObjectStyle(_type, _payload, _options)
const mutation = { type, payload }
/* 取出type对应的mutation的方法 */
const entry = this._mutations[type]
if (!entry) {
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
console.error(`[vuex] unknown mutation type: ${type}`)
}
return
}
/* 执行mutation中的所有方法 */
this._withCommit(() => {
entry.forEach(function commitIterator (handler) {
handler(payload)
})
})
/* 通知所有订阅者 */
this._subscribers.forEach(sub => sub(mutation, this.state))
if (
process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
options && options.silent
) {
console.warn(
`[vuex] mutation type: ${type}. Silent option has been removed. ` +
'Use the filter functionality in the vue-devtools'
)
}
}commit方法会根据type找到并调用_mutations中的所有type对应的mutation方法，所以当没有namespace的时候，commit方法会触发所有module中的mutation方法。再执行完所有的mutation之后会执行_subscribers中的所有订阅者。我们来看一下_subscribers是什么。
Store给外部提供了一个subscribe方法，用以注册一个订阅函数，会push到Store实例的_subscribers中，同时返回一个从_subscribers中注销该订阅者的方法。
/* 注册一个订阅函数，返回取消订阅的函数 */
subscribe (fn) {
const subs = this._subscribers
if (subs.indexOf(fn) < 0) {
subs.push(fn)
}
return () => {
const i = subs.indexOf(fn)
if (i > -1) {
subs.splice(i, 1)
}
}
}在commit结束以后则会调用这些_subscribers中的订阅者，这个订阅者模式提供给外部一个监视state变化的可能。state通过mutation改变时，可以有效补获这些变化。
dispatch（action）
来看一下dispatch的实现。
/* 调用action的dispatch方法 */
dispatch (_type, _payload) {
// check object-style dispatch
const {
type,
payload
} = unifyObjectStyle(_type, _payload)
/* actions中取出type对应的ation */
const entry = this._actions[type]
if (!entry) {
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
console.error(`[vuex] unknown action type: ${type}`)
}
return
}
/* 是数组则包装Promise形成一个新的Promise，只有一个则直接返回第0个 */
return entry.length > 1
? Promise.all(entry.map(handler => handler(payload)))
: entry[0](payload)
}以及registerAction时候做的事情。
/* 遍历注册action */
function registerAction (store, type, handler, local) {
/* 取出type对应的action */
const entry = store._actions[type] || (store._actions[type] = [])
entry.push(function wrappedActionHandler (payload, cb) {
let res = handler.call(store, {
dispatch: local.dispatch,
commit: local.commit,
getters: local.getters,
state: local.state,
rootGetters: store.getters,
rootState: store.state
}, payload, cb)
/* 判断是否是Promise */
if (!isPromise(res)) {
/* 不是Promise对象的时候转化称Promise对象 */
res = Promise.resolve(res)
}
if (store._devtoolHook) {
/* 存在devtool插件的时候触发vuex的error给devtool */
return res.catch(err => {
store._devtoolHook.emit('vuex:error', err)
throw err
})
} else {
return res
}
})
}因为registerAction的时候将push进_actions的action进行了一层封装（wrappedActionHandler），所以我们在进行dispatch的第一个参数中获取state、commit等方法。之后，执行结果res会被进行判断是否是Promise，不是则会进行一层封装，将其转化成Promise对象。dispatch时则从_actions中取出，只有一个的时候直接返回，否则用Promise.all处理再返回。
watch
/* 观察一个getter方法 */
watch (getter, cb, options) {
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
assert(typeof getter === 'function', `store.watch only accepts a function.`)
}
return this._watcherVM.$watch(() => getter(this.state, this.getters), cb, options)
}熟悉Vue的朋友应该很熟悉watch这个方法。这里采用了比较巧妙的设计，_watcherVM是一个Vue的实例，所以watch就可以直接采用了Vue内部的watch特性提供了一种观察数据getter变动的方法。
registerModule
/* 注册一个动态module，当业务进行异步加载的时候，可以通过该接口进行注册动态module */
registerModule (path, rawModule) {
/* 转化称Array */
if (typeof path === 'string') path = [path]
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
assert(Array.isArray(path), `module path must be a string or an Array.`)
assert(path.length > 0, 'cannot register the root module by using registerModule.')
}
/*注册*/
this._modules.register(path, rawModule)
/*初始化module*/
installModule(this, this.state, path, this._modules.get(path))
// reset store to update getters...
/* 通过vm重设store，新建Vue对象使用Vue内部的响应式实现注册state以及computed */
resetStoreVM(this, this.state)
}registerModule用以注册一个动态模块，也就是在store创建以后再注册模块的时候用该接口。内部实现实际上也只有installModule与resetStoreVM两个步骤，前面已经讲过，这里不再累述。
unregisterModule
/* 注销一个动态module */
unregisterModule (path) {
/* 转化称Array */
if (typeof path === 'string') path = [path]
if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
assert(Array.isArray(path), `module path must be a string or an Array.`)
}
/*注销*/
this._modules.unregister(path)
this._withCommit(() => {
/* 获取父级的state */
const parentState = getNestedState(this.state, path.slice(0, -1))
/* 从父级中删除 */
Vue.delete(parentState, path[path.length - 1])
})
/* 重制store */
resetStore(this)
}同样，与registerModule对应的方法unregisterModule，动态注销模块。实现方法是先从state中删除模块，然后用resetStore来重制store。
resetStore
/* 重制store */
function resetStore (store, hot) {
store._actions = Object.create(null)
store._mutations = Object.create(null)
store._wrappedGetters = Object.create(null)
store._modulesNamespaceMap = Object.create(null)
const state = store.state
// init all modules
installModule(store, state, [], store._modules.root, true)
// reset vm
resetStoreVM(store, state, hot)
}这里的resetStore其实也就是将store中的_actions等进行初始化以后，重新执行installModule与resetStoreVM来初始化module以及用Vue特性使其“响应式化”，这跟构造函数中的是一致的。
插件
Vue提供了一个非常好用的插件Vue.js devtools
/* 从window对象的__VUE_DEVTOOLS_GLOBAL_HOOK__中获取devtool插件 */
const devtoolHook =
typeof window !== 'undefined' &&
window.__VUE_DEVTOOLS_GLOBAL_HOOK__
export default function devtoolPlugin (store) {
if (!devtoolHook) return
/* devtoll插件实例存储在store的_devtoolHook上 */
store._devtoolHook = devtoolHook
/* 出发vuex的初始化事件，并将store的引用地址传给deltool插件，使插件获取store的实例 */
devtoolHook.emit('vuex:init', store)
/* 监听travel-to-state事件 */
devtoolHook.on('vuex:travel-to-state', targetState => {
/* 重制state */
store.replaceState(targetState)
})
/* 订阅store的变化 */
store.subscribe((mutation, state) => {
devtoolHook.emit('vuex:mutation', mutation, state)
})
}如果已经安装了该插件，则会在windows对象上暴露一个VUE_DEVTOOLS_GLOBAL_HOOK。devtoolHook用在初始化的时候会触发“vuex:init”事件通知插件，然后通过on方法监听“vuex:travel-to-state”事件来重置state。最后通过Store的subscribe方法来添加一个订阅者，在触发commit方法修改mutation数据以后，该订阅者会被通知，从而触发“vuex:mutation”事件。
最后
Vuex是一个非常优秀的库，代码量不多且结构清晰，非常适合研究学习其内部实现。最近的一系列源码阅读也使我自己受益匪浅，写这篇文章也希望可以帮助到更多想要学习探索Vuex内部实现原理的同学。
