Vue.js内部运行机制（一）

Vue.js内部运行机制#

new vue 之后，vue会调用_init函数进行初始化，它会初始化生命周期、事件、props、methods、data、computed与watch等。其中最重要的是通过Object.defineProperty设置setter与getter函数，用来实现响应式以及依赖收集。

初始化之后调用$mount 会挂载组件，如果是运行时编译，即不存在render function 但是存在template 的情况，需要进行 {编译} 步骤。

编译#

compile编译可以分成 parse、optimize 与 generate 三个阶段，最终需要得到 render function。

一、响应式系统（Object.defineProperty）#

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/*
    obj: 目标对象
    prop: 需要操作的目标对象的属性名
    descriptor: 描述符
    
    return value 传入对象
*/
Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)

descriptor的一些属性，简单介绍几个属性，具体可以参考 MDN 文档。

  • enumerable，属性是否可枚举，默认 false。
  • configurable，属性是否可以被修改或者删除，默认 false。
  • get，获取属性的方法。
  • set，设置属性的方法。
Copy
//模拟视图更新的方法

function cb (val) {
    /* 渲染视图 */
    console.log("视图更新啦～");
}

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function defineReactive (obj, key, val) {
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,       /* 属性可枚举 */
        configurable: true,     /* 属性可被修改或删除 */
        get: function reactiveGetter () {
            return val;         /* 实际上会依赖收集，下一小节会讲 */
        },
        set: function reactiveSetter (newVal) {
            if (newVal === val) return;
            cb(newVal);
        }
    });
}

当然这是不够的，我们需要在上面再封装一层 observer 。这个函数传入一个 value（需要「响应式」化的对象），通过遍历所有属性的方式对该对象的每一个属性都通过 defineReactive 处理。（注：实际上 observer 会进行递归调用，为了便于理解去掉了递归的过程。

Copy
function observer (value) {
    if (!value || (typeof value !== 'object')) {
        return;
    }
    
    Object.keys(value).forEach((key) => {
        defineReactive(value, key, value[key]);
    });
}

最后：用observer封装一个Vue

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class Vue {
    /* Vue构造类 */
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
    }
}

let o = new Vue({
    data: {
        test: "I am test."
    }
});
o._data.test = "hello,world.";  /* 视图更新啦～ */

二、依赖收集#

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// 订阅者 Dep

class Dep {
    constructor () {
        /* 用来存放Watcher对象的数组 */
        this.subs = [];
    }

    /* 在subs中添加一个Watcher对象 */
    addSub (sub) {
        this.subs.push(sub);
    }

    /* 通知所有Watcher对象更新视图 */
    notify () {
        this.subs.forEach((sub) => {
            sub.update();
        })
    }
}

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// 观察者 Watcher

class Watcher {
    constructor () {
        /* 在new一个Watcher对象时将该对象赋值给Dep.target，在get中会用到 */
        Dep.target = this;
    }

    /* 更新视图的方法 */
    update () {
        console.log("视图更新啦～");
    }
}

Dep.target = null;

Copy
// 依赖收集

function defineReactive (obj, key, val) {
    /* 一个Dep类对象 */
    const dep = new Dep();
    
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function reactiveGetter () {
            /* 将Dep.target（即当前的Watcher对象存入dep的subs中） */
            dep.addSub(Dep.target);
            return val;         
        },
        set: function reactiveSetter (newVal) {
            if (newVal === val) return;
            /* 在set的时候触发dep的notify来通知所有的Watcher对象更新视图 */
            dep.notify();
        }
    });
}

class Vue {
    constructor(options) {
        this._data = options.data;
        observer(this._data);
        /* 新建一个Watcher观察者对象，这时候Dep.target会指向这个Watcher对象 */
        new Watcher();
        /* 在这里模拟render的过程，为了触发test属性的get函数 */
        console.log('render~', this._data.test);
    }
}

总结：

首先在 observer 的过程中会注册 get 方法，该方法用来进行「依赖收集」。在它的闭包中会有一个 Dep 对象，这个对象用来存放 Watcher 对象的实例。其实「依赖收集」的过程就是把 Watcher 实例存放到对应的 Dep 对象中去。get 方法可以让当前的 Watcher 对象（Dep.target）存放到它的 subs 中（addSub）方法，在数据变化时，set 会调用 Dep 对象的 notify 方法通知它内部所有的 Watcher 对象进行视图更新。

这是 Object.defineProperty 的 set/get 方法处理的事情，那么「依赖收集」的前提条件还有两个：

  • 触发 get 方法；
  • 新建一个 Watcher 对象。

这个我们在 Vue 的构造类中处理。新建一个 Watcher 对象只需要 new 出来，这时候 Dep.target 已经指向了这个 new 出来的 Watcher 对象来。而触发 get 方法也很简单，实际上只要把 render function 进行渲染，那么其中的依赖的对象都会被「读取」，这里我们通过打印来模拟这个过程，读取 test 来触发 get 进行「依赖收集」。

本章我们介绍了「依赖收集」的过程，配合之前的响应式原理，已经把整个「响应式系统」介绍完毕了。其主要就是 get 进行「依赖收集」。set 通过观察者来更新视图。

三、实现Virtual DOM下的一个VNode节点#

什么是VNode？

render function 会被转化成 VNode 节点。Virtual DOM 其实就是一棵以 JavaScript 对象（VNode 节点）作为基础的树，用对象属性来描述节点，实际上它只是一层对真实 DOM 的抽象。最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上。由于 Virtual DOM 是以 JavaScript 对象为基础而不依赖真实平台环境，所以使它具有了跨平台的能力，比如说浏览器平台、Weex、Node 等。

实现一个VNode

VNode 归根结底就是一个 JavaScript 对象，只要这个类的一些属性可以正确直观地描述清楚当前节点的信息即可。我们来实现一个简单的 VNode 类，加入一些基本属性，为了便于理解，我们先不考虑复杂的情况。

Copy
class VNode {
    constructor (tag, data, children, text, elm) {
        /*当前节点的标签名*/
        this.tag = tag;
        /*当前节点的一些数据信息，比如props、attrs等数据*/
        this.data = data;
        /*当前节点的子节点，是一个数组*/
        this.children = children;
        /*当前节点的文本*/
        this.text = text;
        /*当前虚拟节点对应的真实dom节点*/
        this.elm = elm;
    }
}

总结：VNode 就是一个 JavaScript 对象，用 JavaScript 对象的属性来描述当前节点的一些状态，用 VNode 节点的形式来模拟一棵 Virtual DOM 树

四、template模板是怎样通过Compile编译的#

Compile

compile 编译可以分成 parse、optimize 与 generate 三个阶段，最终需要得到 render function。

parse

首先是 parse，parse 会用正则等方式将 template 模板中进行字符串解析，得到指令、class、style等数据，形成 AST（抽象语法树）

optimize

optimize 主要作用就跟它的名字一样，用作「优化」。

这个涉及到后面要讲 patch 的过程，因为 patch 的过程实际上是将 VNode 节点进行一层一层的比对，然后将「差异」更新到视图上。那么一些静态节点是不会根据数据变化而产生变化的，这些节点我们没有比对的需求，是不是可以跳过这些静态节点的比对，从而节省一些性能呢？

那么我们就需要为静态的节点做上一些「标记」，在 patch 的时候我们就可以直接跳过这些被标记的节点的比对，从而达到「优化」的目的。

经过 optimize 这层的处理，每个节点会加上 static 属性，用来标记是否是静态的。

得到如下结果：

Copy
{
    'attrsMap': {
        ':class': 'c',
        'class': 'demo',
        'v-if': 'isShow'
    },
    'classBinding': 'c',
    'if': 'isShow',
    'ifConditions': [
        'exp': 'isShow'
    ],
    'staticClass': 'demo',
    'tag': 'div',
    /* 静态标志 */
    'static': false,
    'children': [
        {
            'attrsMap': {
                'v-for': "item in sz"
            },
            'static': false,
            'alias': "item",
            'for': 'sz',
            'forProcessed': true,
            'tag': 'span',
            'children': [
                {
                    'expression': '_s(item)',
                    'text': '{{item}}',
                    'static': false
                }
            ]
        }
    ]
}
generate

generate 会将 AST 转化成 render funtion 字符串，最终得到 render 的字符串以及 staticRenderFns 字符串。

五、数据状态更新时的差异 diff 及 patch 机制#

patch 的核心是 diff 算法。用 diff 算法可以比对出两颗树的「差异」，我们来看一下，假设我们现在有如下两颗树，它们分别是新老 VNode 节点，这时候到了 patch 的过程，我们需要将他们进行比对。

diff 算法是通过同层的树节点进行比较而非对树进行逐层搜索遍历的方式，所以时间复杂度只有 O(n)，是一种相当高效的算法。

patch 的过程有四种情况：

  • oldVnode（老 VNode 节点）不存在的时候，相当于新的 VNode 替代原本没有的节点，所以直接用 addVnodes 将这些节点批量添加到 parentElm 上。
  • 在 vnode（新 VNode 节点）不存在的时候，相当于要把老的节点删除，所以直接使用 removeVnodes 进行批量的节点删除即可
  • oldVNode 与 vnode 都存在并且都属于 sameVnode（相同的节点），则进行patchVnode（比对 VNode ）操作，否则删除老节点，增加新节点。
  • oldVNode 与 vnode 都存在并且不属于 sameVnode（相同的节点），则删除老节点，增加新节点。
Copy
function patch (oldVnode, vnode, parentElm) {
    if (!oldVnode) {
        addVnodes(parentElm, null, vnode, 0, vnode.length - 1);
    } else if (!vnode) {
        removeVnodes(parentElm, oldVnode, 0, oldVnode.length - 1);
    } else {
        if (sameVnode(oldVNode, vnode)) {
            patchVnode(oldVNode, vnode);
        } else {
            removeVnodes(parentElm, oldVnode, 0, oldVnode.length - 1);
            addVnodes(parentElm, null, vnode, 0, vnode.length - 1);
        }
    }
}
何为sameVnode?

sameVnode 其实很简单，只有当 key、 tag、 isComment（是否为注释节点）、 data同时定义（或不定义），同时满足当标签类型为 input 的时候 type 相同（某些浏览器不支持动态修改类型，所以他们被视为不同类型）即可。

Copy
function sameVnode () {
    return (
        a.key === b.key &&
        a.tag === b.tag &&
        a.isComment === b.isComment &&
        (!!a.data) === (!!b.data) &&
        sameInputType(a, b)
    )
}

function sameInputType (a, b) {
    if (a.tag !== 'input') return true
    let i
    const typeA = (i = a.data) && (i = i.attrs) && i.type
    const typeB = (i = b.data) && (i = i.attrs) && i.type
    return typeA === typeB
}
patchVnode比对过程
  • 新老VNode节点相同的情况下，不需要做任何改变，直接return掉
Copy
if (oldVnode === vnode) {
    return;
}
  • 新老 VNode 节点都是 isStatic（静态的），并且 key 相同时，只要将 componentInstance 与 elm 从老 VNode 节点“拿过来”即可。这里的 isStatic 也就是前面提到过的「编译」的时候会将静态节点标记出来，这样就可以跳过比对的过程。
Copy
if (vnode.isStatic && oldVnode.isStatic && vnode.key === oldVnode.key) {
    vnode.elm = oldVnode.elm;
    vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance;
    return;
}
  • 当新 VNode 节点是文本节点的时候，直接用 setTextContent 来设置 text，这里的 nodeOps 是一个适配层，根据不同平台提供不同的操作平台 DOM 的方法，实现跨平台。
Copy
if (vnode.text) {
    nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text);
}

  • 当新 VNode 节点是非文本节点当时候，需要分几种情况。

    • oldCh 与 ch 都存在且不相同时，使用 updateChildren 函数来更新子节点，这个后面重点讲。

    • 如果只有 ch 存在的时候，如果老节点是文本节点则先将节点的文本清除，然后将 ch 批量插入插入到节点elm下。

    • 同理当只有 oldch 存在时，说明需要将老节点通过 removeVnodes 全部清除。

    • 最后一种情况是当只有老节点是文本节点的时候，清除其节点文本内容。

Copy
if (oldCh && ch && (oldCh !== ch)) {
    updateChildren(elm, oldCh, ch);
} else if (ch) {
    if (oldVnode.text) nodeOps.setTextContent(elm, '');
    addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1);
} else if (oldCh) {
    removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)
} else if (oldVnode.text) {
    nodeOps.setTextContent(elm, '')
}
updateChildren
Copy
function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
    let oldStartIdx = 0;
    let newStartIdx = 0;
    let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
    let oldStartVnode = oldCh[0];
    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
    let newEndIdx = newCh.length - 1;
    let newStartVnode = newCh[0];
    let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
    let oldKeyToIdx, idxInOld, elmToMove, refElm;

    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
        if (!oldStartVnode) {
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
        } else if (!oldEndVnode) {
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
        } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
            patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode);
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
        } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
            patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode);
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
        } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
            patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode);
            nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm));
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
        } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
            patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode);
            nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm);
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
        } else {
            let elmToMove = oldCh[idxInOld];
            if (!oldKeyToIdx) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
            idxInOld = newStartVnode.key ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] : null;
            if (!idxInOld) {
                createElm(newStartVnode, parentElm);
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
            } else {
                elmToMove = oldCh[idxInOld];
                if (sameVnode(elmToMove, newStartVnode)) {
                    patchVnode(elmToMove, newStartVnode);
                    oldCh[idxInOld] = undefined;
                    nodeOps.insertBefore(parentElm, newStartVnode.elm, oldStartVnode.elm);
                    newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
                } else {
                    createElm(newStartVnode, parentElm);
                    newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
                }
            }
        }
    }

    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
        refElm = (newCh[newEndIdx + 1]) ? newCh[newEndIdx + 1].elm : null;
        addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx);
    } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
        removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
    }
}

总结：Vue.js通过修改data中的数据后修改视图的过程其实是一个“setter -> Dep -> Watcher -> patch -> 视图”的过程。#

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