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# 28｜响应式：万能的面试题，怎么手写响应式系统
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你好，我是大圣。
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经过前面课程的学习，相信你对Vue3的实战和组件有了新的认识，也掌握了很多实战秘籍，从今天开始，我将带你进入Vue框架的内部世界，探究一下Vue框架的原理，让你能知其然，也知其所以然。
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我们将手写一个迷你的Vue框架，实现Vue3的主要渲染和更新逻辑，项目就叫weiyouyi，你可以在 [GitHub上](https://github.com/shengxinjing/weiyouyi)看到所有的核心代码。
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## 响应式
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在第三讲的Vue3新特性中，我们剖析了Vue3的功能结构，就是下图所示的Vue核心模块，可以看到，Vue3的组件之间是通过响应式机制来通知的，响应式机制可以自动收集系统中数据的依赖，并且在修改数据之后自动执行更新，极大提高开发的效率。
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我们今天就要自己做一个迷你的响应式原型，希望你能通过自己手写，搞清楚响应式的实现原理。
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根据响应式组件通知效果可以知道，**响应式机制的主要功能就是，可以把普通的JavaScript对象封装成为响应式对象，拦截数据的获取和修改操作，实现依赖数据的自动化更新**。
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所以，一个最简单的响应式模型，我们可以通过reactive或者ref函数，把数据包裹成响应式对象，并且通过effect函数注册回调函数，然后在数据修改之后，响应式地通知effect去执行回调函数即可。
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整个流程这么概括地说，你估计不太理解，我们先通过一个简单的小例子直观感受一下响应式的效果。
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Vue的响应式是可以独立在其他平台使用的。比如你可以新建test.js，使用下面的代码在node环境中使用Vue响应。以reactive为例，我们使用reactive包裹JavaScript对象之后，每一次对响应式对象counter的修改，都会执行effect内部注册的函数：
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```javascript
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const {effect, reactive} = require('@vue/reactivity')
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let dummy
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const counter = reactive({ num1: 1, num2: 2 })
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effect(() => {
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dummy = counter.num1 + counter.num2
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console.log(dummy)// 每次counter.num1修改都会打印日志
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})
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setInterval(()=>{
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counter.num1++
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},1000)
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```
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执行node test.js之后，你就可以看到effect内部的函数会一直调用，每次count.value修改之后都会执行。
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看到这个API估计你有点疑惑，effect内部的函数式如何知道count已经变化了呢？
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我们先来看一下响应式整体的流程图，上面的代码中我们使用reactive把普通的JavaScript对象包裹成响应式数据了。
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所以，在effect中获取counter.num1和counter.num2的时候，就会触发counter的get拦截函数；**get函数，会把当前的effect函数注册到一个全局的依赖地图中去**。这样counter.num1在修改的时候，**就会触发set拦截函数，去依赖地图中找到注册的effect函数，然后执行**。
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具体是怎么实现的呢？我们从第一步把数据包裹成响应式对象开始。先看reactive的实现。
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## reactive
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我们进入到src/reactivity目录中，新建reactive.spec.js，使用下面代码测试reactive的功能，能够在响应式数据ret更新之后，执行effect中注册的函数：
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```javascript
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import { effect } from '../effect'
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import { reactive } from '../reactive'
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describe('测试响应式', () => {
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test('reactive基本使用', () => {
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const ret = reactive({ num: 0 })
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let val
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effect(() => {
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val = ret.num
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})
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expect(val).toBe(0)
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ret.num++
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expect(val).toBe(1)
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ret.num = 10
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expect(val).toBe(10)
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})
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|
})
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```
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之前讲过在Vue3中，reactive是通过ES6中的Proxy特性实现的属性拦截，所以，在reactive函数中我们直接返回newProxy即可：
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```javascript
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export function reactive(target) {
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if (typeof target!=='object') {
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console.warn(`reactive ${target} 必须是一个对象`);
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return target
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}
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return new Proxy(target, mutableHandlers);
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}
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```
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可以看到，**下一步我们需要实现的就是Proxy中的处理方法mutableHandles**。
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这里会把Proxy的代理配置抽离出来单独维护，是因为，其实Vue3中除了reactive还有很多别的函数需要实现，比如只读的响应式数据、浅层代理的响应式数据等，并且reactive中针对ES6的代理也需要单独的处理。
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这里我们只处理js中对象的代理设置：
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```javascript
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|
const proxy = new Proxy(target, mutableHandlers)
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```
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### mutableHandles
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好，看回来，我们剖析mutableHandles。它要做的事就是配置Proxy的拦截函数，这里我们只拦截get和set操作，进入到baseHandlers.js文件中。
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我们使用createGetter和createSetters来创建set和get函数，mutableHandles就是配置了set和get的对象返回。
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* get中直接返回读取的数据，这里的Reflect.get和target\[key\]实现的结果是一致的；并且返回值是对象的话，还会嵌套执行reactive，并且调用track函数收集依赖。
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* set中调用trigger函数，执行track收集的依赖。
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```javascript
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const get = createGetter();
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const set = createSetter();
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function createGetter(shallow = false) {
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return function get(target, key, receiver) {
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const res = Reflect.get(target, key, receiver)
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track(target, "get", key)
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if (isObject(res)) {
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// 值也是对象的话，需要嵌套调用reactive
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// res就是target[key]
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// 浅层代理，不需要嵌套
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return shallow ? res : reactive(res)
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}
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return res
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}
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}
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function createSetter() {
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return function set(target, key, value, receiver) {
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const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
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// 在触发 set 的时候进行触发依赖
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trigger(target, "set", key)
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return result
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}
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}
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export const mutableHandles = {
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get,
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set,
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|
};
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```
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我们先看get的关键部分，track函数是怎么完成依赖收集的。
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### track
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具体写代码之前，把依赖收集和执行的原理我们梳理清楚，看下面的示意图：
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在track函数中，我们可以使用一个巨大的tragetMap去存储依赖关系。**map的key是我们要代理的target对象，值还是一个depsMap**，存储这每一个key依赖的函数，每一个key都可以依赖多个effect。上面的代码执行完成，depsMap中就有了num1和num2两个依赖。
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而依赖地图的格式，用代码描述如下：
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```javascript
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targetMap = {
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target： {
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key1: [回调函数1，回调函数2],
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key2: [回调函数3，回调函数4],
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} ,
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target1： {
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key3: [回调函数5]
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}
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}
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```
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好，有了大的设计思路，我们来进行具体的实现，在reactive下新建effect.js。
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由于target是对象，所以必须得用map才可以把target作为key来管理数据，每次操作之前需要做非空的判断。最终把activeEffect存储在集合之中：
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```javascript
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const targetMap = new WeakMap()
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export function track(target, type, key) {
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// console.log(`触发 track -> target: ${target} type:${type} key:${key}`)
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// 1. 先基于 target 找到对应的 dep
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// 如果是第一次的话，那么就需要初始化
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// {
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// target1: {//depsmap
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// key:[effect1,effect2]
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// }
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// }
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let depsMap = targetMap.get(target)
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if (!depsMap) {
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// 初始化 depsMap 的逻辑
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// depsMap = new Map()
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// targetMap.set(target, depsMap)
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// 上面两行可以简写成下面的
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targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
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}
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let deps = depsMap.get(key)
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if (!deps) {
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deps = new Set()
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}
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if (!deps.has(activeEffect) && activeEffect) {
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// 防止重复注册
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deps.add(activeEffect)
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}
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depsMap.set(key, deps)
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}
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```
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get中关键的收集依赖的track函数我们已经讲完了，继续看set中关键的trigger函数。
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### trigger
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有了上面targetMap的实现机制，**trigger函数实现的思路就是从targetMap中，根据target和key找到对应的依赖函数集合deps，然后遍历deps执行依赖函数**。
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看实现的代码：
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```
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export function trigger(target, type, key) {
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// console.log(`触发 trigger -> target: type:${type} key:${key}`)
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// 从targetMap中找到触发的函数，执行他
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const depsMap = targetMap.get(target)
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if (!depsMap) {
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// 没找到依赖
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return
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}
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const deps = depsMap.get(key)
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if (!deps) {
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return
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|
}
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deps.forEach((effectFn) => {
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if (effectFn.scheduler) {
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effectFn.scheduler()
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} else {
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effectFn()
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|
}
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|
})
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|
}
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```
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可以看到执行的是effect的scheduler或者run函数，这是因为我们需要在effect函数中把依赖函数进行包装，并对依赖函数的执行时机进行控制，这是一个小的设计点。
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### effect
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然后我们来实现effect函数。
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下面的代码中，我们把传递进来的fn函数通过effectFn函数包裹执行，在effectFn函数内部，把函数赋值给全局变量activeEffect；然后执行fn()的时候，就会触发响应式对象的get函数，get函数内部就会把activeEffect存储到依赖地图中，完成依赖的收集：
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```javascript
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export function effect(fn, options = {}) {
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// effect嵌套，通过队列管理
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const effectFn = () => {
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try {
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activeEffect = effectFn
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//fn执行的时候，内部读取响应式数据的时候，就能在get配置里读取到activeEffect
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return fn()
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} finally {
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activeEffect = null
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}
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}
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if (!options.lazy) {
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//没有配置lazy 直接执行
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effectFn()
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}
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effectFn.scheduler = options.scheduler // 调度时机 watchEffect回用到
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return effectFn
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|
}
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```
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effect传递的函数，比如可以通过传递lazy和scheduler来控制函数执行的时机，默认是同步执行。
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scheduler存在的意义就是我们可以手动控制函数执行的时机，方便应对一些性能优化的场景，比如数据在一次交互中可能会被修改很多次，我们不想每次修改都重新执行依次effect函数，而是合并最终的状态之后，最后统一修改一次。
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scheduler怎么用你可以看下面的代码，我们使用数组管理传递的执行任务，最后使用Promise.resolve只执行最后一次，这也是Vue中watchEffect函数的大致原理。
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```javascript
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const obj = reactive({ count: 1 })
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effect(() => {
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console.log(obj.count)
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}, {
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// 指定调度器为 queueJob
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scheduler: queueJob
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})
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// 调度器实现
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const queue: Function[] = []
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let isFlushing = false
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function queueJob(job: () => void) {
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if (!isFlushing) {
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isFlushing = true
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Promise.resolve().then(() => {
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let fn
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while(fn = queue.shift()) {
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|
fn()
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
})
|
|
|
|
|
|
}
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|
}
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```
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好了，绕了这么一大圈终于执行完了函数，估计你也看出来了封装了很多层。
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**之所以封装这么多层就是因为，Vue的响应式本身有很多的横向扩展**，除了响应式的封装，还有只读的拦截、浅层数据的拦截等等，这样，响应式系统本身也变得更加灵活和易于扩展，我们自己在设计公用函数的时候也可以借鉴类似的思路。
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## 另一个选择ref函数
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有了track和trigger的逻辑之后，我们用ref函数实现就变得非常简单了。
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ref的执行逻辑要比reactive要简单一些，不需要使用Proxy代理语法，直接使用对象语法的getter和setter配置，监听value属性即可。
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看下面的实现，在ref函数返回的对象中，对象的get value方法，使用track函数去收集依赖，set value方法中使用trigger函数去触发函数的执行。
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```javascript
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export function ref(val) {
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if (isRef(val)) {
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return val
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}
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return new RefImpl(val)
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}
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export function isRef(val) {
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return !!(val && val.__isRef)
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}
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// ref就是利用面向对象的getter和setters进行track和trigget
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class RefImpl {
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constructor(val) {
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this.__isRef = true
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this._val = convert(val)
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}
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get value() {
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track(this, 'value')
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return this._val
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}
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set value(val) {
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if (val !== this._val) {
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this._val = convert(val)
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trigger(this, 'value')
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}
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}
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}
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// ref也可以支持复杂数据结构
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function convert(val) {
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return isObject(val) ? reactive(val) : val
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}
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```
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你能很直观地看到，ref函数实现的相对简单很多，只是利用面向对象的getter和setter拦截了value属性的读写，这也是为什么我们需要操作ref对象的value属性的原因。
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**值得一提的是，ref也可以包裹复杂的数据结构，内部会直接调用reactive来实现**，这也解决了大部分同学对ref和reactive使用时机的疑惑，现在你可以全部都用ref函数，ref内部会帮你调用reactive。
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## computed
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Vue中的computed计算属性也是一种特殊的effect函数，我们可以新建computed.spec.js来测试computed函数的功能，**computed可以传递一个函数或者对象，实现计算属性的读取和修改**。比如说可以这么用：
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```javascript
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mport { ref } from '../ref'
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import { reactive } from '../reactive'
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import { computed } from '../computed'
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describe('computed测试',()=>{
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it('computed基本使用',()=>{
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const ret = reactive({ count: 1 })
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const num = ref(2)
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const sum = computed(() => num.value + ret.count)
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expect(sum.value).toBe(3)
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ret.count++
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expect(sum.value).toBe(4)
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num.value = 10
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expect(sum.value).toBe(12)
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})
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it('computed属性修改',()=>{
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const author = ref('大圣')
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const course = ref('玩转Vue3')
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const title = computed({
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get(){
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return author.value+":"+course.value
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},
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set(val){
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[author.value,course.value] = val.split(':')
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}
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})
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expect(title.value).toBe('大圣:玩转Vue3')
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author.value="winter"
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course.value="重学前端"
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expect(title.value).toBe('winter:重学前端')
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//计算属性赋值
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title.value = '王争:数据结构与算法之美'
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expect(author.value).toBe('王争')
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expect(course.value).toBe('数据结构与算法之美')
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})
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})
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```
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怎么实现呢？我们新建computed函数，看下面的代码，我们拦截computed的value属性，并且定制了effect的lazy和scheduler配置，computed注册的函数就不会直接执行，而是要通过scheduler函数中对\_dirty属性决定是否执行。
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```javascript
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export function computed(getterOrOptions) {
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// getterOrOptions可以是函数，也可以是一个对象，支持get和set
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// 还记得清单应用里的全选checkbox就是一个对象配置的computed
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let getter, setter
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if (typeof getterOrOptions === 'function') {
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getter = getterOrOptions
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setter = () => {
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console.warn('计算属性不能修改')
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}
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} else {
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getter = getterOrOptions.get
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setter = getterOrOptions.set
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}
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return new ComputedRefImpl(getter, setter)
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}
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class ComputedRefImpl {
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constructor(getter, setter) {
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this._setter = setter
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this._val = undefined
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this._dirty = true
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// computed就是一个特殊的effect，设置lazy和执行时机
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this.effect = effect(getter, {
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lazy: true,
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scheduler: () => {
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if (!this._dirty) {
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this._dirty = true
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trigger(this, 'value')
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}
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},
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})
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|
}
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get value() {
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track(this, 'value')
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if (this._dirty) {
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this._dirty = false
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this._val = this.effect()
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}
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return this._val
|
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|
}
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set value(val) {
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|
this._setter(val)
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|
}
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|
}
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## 总结
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最后我们来回顾一下今天学到的内容。通过手写迷你的响应式原型，我们学习了Vue中响应式的地位和架构。
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响应式的主要功能就是可以把普通的JavaScript对象封装成为响应式对象，**在读取数据的时候通过track收集函数的依赖关系，把整个对象和effect注册函数的依赖关系全部存储在一个依赖图中**。
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定义的dependsMap是一个巨大的Map数据，effect函数内部读取的数据都会存储在dependsMap中，数据在修改的时候，通过查询dependsMap，获得需要执行的函数，再去执行即可。
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dependsMap中存储的也不是直接存储effect中传递的函数，而是包装了一层对象对这个函数的执行实际进行管理，内部可以通过active管理执行状态，还可以通过全局变量shouldTrack控制监听状态，并且执行的方式也是判断scheduler和run方法，实现了对性能的提升。
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我们在日常项目开发中也可以**借鉴响应式的处理思路，使用通知的机制，来调用具体数据的操作和更新逻辑**，灵活使用effect、ref、reactive等函数把常见的操作全部变成响应式数据处理，会极大的提高我们开发的体验和效率。
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## 思考题
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最后留一个思考题，Vue3.2对响应式有一个性能的进一步提升，你都了解到有哪些呢？欢迎你在评论区分享自己的思考，我们下一讲再见。
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