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28｜响应式：万能的面试题，怎么手写响应式系统

你好，我是大圣。

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。

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上看到所有的核心代码。

响应式

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。

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。

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。

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。

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。

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：

const {effect, reactive} = require('@vue/reactivity')

let dummy
const counter = reactive({ num1: 1, num2: 2 })
effect(() => {
  dummy = counter.num1 + counter.num2
  console.log(dummy)// 每次counter.num1修改都会打印日志
})
setInterval(()=>{
  counter.num1++
},1000)

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。
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？

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。

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。

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。

reactive

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：

import { effect } from '../effect'
import { reactive } from '../reactive'

describe('测试响应式', () => {
  test('reactive基本使用', () => {
    const ret = reactive({ num: 0 })
    let val
    effect(() => {
      val = ret.num
    })
    expect(val).toBe(0)
    ret.num++
    expect(val).toBe(1)
    ret.num = 10
    expect(val).toBe(10)
  })
})

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：

export function reactive(target) {
  if (typeof target!=='object') {
    console.warn(`reactive  ${target} 必须是一个对象`);
    return target
  }

  return new Proxy(target, mutableHandlers);
}

可以看到，下一步我们需要实现的就是Proxy中的处理方法mutableHandles。

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。

这里我们只处理js中对象的代理设置：

  const proxy = new Proxy(target, mutableHandlers)

mutableHandles

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。

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。

• 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。
• set中调用trigger函数，执行track收集的依赖。

const get = createGetter();
const set = createSetter();

function createGetter(shallow = false) {
  return function get(target, key, receiver) {
    const res = Reflect.get(target, key, receiver)
    track(target, "get", key)
    if (isObject(res)) {
      // 值也是对象的话，需要嵌套调用reactive
      // res就是target[key]
      // 浅层代理，不需要嵌套
      return shallow ? res : reactive(res)
    }
    return res
  }
}

function createSetter() {
  return function set(target, key, value, receiver) {
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
    // 在触发 set 的时候进行触发依赖
    trigger(target, "set", key)
    return result
  }
}
export const mutableHandles = {
  get,
  set,
};

我们先看get的关键部分，track函数是怎么完成依赖收集的。

track

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：

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。

而依赖地图的格式，用代码描述如下：

targetMap = {
 target： {
   key1: [回调函数1，回调函数2],
   key2: [回调函数3，回调函数4],
 }  ,
  target1： {
   key3: [回调函数5]
 }  

}

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。

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：

const targetMap = new WeakMap()

export function track(target, type, key) {

  // console.log(`触发 track -> target: ${target} type:${type} key:${key}`)

  // 1. 先基于 target 找到对应的 dep
  // 如果是第一次的话，那么就需要初始化
  // {
  //   target1: {//depsmap
  //     key:[effect1,effect2]
  //   }
  // }
  let depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) {
    // 初始化 depsMap 的逻辑
    // depsMap = new Map()
    // targetMap.set(target, depsMap)
    // 上面两行可以简写成下面的
    targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
  }
  let deps = depsMap.get(key)
  if (!deps) {
    deps = new Set()
  }
  if (!deps.has(activeEffect) && activeEffect) {
    // 防止重复注册
    deps.add(activeEffect)
  }
  depsMap.set(key, deps)
}

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。

trigger

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。

看实现的代码：

export function trigger(target, type, key) {
  // console.log(`触发 trigger -> target:  type:${type} key:${key}`)
  // 从targetMap中找到触发的函数，执行他
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) {
    // 没找到依赖
    return
  }
  const deps = depsMap.get(key)
  if (!deps) {
    return
  }
  deps.forEach((effectFn) => {

    if (effectFn.scheduler) {
      effectFn.scheduler()
    } else {
      effectFn()
    }
  })
  
}

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。

effect

然后我们来实现effect函数。

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：

export function effect(fn, options = {}) {
  // effect嵌套，通过队列管理
  const effectFn = () => {
    try {
      activeEffect = effectFn
      //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
      return fn()
    } finally {
      activeEffect = null
    }
  }
  if (!options.lazy) {
    //没有配置lazy 直接执行
    effectFn()
  }
  effectFn.scheduler = options.scheduler // 调度时机 watchEffect回用到
  return effectFn
  
}

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。

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。

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。

const obj = reactive({ count: 1 })
effect(() => {
  console.log(obj.count)
}, {
  // 指定调度器为 queueJob
  scheduler: queueJob
})
// 调度器实现
const queue: Function[] = []
let isFlushing = false
function queueJob(job: () => void) {
  if (!isFlushing) {
    isFlushing = true
    Promise.resolve().then(() => {
      let fn
      while(fn = queue.shift()) {
        fn()
      }
    })
  }
}

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。

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。

另一个选择ref函数

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。

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。

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。

export function ref(val) {
  if (isRef(val)) {
    return val
  }
  return new RefImpl(val)
}
export function isRef(val) {
  return !!(val && val.__isRef)
}

// ref就是利用面向对象的getter和setters进行track和trigget
class RefImpl {
  constructor(val) {
    this.__isRef = true
    this._val = convert(val)
  }
  get value() {
    track(this, 'value')
    return this._val
  }

  set value(val) {
    if (val !== this._val) {
      this._val = convert(val)
      trigger(this, 'value')
    }
  }
}

// ref也可以支持复杂数据结构
function convert(val) {
  return isObject(val) ? reactive(val) : val
}

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。

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。

computed

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：

mport {  ref } from '../ref'
import {  reactive } from '../reactive'
import { computed } from '../computed'



describe('computed测试',()=>{
  it('computed基本使用',()=>{
    const ret = reactive({ count: 1 })
    const num = ref(2)
    const sum = computed(() => num.value + ret.count)
    expect(sum.value).toBe(3)

    ret.count++
    expect(sum.value).toBe(4)
    num.value = 10
    expect(sum.value).toBe(12)
  })
  it('computed属性修改',()=>{
    const author = ref('大圣')
    const course = ref('玩转Vue3')
    const title = computed({
      get(){
        return author.value+":"+course.value
      },
      set(val){
        [author.value,course.value] = val.split(':')
      }
    })
    expect(title.value).toBe('大圣:玩转Vue3')

    author.value="winter"
    course.value="重学前端"
    expect(title.value).toBe('winter:重学前端')
    //计算属性赋值
    title.value = '王争:数据结构与算法之美'
    expect(author.value).toBe('王争')
    expect(course.value).toBe('数据结构与算法之美')

  })
})

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。

export function computed(getterOrOptions) {
  // getterOrOptions可以是函数，也可以是一个对象，支持get和set
  // 还记得清单应用里的全选checkbox就是一个对象配置的computed
  let getter, setter
  if (typeof getterOrOptions === 'function') {
    getter = getterOrOptions
    setter = () => {
      console.warn('计算属性不能修改')
    }
  } else {
    getter = getterOrOptions.get
    setter = getterOrOptions.set
  }
  return new ComputedRefImpl(getter, setter)
}
class ComputedRefImpl {
  constructor(getter, setter) {
    this._setter = setter
    this._val = undefined
    this._dirty = true
    // computed就是一个特殊的effect，设置lazy和执行时机
    this.effect = effect(getter, {
      lazy: true,
      scheduler: () => {
        if (!this._dirty) {
          this._dirty = true
          trigger(this, 'value')
        }
      },
    })
  }
  get value() {
    track(this, 'value')
    if (this._dirty) {
      this._dirty = false
      this._val = this.effect()
    }
    return this._val
  }
  set value(val) {
    this._setter(val)
  }
}

总结

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。

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。

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。

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。

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。

思考题

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。