深入vue源碼，瞭解vue的雙向數據綁定原理

大家都知道vue是一種MVVM開發模式，數據驅動視圖的前端框架，並且內部已經實現了雙向數據綁定，那麼雙向數據綁定是怎麼實現的呢？

先手動擼一個最最最簡單的雙向數據綁定

 1     <div>
 2         <input type="text" name="" id="text">
 3         <span id="show"></span>
 4     </div>
 5 
 6     <script>
 7         var text = document.getElementById('text')
 8         var span = document.getElementById('show')
 9         var obj = {}
10         Object.defineProperty(obj, 'hello', {
11             set: function(value){
12                 text.value = value
13                 span.innerText = value
14             }
15         })
16         document.addEventListener('keyup',function(e){
17             obj.hello = e.target.value
18         })
19     </script>

這樣就能實現一個簡單的雙向數據綁定了，這裏再解釋一下defineProperty這個方法吧。

語法：

Object.defineProperty(obj,prop,descriptor)
/*
　　參數解釋：
　　　　obj: 要在其上定義屬性的對象
　　　　prop：要定義或修改的屬性的名稱
　　　　descriptor：要定義或修改的屬性描述符
*/

prop是一個訪問器屬性，訪問器屬性是對象中的一種特殊屬性，它必須通過Object.defineProperty方法單獨定義

訪問器屬性的值比較特殊讀取或設置訪問器屬性的值其實是調用其內部特性get和set函數

那麼vue內部是怎樣實現雙向數據綁定的呢？

vue數據雙向綁定原理

vue數據雙向綁定是通過數據劫持結合發佈者-訂閱者模式的方式來實現的，我們可以先來看一下通過控制檯輸出一個定義在vue初始化數據上的對象是個什麼東西。

代碼：

var vm = new Vue({
    data: {
        obj: {
            a: 1
        }
    },
    created: function () {
        console.log(this.obj);
    }
});

結果：

我們可以看到屬性a有兩個相對應的get和set方法，爲什麼會多出這兩個方法呢？因爲vue是通過Object.defineProperty()來實現數據劫持的。

Object.defineProperty( )是用來做什麼的？它可以來控制一個對象屬性的一些特有操作，比如讀寫權、是否可以枚舉，這裏我們主要先來研究下它對應的兩個描述屬性get和set，如果還不熟悉其用法，請點擊這裏閱讀更多用法。

在平常，我們很容易就可以打印出一個對象的屬性數據：

var Book = {
  name: 'vue權威指南'
};
console.log(Book.name);  // vue權威指南

如果想要在執行console.log(book.name)的同時，直接給書名加個書名號，那要怎麼處理呢？或者說要通過什麼監聽對象 Book 的屬性值。這時候Object.defineProperty( )就派上用場了，代碼如下：

var Book = {}
var name = '';
Object.defineProperty(Book, 'name', {
  set: function (value) {
    name = value;
    console.log('你取了一個書名叫做' + value);
  },
  get: function () {
    return '《' + name + '》'
  }
})
 
Book.name = 'vue權威指南';  // 你取了一個書名叫做vue權威指南
console.log(Book.name);  // 《vue權威指南》

我們通過Object.defineProperty( )設置了對象Book的name屬性，對其get和set進行重寫操作，顧名思義，get就是在讀取name屬性這個值觸發的函數，set就是在設置name屬性這個值觸發的函數，所以當執行 Book.name = 'vue權威指南' 這個語句時，控制檯會打印出 "你取了一個書名叫做vue權威指南"，緊接着，當讀取這個屬性時，就會輸出 "《vue權威指南》"，因爲我們在get函數裏面對該值做了加工了。如果這個時候我們執行下下面的語句，控制檯會輸出什麼？

console.log(Book);

結果：

乍一看，是不是跟我們在上面打印vue數據長得有點類似，說明vue確實是通過這種方法來進行數據劫持的。接下來我們通過其原理來實現一個簡單版的mvvm雙向綁定代碼。

思路分析

實現mvvm主要包含兩個方面，數據變化更新視圖，視圖變化更新數據：

關鍵點在於data如何更新view，因爲view更新data其實可以通過事件監聽即可，比如input標籤監聽 'input' 事件就可以實現了。所以我們着重來分析下，當數據改變，如何更新視圖的。

數據更新視圖的重點是如何知道數據變了，只要知道數據變了，那麼接下去的事都好處理。如何知道數據變了，其實上文我們已經給出答案了，就是通過Object.defineProperty( )對屬性設置一個set函數，當數據改變了就會來觸發這個函數，所以我們只要將一些需要更新的方法放在這裏面就可以實現data更新view了。

思路有了，接下去就是實現過程了。

實現過程

我們已經知道實現數據的雙向綁定，首先要對數據進行劫持監聽，所以我們需要設置一個監聽器Observer，用來監聽所有屬性。如果屬性發上變化了，就需要告訴訂閱者Watcher看是否需要更新。因爲訂閱者是有很多個，所以我們需要有一個消息訂閱器Dep來專門收集這些訂閱者，然後在監聽器Observer和訂閱者Watcher之間進行統一管理的。接着，我們還需要有一個指令解析器Compile，對每個節點元素進行掃描和解析，將相關指令對應初始化成一個訂閱者Watcher，並替換模板數據或者綁定相應的函數，此時當訂閱者Watcher接收到相應屬性的變化，就會執行對應的更新函數，從而更新視圖。因此接下去我們執行以下3個步驟，實現數據的雙向綁定：

1.實現一個監聽器Observer，用來劫持並監聽所有屬性，如果有變動的，就通知訂閱者。

2.實現一個訂閱者Watcher，可以收到屬性的變化通知並執行相應的函數，從而更新視圖。

3.實現一個解析器Compile，可以掃描和解析每個節點的相關指令，並根據初始化模板數據以及初始化相應的訂閱器。

流程圖如下：

1.實現一個Observer

Observer是一個數據監聽器，其實現核心方法就是前文所說的Object.defineProperty( )。如果要對所有屬性都進行監聽的話，那麼可以通過遞歸方法遍歷所有屬性值，並對其進行Object.defineProperty( )處理。如下代碼，實現了一個Observer。

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            val = newVal;
            console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值爲：“' + newVal.toString() + '”');
        }
    });
}
 
function observe(data) {
    if (!data || typeof data !== 'object') {
        return;
    }
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        defineReactive(data, key, data[key]);
    });
};
 
var library = {
    book1: {
        name: ''
    },
    book2: ''
};
observe(library);
library.book1.name = 'vue權威指南'; // 屬性name已經被監聽了，現在值爲：“vue權威指南”
library.book2 = '沒有此書籍';  // 屬性book2已經被監聽了，現在值爲：“沒有此書籍”

思路分析中，需要創建一個可以容納訂閱者的消息訂閱器Dep，訂閱器Dep主要負責收集訂閱者，然後再屬性變化的時候執行對應訂閱者的更新函數。所以顯然訂閱器需要有一個容器，這個容器就是list，將上面的Observer稍微改造下，植入消息訂閱器：

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性
    var dep = new Dep(); 
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (是否需要添加訂閱者) {
                dep.addSub(watcher); // 在這裏添加一個訂閱者
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值爲：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果數據變化，通知所有訂閱者
        }
    });
}
 
function Dep () {
    this.subs = [];
}
Dep.prototype = {
    addSub: function(sub) {
        this.subs.push(sub);
    },
    notify: function() {
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update();
        });
    }
};

從代碼上看，我們將訂閱器Dep添加一個訂閱者設計在getter裏面，這是爲了讓Watcher初始化進行觸發，因此需要判斷是否要添加訂閱者，至於具體設計方案，下文會詳細說明的。在setter函數裏面，如果數據變化，就會去通知所有訂閱者，訂閱者們就會去執行對應的更新的函數。到此爲止，一個比較完整Observer已經實現了，接下來我們開始設計Watcher。

2.實現Watcher

訂閱者Watcher在初始化的時候需要將自己添加進訂閱器Dep中，那該如何添加呢？我們已經知道監聽器Observer是在get函數執行了添加訂閱者Wather的操作的，所以我們只要在訂閱者Watcher初始化的時候觸發對應的get函數去執行添加訂閱者操作即可，那要如何觸發get的函數，再簡單不過了，只要獲取對應的屬性值就可以觸發了，核心原因就是因爲我們使用了Object.defineProperty( )進行數據監聽。這裏還有一個細節點需要處理，我們只要在訂閱者Watcher初始化的時候才需要添加訂閱者，所以需要做一個判斷操作，因此可以在訂閱器上做一下手腳：在Dep.target上緩存下訂閱者，添加成功後再將其去掉就可以了。訂閱者Watcher的實現如下：

function Watcher(vm, exp, cb) {
    this.cb = cb;
    this.vm = vm;
    this.exp = exp;
    this.value = this.get();  // 將自己添加到訂閱器的操作
}
 
Watcher.prototype = {
    update: function() {
        this.run();
    },
    run: function() {
        var value = this.vm.data[this.exp];
        var oldVal = this.value;
        if (value !== oldVal) {
            this.value = value;
            this.cb.call(this.vm, value, oldVal);
        }
    },
    get: function() {
        Dep.target = this;  // 緩存自己
        var value = this.vm.data[this.exp]  // 強制執行監聽器裏的get函數
        Dep.target = null;  // 釋放自己
        return value;
    }
};

這時候，我們需要對監聽器Observer也做個稍微調整，主要是對應Watcher類原型上的get函數。需要調整地方在於defineReactive函數：

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性
    var dep = new Dep(); 
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (Dep.target) {.  // 判斷是否需要添加訂閱者
                dep.addSub(Dep.target); // 在這裏添加一個訂閱者
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值爲：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果數據變化，通知所有訂閱者
        }
    });
}
Dep.target = null;

到此爲止，簡單版的Watcher設計完畢，這時候我們只要將Observer和Watcher關聯起來，就可以實現一個簡單的雙向綁定數據了。因爲這裏沒有還沒有設計解析器Compile，所以對於模板數據我們都進行寫死處理，假設模板上又一個節點，且id號爲'name'，並且雙向綁定的綁定的變量也爲'name'，且是通過兩個大雙括號包起來（這裏只是爲了演示，暫時沒什麼用處），模板如下：

<body>
    <h1 id="name">{{name}}</h1>
</body>

這時候我們需要將Observer和Watcher關聯起來：

function SelfVue (data, el, exp) {
    this.data = data;
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];  // 初始化模板數據的值
    new Watcher(this, exp, function (value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;
}

然後在頁面上new以下SelfVue類，就可以實現數據的雙向綁定了：

<body>
    <h1 id="name">{{name}}</h1>
</body>
<script src="js/observer.js"></script>
<script src="js/watcher.js"></script>
<script src="js/index.js"></script>
<script type="text/javascript">
    var ele = document.querySelector('#name');
    var selfVue = new SelfVue({
        name: 'hello world'
    }, ele, 'name');
 
    window.setTimeout(function () {
        console.log('name值改變了');
        selfVue.data.name = 'canfoo';
    }, 2000);
 
</script>

這時候打開頁面，可以看到頁面剛開始顯示了是'hello world'，過了2s後就變成'canfoo'了。到這裏，總算大功告成一半了，但是還有一個細節問題，我們在賦值的時候是這樣的形式 '  selfVue.data.name = 'canfoo'  ' 而我們理想的形式是'  selfVue.name = 'canfoo'  '爲了實現這樣的形式，我們需要在new SelfVue的時候做一個代理處理，讓訪問selfVue的屬性代理爲訪問selfVue.data的屬性，實現原理還是使用Object.defineProperty( )對屬性值再包一層：

function SelfVue (data, el, exp) {
    var self = this;
    this.data = data;
 
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);  // 綁定代理屬性
    });
 
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];  // 初始化模板數據的值
    new Watcher(this, exp, function (value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;
}
 
SelfVue.prototype = {
    proxyKeys: function (key) {
        var self = this;
        Object.defineProperty(this, key, {
            enumerable: false,
            configurable: true,
            get: function proxyGetter() {
                return self.data[key];
            },
            set: function proxySetter(newVal) {
                self.data[key] = newVal;
            }
        });
    }
}

這下我們就可以直接通過'  selfVue.name = 'canfoo'  '的形式來進行改變模板數據了。如果想要迫切看到現象的童鞋趕快來獲取代碼！

3.實現Compile

雖然上面已經實現了一個雙向數據綁定的例子，但是整個過程都沒有去解析dom節點，而是直接固定某個節點進行替換數據的，所以接下來需要實現一個解析器Compile來做解析和綁定工作。解析器Compile實現步驟：

1.解析模板指令，並替換模板數據，初始化視圖

2.將模板指令對應的節點綁定對應的更新函數，初始化相應的訂閱器

爲了解析模板，首先需要獲取到dom元素，然後對含有dom元素上含有指令的節點進行處理，因此這個環節需要對dom操作比較頻繁，所有可以先建一個fragment片段，將需要解析的dom節點存入fragment片段裏再進行處理：

function nodeToFragment (el) {
    var fragment = document.createDocumentFragment();
    var child = el.firstChild;
    while (child) {
        // 將Dom元素移入fragment中
        fragment.appendChild(child);
        child = el.firstChild
    }
    return fragment;
}

接下來需要遍歷各個節點，對含有相關指定的節點進行特殊處理，這裏咱們先處理最簡單的情況，只對帶有 '{{變量}}' 這種形式的指令進行處理，先簡道難嘛，後面再考慮更多指令情況：

function compileElement (el) {
    var childNodes = el.childNodes;
    var self = this;
    [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) {
        var reg = /\{\{(.*)\}\}/;
        var text = node.textContent;
 
        if (self.isTextNode(node) && reg.test(text)) {  // 判斷是否是符合這種形式{{}}的指令
            self.compileText(node, reg.exec(text)[1]);
        }
 
        if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
            self.compileElement(node);  // 繼續遞歸遍歷子節點
        }
    });
},
function compileText (node, exp) {
    var self = this;
    var initText = this.vm[exp];
    updateText(node, initText);  // 將初始化的數據初始化到視圖中
    new Watcher(this.vm, exp, function (value) {  // 生成訂閱器並綁定更新函數
        self.updateText(node, value);
    });
},
function updateText (node, value) {
    node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
}

獲取到最外層節點後，調用compileElement函數，對所有子節點進行判斷，如果節點是文本節點且匹配{{}}這種形式指令的節點就開始進行編譯處理，編譯處理首先需要初始化視圖數據，對應上面所說的步驟1，接下去需要生成一個並綁定更新函數的訂閱器，對應上面所說的步驟2。這樣就完成指令的解析、初始化、編譯三個過程，一個解析器Compile也就可以正常的工作了。爲了將解析器Compile與監聽器Observer和訂閱者Watcher關聯起來，我們需要再修改一下類SelfVue函數：

function SelfVue (options) {
    var self = this;
    this.vm = this;
    this.data = options;
 
    Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);
    });
 
    observe(this.data);
    new Compile(options, this.vm);
    return this;
}

更改後，我們就不要像之前通過傳入固定的元素值進行雙向綁定了，可以隨便命名各種變量進行雙向綁定了：

<body>
    <div id="app">
        <h2>{{title}}</h2>
        <h1>{{name}}</h1>
    </div>
</body>
<script src="js/observer.js"></script>
<script src="js/watcher.js"></script>
<script src="js/compile.js"></script>
<script src="js/index.js"></script>
<script type="text/javascript">
 
    var selfVue = new SelfVue({
        el: '#app',
        data: {
            title: 'hello world',
            name: ''
        }
    });
 
    window.setTimeout(function () {
        selfVue.title = '你好';
    }, 2000);
 
    window.setTimeout(function () {
        selfVue.name = 'canfoo';
    }, 2500);
 
</script>

如上代碼，在頁面上可觀察到，剛開始titile和name分別被初始化爲 'hello world' 和空，2s後title被替換成 '你好' 3s後name被替換成 'canfoo' 了。廢話不多說，再給你們來一個這個版本的代碼（v2），獲取代碼！

到這裏，一個數據雙向綁定功能已經基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析編譯，在哪裏進行更多指令的處理呢？答案很明顯，只要在上文說的compileElement函數加上對其他指令節點進行判斷，然後遍歷其所有屬性，看是否有匹配的指令的屬性，如果有的話，就對其進行解析編譯。這裏我們再添加一個v-model指令和事件指令的解析編譯，對於這些節點我們使用函數compile進行解析處理：

function compile (node) {
    var nodeAttrs = node.attributes;
    var self = this;
    Array.prototype.forEach.call(nodeAttrs, function(attr) {
        var attrName = attr.name;
        if (self.isDirective(attrName)) {
            var exp = attr.value;
            var dir = attrName.substring(2);
            if (self.isEventDirective(dir)) {  // 事件指令
                self.compileEvent(node, self.vm, exp, dir);
            } else {  // v-model 指令
                self.compileModel(node, self.vm, exp, dir);
            }
            node.removeAttribute(attrName);
        }
    });
}

上面的compile函數是掛載Compile原型上的，它首先遍歷所有節點屬性，然後再判斷屬性是否是指令屬性，如果是的話再區分是哪種指令，再進行相應的處理，處理方法相對來說比較簡單，這裏就不再列出來，想要馬上看閱讀代碼的同學可以馬上點擊這裏獲取。

最後我們在稍微改造下類SelfVue，使它更像vue的用法：

function SelfVue (options) {
    var self = this;
    this.data = options.data;
    this.methods = options.methods;
 
    Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);
    });
 
    observe(this.data);
    new Compile(options.el, this);
    options.mounted.call(this); // 所有事情處理好後執行mounted函數
}

這時候我們可以來真正測試了，在頁面上設置如下東西：

<body>
    <div id="app">
        <h2>{{title}}</h2>
        <input v-model="name">
        <h1>{{name}}</h1>
        <button v-on:click="clickMe">click me!</button>
    </div>
</body>
<script src="js/observer.js"></script>
<script src="js/watcher.js"></script>
<script src="js/compile.js"></script>
<script src="js/index.js"></script>
<script type="text/javascript">
 
     new SelfVue({
        el: '#app',
        data: {
            title: 'hello world',
            name: 'canfoo'
        },
        methods: {
            clickMe: function () {
                this.title = 'hello world';
            }
        },
        mounted: function () {
            window.setTimeout(() => {
                this.title = '你好';
            }, 1000);
        }
    });
 
</script>