Vue 2.0的数据依赖实现原理代码简析

首先让我们从最简单的一个实例Vue入手:

const app = new Vue({
    // options 传入一个选项obj.这个obj即对于这个vue实例的初始化
  })

通过查阅文档，我们可以知道这个options可以接受:

1. 选项/数据
   1. data
   2. props
   3. propsData(方便测试使用)
   4. computed
   5. methods
   6. watch
2. 选项 / DOM
3. 选项 / 生命周期钩子
4. 选项 / 资源
5. 选项 / 杂项

具体未展开的内容请自行查阅相关文档，接下来让我们来看看传入的选项/数据是如何管理数据之间的相互依赖的。

const app = new Vue({
    el: '#app',
    props: {
     a: {
      type: Object,
      default () {
       return {
        key1: 'a',
        key2: {
          a: 'b'
        }
       }
      }
     }
    },
    data: {
     msg1: 'Hello world!',
     arr: {
      arr1: 1
     }
    },
    watch: {
     a (newVal, oldVal) {
      console.log(newVal, oldVal)
     }
    },
    methods: {
     go () {
      console.log('This is simple demo')
     }
    }
  })

我们使用Vue这个构造函数去实例化了一个vue实例app。传入了props, data, watch, methods等属性。在实例化的过程中，Vue提供的构造函数就使用我们传入的options去完成数据的依赖管理，初始化的过程只有一次，但是在你自己的程序当中，数据的依赖管理的次数不止一次。

那Vue的构造函数到底是怎么实现的呢？Vue

// 构造函数
function Vue (options) {
 if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
  !(this instanceof Vue)) {
  warn('Vue is a constructor and should be called with the `new` keyword')
 }
 this._init(options)
}

// 对Vue这个class进行mixin,即在原型上添加方法
// Vue.prototype.* = function () {}
initMixin(Vue)
stateMixin(Vue)
eventsMixin(Vue)
lifecycleMixin(Vue)
renderMixin(Vue)

当我们调用new Vue的时候，事实上就调用的Vue原型上的_init方法.

// 原型上提供_init方法,新建一个vue实例并传入options参数
 Vue.prototype._init = function (options?: Object) {
  const vm: Component = this
  // a uid
  vm._uid = uid++

  let startTag, endTag
  // a flag to avoid this being observed
  vm._isVue = true
  // merge options
  if (options && options._isComponent) {
   // optimize internal component instantiation
   // since dynamic options merging is pretty slow, and none of the
   // internal component options needs special treatment.
   initInternalComponent(vm, options)
  } else {
   // 将传入的这些options选项挂载到vm.$options属性上
   vm.$options = mergeOptions(
    // components/filter/directive
    resolveConstructorOptions(vm.constructor),
    // this._init()传入的options
    options || {},
    vm
   )
  }
  /* istanbul ignore else */
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
   initProxy(vm)
  } else {
   vm._renderProxy = vm
  }
  // expose real self
  vm._self = vm   // 自身的实例
  // 接下来所有的操作都是在这个实例上添加方法
  initLifecycle(vm) // lifecycle初始化
  initEvents(vm)   // events初始化 vm._events, 主要是提供vm实例上的$on/$emit/$off/$off等方法
  initRender(vm)   // 初始化渲染函数,在vm上绑定$createElement方法
  callHook(vm, 'beforeCreate') // 钩子函数的执行, beforeCreate
  initInjections(vm) // resolve injections before data/props
  initState(vm)   // Observe data添加对data的监听, 将data转化为getters/setters
  initProvide(vm) // resolve provide after data/props
  callHook(vm, 'created') // 钩子函数的执行, created

  // vm挂载的根元素
  if (vm.$options.el) {
   vm.$mount(vm.$options.el)
  }
 }

其中在this._init()方法中调用initState(vm),完成对vm这个实例的数据的监听,也是本文所要展开说的具体内容。

export function initState (vm: Component) {
 // 首先在vm上初始化一个_watchers数组，缓存这个vm上的所有watcher
 vm._watchers = []
 // 获取options,包括在new Vue传入的，同时还包括了Vue所继承的options
 const opts = vm.$options
 // 初始化props属性
 if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
 // 初始化methods属性
 if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
 // 初始化data属性
 if (opts.data) {
  initData(vm)
 } else {
  observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
 }
 // 初始化computed属性
 if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
 // 初始化watch属性
 if (opts.watch) initWatch(vm, opts.watch)
}

initProps

我们在实例化app的时候，在构造函数里面传入的options中有props属性：

props: {
   a: {
    type: Object,
    default () {
     return {
      key1: 'a',
      key2: {
        a: 'b'
      }
     }
    }
   }
  }

function initProps (vm: Component, propsOptions: Object) {
 // propsData主要是为了方便测试使用
 const propsData = vm.$options.propsData || {}
 // 新建vm._props对象，可以通过app实例去访问
 const props = vm._props = {}
 // cache prop keys so that future props updates can iterate using Array
 // instead of dynamic object key enumeration.
 // 缓存的prop key
 const keys = vm.$options._propKeys = []
 const isRoot = !vm.$parent
 // root instance props should be converted
 observerState.shouldConvert = isRoot
 for (const key in propsOptions) {
  // this._init传入的options中的props属性
  keys.push(key)
  // 注意这个validateProp方法，不仅完成了prop属性类型验证的，同时将prop的值都转化为了getter/setter,并返回一个observer
  const value = validateProp(key, propsOptions, propsData, vm)
  
  // 将这个key对应的值转化为getter/setter
   defineReactive(props, key, value)
  // static props are already proxied on the component's prototype
  // during Vue.extend(). We only need to proxy props defined at
  // instantiation here.
  // 如果在vm这个实例上没有key属性，那么就通过proxy转化为proxyGetter/proxySetter, 并挂载到vm实例上，可以通过app._props[key]这种形式去访问
  if (!(key in vm)) {
   proxy(vm, `_props`, key)
  }
 }
 observerState.shouldConvert = true
}

接下来看下validateProp(key, propsOptions, propsData, vm)方法内部到底发生了什么。

export function validateProp (
 key: string,
 propOptions: Object,  // $options.props属性
 propsData: Object,   // $options.propsData属性
 vm?: Component
): any {
 const prop = propOptions[key]
 // 如果在propsData测试props上没有缓存的key
 const absent = !hasOwn(propsData, key)
 let value = propsData[key]
 // 处理boolean类型的数据
 // handle boolean props
 if (isType(Boolean, prop.type)) {
  if (absent && !hasOwn(prop, 'default')) {
   value = false
  } else if (!isType(String, prop.type) && (value === '' || value === hyphenate(key))) {
   value = true
  }
 }
 // check default value
 if (value === undefined) {
  // default属性值，是基本类型还是function
  // getPropsDefaultValue见下面第一段代码
  value = getPropDefaultValue(vm, prop, key)
  // since the default value is a fresh copy,
  // make sure to observe it.
  const prevShouldConvert = observerState.shouldConvert
  observerState.shouldConvert = true
  // 将value的所有属性转化为getter/setter形式
  // 并添加value的依赖
  // observe方法的分析见下面第二段代码
  observe(value)
  observerState.shouldConvert = prevShouldConvert
 }
 if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
  assertProp(prop, key, value, vm, absent)
 }
 return value
}

// 获取prop的默认值
function getPropDefaultValue (vm: ?Component, prop: PropOptions, key: string): any {
 // no default, return undefined
 // 如果没有default属性的话，那么就返回undefined
 if (!hasOwn(prop, 'default')) {
  return undefined
 }
 const def = prop.default
 // the raw prop value was also undefined from previous render,
 // return previous default value to avoid unnecessary watcher trigger
 if (vm && vm.$options.propsData &&
  vm.$options.propsData[key] === undefined &&
  vm._props[key] !== undefined) {
  return vm._props[key]
 }
 // call factory function for non-Function types
 // a value is Function if its prototype is function even across different execution context
 // 如果是function 则调用def.call(vm)
 // 否则就返回default属性对应的值
 return typeof def === 'function' && getType(prop.type) !== 'Function'
  ? def.call(vm)
  : def
}

Vue提供了一个observe方法,在其内部实例化了一个Observer类，并返回Observer的实例。每一个Observer实例对应记录了props中这个的default value的所有依赖(仅限object类型)，这个Observer实际上就是一个观察者，它维护了一个数组this.subs = []用以收集相关的subs(订阅者)(即这个观察者的依赖)。通过将default value转化为getter/setter形式，同时添加一个自定义__ob__属性，这个属性就对应Observer实例。

说起来有点绕，还是让我们看看我们给的demo里传入的options配置:

props: {
   a: {
    type: Object,
    default () {
     return {
      key1: 'a',
      key2: {
        a: 'b'
      }
     }
    }
   }
  }

在往上数的第二段代码里面的方法obervse(value)，即对{key1: 'a', key2: {a: 'b'}}进行依赖的管理，同时将这个obj所有的属性值都转化为getter/setter形式。此外，Vue还会将props属性都代理到vm实例上，通过vm.key1,vm.key2就可以访问到这个属性。

此外，还需要了解下在Vue中管理依赖的一个非常重要的类: Dep

export default class Dep { 
 constructor () {
  this.id = uid++
  this.subs = []
 }
 addSub () {...} // 添加订阅者(依赖)
 removeSub () {...} // 删除订阅者(依赖)
 depend () {...} // 检查当前Dep.target是否存在以及判断这个watcher已经被添加到了相应的依赖当中，如果没有则添加订阅者(依赖)，如果已经被添加了那么就不做处理
 notify () {...} // 通知订阅者(依赖)更新
}

在Vue的整个生命周期当中，你所定义的响应式的数据上都会绑定一个Dep实例去管理其依赖。它实际上就是观察者和订阅者联系的一个桥梁。

刚才谈到了对于依赖的管理，它的核心之一就是观察者Observer这个类：

export class Observer {
 value: any;
 dep: Dep;
 vmCount: number; // number of vms that has this object as root $data

 constructor (value: any) {
  this.value = value
  // dep记录了和这个value值的相关依赖
  this.dep = new Dep()
  this.vmCount = 0
  // value其实就是vm._data, 即在vm._data上添加__ob__属性
  def(value, '__ob__', this)
  // 如果是数组
  if (Array.isArray(value)) {
   // 首先判断是否能使用__proto__属性
   const augment = hasProto
    ? protoAugment
    : copyAugment
   augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
   // 遍历数组，并将obj类型的属性改为getter/setter实现
   this.observeArray(value)
  } else {
   // 遍历obj上的属性，将每个属性改为getter/setter实现
   this.walk(value)
  }
 }

 /**
  * Walk through each property and convert them into
  * getter/setters. This method should only be called when
  * value type is Object.
  */
 // 将每个property对应的属性都转化为getter/setters,只能是当这个value的类型为Object时
 walk (obj: Object) {
  const keys = Object.keys(obj)
  for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
   defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
  }
 }

 /**
  * Observe a list of Array items.
  */
 // 监听array中的item
 observeArray (items: Array<any>) {
  for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
   observe(items[i])
  }
 }
}

walk方法里面调用defineReactive方法：通过遍历这个object的key，并将对应的value转化为getter/setter形式，通过闭包维护一个dep，在getter方法当中定义了这个key是如何进行依赖的收集，在setter方法中定义了当这个key对应的值改变后，如何完成相关依赖数据的更新。但是从源码当中，我们却发现当getter函数被调用的时候并非就一定会完成依赖的收集，其中还有一层判断，就是Dep.target是否存在。

/**
 * Define a reactive property on an Object.
 */
export function defineReactive (
 obj: Object,
 key: string,
 val: any,
 customSetter?: Function
) {
 // 每个属性新建一个dep实例，管理这个属性的依赖
 const dep = new Dep()
  
 // 或者属性描述符
 const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
 // 如果这个属性是不可配的，即无法更改
 if (property && property.configurable === false) {
  return
 }

 // cater for pre-defined getter/setters
 const getter = property && property.get
 const setter = property && property.set

 // 递归去将val转化为getter/setter
 // childOb将子属性也转化为Observer
 let childOb = observe(val)
 Object.defineProperty(obj, key, {
  enumerable: true,
  configurable: true,
  // 定义getter -->> reactiveGetter
  get: function reactiveGetter () {
   const value = getter ? getter.call(obj) : val
   // 定义相应的依赖
   if (Dep.target) {
    // Dep.target.addDep(this)
    // 即添加watch函数
    // dep.depend()及调用了dep.addSub()只不过中间需要判断是否这个id的dep已经被包含在内了
    dep.depend()
    // childOb也添加依赖
    if (childOb) {
     childOb.dep.depend()
    }
    if (Array.isArray(value)) {
     dependArray(value)
    }
   }
   return value
  },
  // 定义setter -->> reactiveSetter
  set: function reactiveSetter (newVal) {
   const value = getter ? getter.call(obj) : val
   /* eslint-disable no-self-compare */
   if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
    return
   }
   if (setter) {
    setter.call(obj, newVal)
   } else {
    val = newVal
   }
   // 对得到的新值进行observe
   childOb = observe(newVal)
   // 相应的依赖进行更新
   dep.notify()
  }
 })
}

在上文中提到了Dep类是链接观察者和订阅者的桥梁。同时在Dep的实现当中还有一个非常重要的属性就是Dep.target，它事实就上就是一个订阅者，只有当Dep.target(订阅者)存在的时候，调用属性的getter函数的时候才能完成依赖的收集工作。

Dep.target = null
const targetStack = []

export function pushTarget (_target: Watcher) {
 if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target)
 Dep.target = _target
}

export function popTarget () {
 Dep.target = targetStack.pop()
}

那么Vue是如何来实现订阅者的呢？Vue里面定义了一个类: Watcher，在Vue的整个生命周期当中，会有4类地方会实例化Watcher：

1. Vue实例化的过程中有watch选项
2. Vue实例化的过程中有computed计算属性选项
3. Vue原型上有挂载$watch方法: Vue.prototype.$watch，可以直接通过实例调用this.$watch方法
4. Vue生成了render函数，更新视图时

constructor (
  vm: Component,
  expOrFn: string | Function,
  cb: Function,
  options?: Object
 ) {
  // 缓存这个实例vm
  this.vm = vm
  // vm实例中的_watchers中添加这个watcher
  vm._watchers.push(this)
  // options
  if (options) {
   this.deep = !!options.deep
   this.user = !!options.user
   this.lazy = !!options.lazy
   this.sync = !!options.sync
  } else {
   this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
  }
  this.cb = cb
  this.id = ++uid // uid for batching
  this.active = true
  this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
  ....
  // parse expression for getter
  if (typeof expOrFn === 'function') {
   this.getter = expOrFn
  } else {
   this.getter = parsePath(expOrFn)
   if (!this.getter) {
    this.getter = function () {}
   }
  }
  // 通过get方法去获取最新的值
  // 如果lazy为true, 初始化的时候为undefined
  this.value = this.lazy
   ? undefined
   : this.get()
 }
 get () {...}
 addDep () {...}
 update () {...}
 run () {...}
 evaluate () {...}
 run () {...}

Watcher接收的参数当中expOrFn定义了用以获取watcher的getter函数。expOrFn可以有2种类型：string或function.若为string类型，首先会通过parsePath方法去对string进行分割(仅支持.号形式的对象访问)。在除了computed选项外，其他几种实例化watcher的方式都是在实例化过程中完成求值及依赖的收集工作：this.value = this.lazy ? undefined : this.get().在Watcher的get方法中:

!!!前方高能

get () {
 // pushTarget即设置当前的需要被执行的watcher
  pushTarget(this)
  let value
  const vm = this.vm
  if (this.user) {
   try {
    // $watch(function () {})
    // 调用this.getter的时候，触发了属性的getter函数
    // 在getter中进行了依赖的管理
    value = this.getter.call(vm, vm)
    console.log(value)
   } catch (e) {
    handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
   }
  } else {
   // 如果是新建模板函数，则会动态计算模板与data中绑定的变量，这个时候就调用了getter函数，那么就完成了dep的收集
   // 调用getter函数，则同时会调用函数内部的getter的函数，进行dep收集工作
   value = this.getter.call(vm, vm)
  }
  // "touch" every property so they are all tracked as
  // dependencies for deep watching
  // 让每个属性都被作为dependencies而tracked, 这样是为了deep watching
  if (this.deep) {
   traverse(value)
  }
  popTarget()
  this.cleanupDeps()
  return value  
}

一进入get方法，首先进行pushTarget(this)的操作，此时Vue当中Dep.target = 当前这个watcher,接下来进行value = this.getter.call(vm, vm)操作，在这个操作中就完成了依赖的收集工作。还是拿文章一开始的demo来说，在vue实例化的时候传入了watch选项：

props: {
   a: {
    type: Object,
    default () {
     return {
      key1: 'a',
      key2: {
        a: 'b'
      }
     }
    }
   }
  },
  watch: {
    a (newVal, oldVal) {
      console.log(newVal, oldVal)
    }
  },

在Vue的initState()开始执行后，首先会初始化props的属性为getter/setter函数，然后在进行initWatch初始化的时候，这个时候初始化watcher实例，并调用get()方法，设置Dep.target = 当前这个watcher实例，进而到value = this.getter.call(vm, vm)的操作。在调用this.getter.call(vm, vm)的方法中，便会访问props选项中的a属性即其getter函数。在a属性的getter函数执行过程中，因为Dep.target已经存在，那么就进入了依赖收集的过程:

if (Dep.target) {
  // Dep.target.addDep(this)
  // 即添加watch函数
  // dep.depend()及调用了dep.addSub()只不过中间需要判断是否这个id的dep已经被包含在内了
  dep.depend()
  // childOb也添加依赖
  if (childOb) {
   childOb.dep.depend()
  }
  if (Array.isArray(value)) {
   dependArray(value)
  }
 }

dep是一开始初始化的过程中，这个属性上的dep属性。调用dep.depend()函数：

depend () {
  if (Dep.target) {
   // Dep.target为一个watcher
   Dep.target.addDep(this)
  }
 }

Dep.target也就刚才的那个watcher实例，这里也就相当于调用了watcher实例的addDep方法: watcher.addDep(this)，并将dep观察者传入。在addDep方法中完成依赖收集:

addDep (dep: Dep) {
  const id = dep.id
  if (!this.newDepIds.has(id)) {
   this.newDepIds.add(id)
   this.newDeps.push(dep)
   if (!this.depIds.has(id)) {
    dep.addSub(this)
   }
  }
 }

这个时候依赖完成了收集，当你去修改a属性的值时，会调用a属性的setter函数，里面会执行dep.notify()，它会遍历所有的订阅者，然后调用订阅者上的update函数。

initData过程和initProps类似，具体可参见源码。

initComputed

以上就是在initProps过程中Vue是如何进行依赖收集的，initData的过程和initProps类似，下来再来看看initComputed的过程.
在computed属性初始化的过程当中，会为每个属性实例化一个watcher:

const computedWatcherOptions = { lazy: true }

function initComputed (vm: Component, computed: Object) {
 // 新建_computedWatchers属性
 const watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null)

 for (const key in computed) {
  const userDef = computed[key]
  // 如果computed为funtion，即取这个function为getter函数
  // 如果computed为非function.则可以单独为这个属性定义getter/setter属性
  let getter = typeof userDef === 'function' ? userDef : userDef.get
  // create internal watcher for the computed property.
  // lazy属性为true
  // 注意这个地方传入的getter参数
  // 实例化的过程当中不去完成依赖的收集工作
  watchers[key] = new Watcher(vm, getter, noop, computedWatcherOptions)

  // component-defined computed properties are already defined on the
  // component prototype. We only need to define computed properties defined
  // at instantiation here.
  if (!(key in vm)) {
   defineComputed(vm, key, userDef)
  } 
 }
}

但是这个watcher在实例化的过程中，由于传入了{lazy: true}的配置选项，那么一开始是不会进行求值与依赖收集的: this.value = this.lazy ? undefined : this.get().在initComputed的过程中，Vue会将computed属性定义到vm实例上，同时将这个属性定义为getter/setter。当你访问computed属性的时候调用getter函数：

function createComputedGetter (key) {
 return function computedGetter () {
  const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key]
  if (watcher) {
   // 是否需要重新计算
   if (watcher.dirty) {
    watcher.evaluate()
   }
   // 管理依赖
   if (Dep.target) {
    watcher.depend()
   }
   return watcher.value
  }
 }
}

在watcher存在的情况下，首先判断watcher.dirty属性，这个属性主要是用于判断这个computed属性是否需要重新求值，因为在上一轮的依赖收集的过程当中，观察者已经将这个watcher添加到依赖数组当中了，如果观察者发生了变化，就会dep.notify()，通知所有的watcher，而对于computed的watcher接收到变化的请求后，会将watcher.dirty = true即表明观察者发生了变化，当再次调用computed属性的getter函数的时候便会重新计算，否则还是使用之前缓存的值。

initWatch

initWatch的过程中其实就是实例化new Watcher完成观察者的依赖收集的过程，在内部的实现当中是调用了原型上的Vue.prototype.$watch方法。这个方法也适用于vm实例，即在vm实例内部调用this.$watch方法去实例化watcher，完成依赖的收集，同时监听expOrFn的变化。

总结：

以上就是在Vue实例初始化的过程中实现依赖管理的分析。大致的总结下就是：

1. initState的过程中，将props,computed,data等属性通过Object.defineProperty来改造其getter/setter属性，并为每一个响应式属性实例化一个observer观察者。这个observer内部dep记录了这个响应式属性的所有依赖。
2. 当响应式属性调用setter函数时，通过dep.notify()方法去遍历所有的依赖，调用watcher.update()去完成数据的动态响应。

这篇文章主要从初始化的数据层面上分析了Vue是如何管理依赖来到达数据的动态响应。下一篇文章来分析下Vue中模板中的指令和响应式数据是如何关联来实现由数据驱动视图，以及数据是如何响应视图变化的。

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