深入淺出Vue系列--數(shù)據(jù)劫持實現(xiàn)原理

一、前言

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數(shù)據(jù)雙向綁定作為 Vue 核心功能之一，其實現(xiàn)原理主要分為兩部分：

1. 數(shù)據(jù)劫持
2. 發(fā)布訂閱模式

本篇文章主要介紹 Vue 實現(xiàn)數(shù)據(jù)劫持的思路，下一篇則會介紹發(fā)布訂閱模式的設(shè)計。

二、針對 Object 類型的劫持

對于 Object 類型，主要劫持其屬性的讀取與設(shè)置操作。在 JavaScript 中對象的屬性主要由一個字符串類型的“名稱”以及一個“屬性描述符”組成，屬性描述符包括以下選項：

1. value： 該屬性的值；
2. writable： 僅當(dāng)值為 true 時表示該屬性可以被改變；
3. get： getter （讀取器）；
4. set： setter （設(shè)置器）；
5. configurable： 僅當(dāng)值為 true 時，該屬性可以被刪除以及屬性描述符可以被改變；
6. enumerable： 僅當(dāng)值為 true 時，該屬性可以被枚舉。

上述 setter 和 getter 方法就是供開發(fā)者自定義屬性的讀取與設(shè)置操作，而設(shè)置對象屬性的描述符則少不了 Object.defineProperty() 方法：

function defineReactive (obj, key) {
 let val = obj[key]
 Object.defineProperty(obj, key, {
  get () {
   console.log(' === 收集依賴 === ')
   console.log(' 當(dāng)前值為：' + val)
   return val
  },
  set (newValue) {
   console.log(' === 通知變更 === ')
   console.log(' 當(dāng)前值為：' + newValue)
   val = newValue
  }
 })
}

const student = {
 name: 'xiaoming'
}

defineReactive(student, 'name') // 劫持 name 屬性的讀取和設(shè)置操作

上述代碼通過 Object.defineProperty() 方法設(shè)置屬性的 setter 與 getter 方法，從而達(dá)到劫持 student 對象中的 name 屬性的讀取和設(shè)置操作的目的。

讀者可以發(fā)現(xiàn)，該方法每次只能設(shè)置一個屬性，那么就需要遍歷對象來完成其屬性的配置：

 Object.keys(student).forEach(key => defineReactive(student, key))

另外還必須是一個具體的屬性，這也非常的致命。

假如后續(xù)需要擴展該對象，那么就必須手動為新屬性設(shè)置 setter 和 getter 方法，**這就是為什么不在 data 中聲明的屬性無法自動擁有雙向綁定效果的原因 **。（這時需要調(diào)用 Vue.set() 手動設(shè)置）

以上便是對象劫持的核心實現(xiàn)，但是還有以下重要的細(xì)節(jié)需要注意：

1、屬性描述符 - configurable

在 JavaScript 中，對象通過字面量創(chuàng)建時，其屬性描述符默認(rèn)如下：

const foo = {
 name: '123'
}
Object.getOwnPropertyDescriptor(foo, 'name') // { value: '123', writable: true, enumerable: true, configurable: true }

前面也提到了 configurable 的值如果為 false，則無法再修改該屬性的描述符，所以在設(shè)置 setter 和 getter 方法時，需要注意 configurable 選項的取值，否則在使用 Object.defineProperty() 方法時會拋出異常：

// 部分重復(fù)代碼 這里就不再羅列了。
function defineReactive (obj, key) {
 // ...

 const desc = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)

 if (desc && desc.configurable === false) {
  return
 }

 // ...
}

而在 JavaScript 中，導(dǎo)致 configurable 值為 false 的情況還是很多的：

1. 可能該屬性在此之前已經(jīng)通過 Object.defineProperty() 方法設(shè)置了 configurable 的值；
2. 通過 Object.seal() 方法設(shè)置該對象為密封對象，只能修改該屬性的值并且不能刪除該屬性以及修改屬性的描述符；
3. 通過 Object.freeze() 方法凍結(jié)該對象，相比較 Object.seal() 方法，它更為嚴(yán)格之處體現(xiàn)在不允許修改屬性的值。

2、默認(rèn) getter 和 setter 方法

另外，開發(fā)者可能已經(jīng)為對象的屬性設(shè)置了 getter 和 setter 方法，對于這種情況，Vue 當(dāng)然不能破壞開發(fā)者定義的方法，所以 Vue 中還要保護默認(rèn)的 getter 和 setter 方法：

// 部分重復(fù)代碼 這里就不再羅列了
function defineReactive (obj, key) {
 let val = obj[key]

 //....

 // 默認(rèn) getter setter
 const getter = desc && desc.get
 const setter = desc && desc.set

 Object.defineProperty(obj, key, {
  get () {
   const value = getter ? getter.call(obj) : val // 優(yōu)先執(zhí)行默認(rèn)的 getter
   return value
  },
  set (newValue) {
   const value = getter ? getter.call(obj) : val
   // 如果值相同則沒必要更新 === 的坑點 NaN!!!!
   if (newValue === value || (value !== value && newValue !== newValue)) {
    return
   }

   if (getter && !setter) {
    // 用戶未設(shè)置 setter
    return
   }

   if (setter) {
    // 調(diào)用默認(rèn)的 setter 方法
    setter.call(obj, newValue)
   } else {
    val = newValue
   }
  }
 })
}

3、遞歸屬性值

最后一種比較重要的情況就是屬性的值可能也是一個對象，那么在處理對象的屬性時，需要遞歸處理其屬性值：

function defineReactive (obj, key) {
 let val = obj[key]

 // ...

 // 遞歸處理其屬性值
 const childObj = observe(val)

 // ...
}

遞歸循環(huán)引用對象很容易出現(xiàn)遞歸爆棧問題，對于這種情況，Vue 通過定義 ob 對象記錄已經(jīng)被設(shè)置過 getter 和 setter 方法的對象，從而避免遞歸爆棧的問題。

function isObject (val) {
 const type = val
 return val !== null && (type === 'object' || type === 'function')
}

function observe (value) {
 if (!isObject(value)) {
  return
 }

 let ob
 // 避免循環(huán)引用造成的遞歸爆棧問題
 if (value.hasOwnProperty('__ob__') && value.__obj__ instanceof Observer) {
  ob = value.__ob__
 } else if (Object.isExtensible(value)) {
  // 后續(xù)需要定義諸如 __ob__ 這樣的屬性，所以需要能夠擴展
  ob = new Observer(value)
 }

 return ob
}

上述代碼中提到了對象的可擴展性，在 JavaScript 中所有對象默認(rèn)都是可擴展的，但同時也提供了相應(yīng)的方法允許對象不可擴展：

const obj = { name: 'xiaoming' }
Object.preventExtensions(obj)
obj.age = 20
console.log(obj.age) // undefined

除了上述方法，還有前面提到的 Object.seal() 和 Object.freeze() 方法。

三、針對 Array 類型的劫持

數(shù)組是一種特殊的對象，其下標(biāo)實際上就是對象的屬性，所以理論上是可以采用 Object.defineProperty() 方法處理數(shù)組對象。

但是 Vue 并沒有采用上述方法劫持?jǐn)?shù)組對象，筆者猜測主要由于以下兩點：（讀者有更好的見解，歡迎留言。）

1、特殊的 length 屬性

數(shù)組對象的 length 屬性的描述符天生獨特：

const arr = [1, 2, 3]

Object.getOwnPropertyDescriptor(arr, 'length').configurable // false

這就意味著無法通過 Object.defineProperty() 方法劫持 length 屬性的讀取和設(shè)置方法。

相比較對象的屬性，數(shù)組下標(biāo)變化地相對頻繁，并且改變數(shù)組長度的方法也比較靈活，一旦數(shù)組的長度發(fā)生變化，那么在無法自動感知的情況下，開發(fā)者只能手動更新新增的數(shù)組下標(biāo)，這可是一個很繁瑣的工作。

2、數(shù)組的操作場景

數(shù)組主要的操作場景還是遍歷，而對于每一個元素都掛載一個 get 和 set 方法，恐怕也是不小的性能負(fù)擔(dān)。

3、數(shù)組方法的劫持

最終 Vue 選擇劫持一些常用的數(shù)組操作方法，從而知曉數(shù)組的變化情況：

const methods = [
 'push',
 'pop',
 'shift',
 'unshift',
 'sort',
 'reverse',
 'splice'
]

數(shù)組方法的劫持涉及到原型相關(guān)的知識，首先數(shù)組實例大部分方法都是來源于 Array.prototype 對象。

但是這里不能直接篡改 Array.prototype 對象，這樣會影響所有的數(shù)組實例，為了避免這種情況，需要采用原型繼承得到一個新的原型對象：

const arrayProto = Array.prototype
const injackingPrototype = Object.create(arrayProto)

拿到新的原型對象之后，再重寫這些常用的操作方法：

methods.forEach(method => {
 const originArrayMethod = arrayProto[method]
 injackingPrototype[method] = function (...args) {
  const result = originArrayMethod.apply(this, args)
  let inserted
  switch (method) {
   case 'push':
   case 'unshift':
    inserted = args
    break
   case 'splice':
    inserted = args.slice(2)
    break
  }
  if (inserted) {
   // 對于新增的元素，繼續(xù)劫持
   // ob.observeArray(inserted)
  }
  // 通知變化
  return result
 }
})

最后，更新劫持?jǐn)?shù)組實例的原型，在 ES6 之前，可以通過瀏覽器私有屬性 proto 指定原型，之后，便可以采用如下方法：

Object.setPrototypeOf(arr, injackingPrototype)

順便提一下，采用 Vue.set() 方法設(shè)置數(shù)組元素時，Vue 內(nèi)部實際上是調(diào)用劫持后的 splice() 方法來觸發(fā)更新。

四、總結(jié)

由上述內(nèi)容可知，Vue 中的數(shù)據(jù)劫持分為兩大部分：

1. 針對 Object 類型，采用 Object.defineProperty() 方法劫持屬性的讀取和設(shè)置方法；
2. 針對 Array 類型，采用原型相關(guān)的知識劫持常用的函數(shù)，從而知曉當(dāng)前數(shù)組發(fā)生變化。

并且 Object.defineProperty() 方法存在以下缺陷：

1. 每次只能設(shè)置一個具體的屬性，導(dǎo)致需要遍歷對象來設(shè)置屬性，同時也導(dǎo)致了無法探測新增屬性；
2. 屬性描述符 configurable 對其的影響是致命的。

而 ES6 中的 Proxy 可以完美的解決這些問題（目前兼容性是個大問題），這也是 Vue3.0 中的一個大動作，有興趣的讀者可以查閱相關(guān)的資料。

以上所述是小編給大家介紹的數(shù)據(jù)劫持實現(xiàn)原理詳解整合，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站的支持！

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