Vue 3中的`isShallow`与`isReadonly`状态的底层标记与查询：实现ProxyHandler的定制

Vue 3 中 isShallow 与 isReadonly 状态的底层标记与查询：实现 ProxyHandler 的定制

大家好，今天我们深入探讨 Vue 3 响应式系统的底层机制，重点关注 isShallow 和 isReadonly 这两个状态的标记与查询，以及如何通过定制 ProxyHandler 来实现这些状态的细粒度控制。理解这些机制对于构建复杂且可维护的 Vue 应用至关重要。

1. Vue 3 响应式系统的基础：Proxy 与 Reflect

Vue 3 放弃了 Vue 2 中的 Object.defineProperty，转而使用原生的 Proxy 对象来追踪数据的变化。Proxy 允许我们拦截对象上的各种操作，例如属性访问、属性设置、属性删除等。

Reflect 对象则提供了一组与 Proxy handler 方法对应的静态方法，用于执行默认的操作。它提供了一种更安全、更可靠的方式来操作对象。

const target = {
  name: 'Vue',
  version: 3,
};

const handler = {
  get(target, key, receiver) {
    console.log(`Getting property: ${key}`);
    return Reflect.get(target, key, receiver); // 使用 Reflect 执行默认的 get 操作
  },
  set(target, key, value, receiver) {
    console.log(`Setting property: ${key} to ${value}`);
    return Reflect.set(target, key, value, receiver); // 使用 Reflect 执行默认的 set 操作
  },
};

const proxy = new Proxy(target, handler);

console.log(proxy.name); // 输出: Getting property: namenVue
proxy.version = 3.2; // 输出: Setting property: version to 3.2
console.log(target.version); // 输出: 3.2

在这个例子中，我们创建了一个简单的 Proxy，拦截了 get 和 set 操作，并使用 Reflect 执行默认行为。

2. isShallow 与 isReadonly 的意义

在 Vue 3 的响应式系统中，isShallow 和 isReadonly 标志着对象响应性的深度和可修改性。

• isShallow: 表明一个对象是“浅响应式”的。这意味着只有对象的第一层属性是响应式的，而嵌套的属性仍然是普通对象，不会被追踪变化。浅响应式适用于只关心对象顶层属性变化的情况，可以减少性能开销。

• isReadonly: 表明一个对象是只读的。尝试修改只读对象的属性会触发警告或错误（在严格模式下）。只读对象用于防止意外的数据修改，确保数据的完整性和一致性。

3. 底层标记：ReactiveFlags

Vue 3 使用 ReactiveFlags 枚举来标记对象的响应式状态。这些标志存储在内部的 __v_raw 属性中（非标准属性，开发者不应直接访问）。

export const enum ReactiveFlags {
  SKIP = '__v_skip',
  IS_REACTIVE = '__v_isReactive',
  IS_READONLY = '__v_isReadonly',
  IS_SHALLOW = '__v_isShallow',
  RAW = '__v_raw'
}

• SKIP: 标记对象不应该被转换为响应式对象。
• IS_REACTIVE: 标记对象是响应式的。
• IS_READONLY: 标记对象是只读的。
• IS_SHALLOW: 标记对象是浅响应式的。
• RAW: 存储原始对象。

这些标志通过 get 拦截器进行检查，以确定对象的响应式状态。

4. 查询状态：isReactive、isReadonly、isShallow

Vue 3 提供了 isReactive、isReadonly 和 isShallow 函数，用于查询对象的响应式状态。这些函数实际上是检查对象是否具有相应的 ReactiveFlags。

import { ReactiveFlags } from './reactiveFlags';

export function isReactive(value: any): boolean {
  return !!(value && value[ReactiveFlags.IS_REACTIVE]);
}

export function isReadonly(value: any): boolean {
  return !!(value && value[ReactiveFlags.IS_READONLY]);
}

export function isShallow(value: any): boolean {
  return !!(value && value[ReactiveFlags.IS_SHALLOW]);
}

这些函数返回一个布尔值，指示对象是否具有相应的响应式状态。

5. 实现 isShallow 与 isReadonly：定制 ProxyHandler

要实现 isShallow 和 isReadonly，我们需要定制 ProxyHandler。Vue 3 内部使用了不同的 ProxyHandler 来创建不同类型的响应式对象。

5.1 创建 shallowReactive

shallowReactive 函数用于创建一个浅响应式的对象。它使用一个定制的 ProxyHandler，只拦截顶层属性的 get 和 set 操作。

import { ReactiveFlags } from './reactiveFlags';
import { isObject } from './utils';

const shallowReactiveGet = createGetter(false, true);
const shallowReactiveSet = createSetter(true);

function createGetter(isReadonly: boolean = false, shallow: boolean = false) {
  return function get(target: object, key: string | symbol, receiver: object) {
    if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
      return !isReadonly;
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
      return isReadonly;
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_SHALLOW) {
      return shallow;
    } else if (key === ReactiveFlags.RAW && receiver === reactiveMap.get(target)) {
      return target;
    }

    const res = Reflect.get(target, key, receiver);

    if (isObject(res) && !shallow) { // 如果不是浅响应式，则递归转换
      return isReadonly ? readonly(res) : reactive(res);
    }
    return res;
  };
}

function createSetter(shallow: boolean = false) {
  return function set(target: object, key: string | symbol, value: any, receiver: object) {
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
    // TODO: trigger change
    return result;
  };
}

export const shallowReactiveHandlers: ProxyHandler<object> = {
  get: shallowReactiveGet,
  set: shallowReactiveSet,
};

const reactiveMap = new WeakMap<object, any>();

export function shallowReactive<T extends object>(target: T): T {
  if (!isObject(target)) {
    return target;
  }

  if (reactiveMap.has(target)) {
    return reactiveMap.get(target);
  }

  const existingProxy = reactiveMap.get(target);
    if (existingProxy) {
      return existingProxy
    }

  const proxy = new Proxy(target, shallowReactiveHandlers);
  reactiveMap.set(target, proxy);
  return proxy;
}

// 辅助函数，用于判断是否为对象
function isObject(val: any): boolean {
    return typeof val === 'object' && val !== null
}

在这个实现中，shallowReactiveGet 函数检查 ReactiveFlags.IS_SHALLOW 并返回 true。当访问嵌套的属性时，isObject(res) && !shallow 条件会阻止递归转换，从而实现浅响应式。

5.2 创建 readonly 与 shallowReadonly

readonly 函数用于创建一个只读对象。shallowReadonly 创建一个浅只读对象。它们使用一个定制的 ProxyHandler，拦截所有修改操作，并抛出警告或错误。

import { ReactiveFlags } from './reactiveFlags';
import { isObject } from './utils';

const readonlyGet = createGetter(true);
const shallowReadonlyGet = createGetter(true, true);

function createGetter(isReadonly: boolean = false, shallow: boolean = false) {
  return function get(target: object, key: string | symbol, receiver: object) {
    if (key === ReactiveFlags.IS_REACTIVE) {
      return !isReadonly;
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_READONLY) {
      return isReadonly;
    } else if (key === ReactiveFlags.IS_SHALLOW) {
      return shallow;
    } else if (key === ReactiveFlags.RAW && receiver === readonlyMap.get(target)) {
        return target;
    }

    const res = Reflect.get(target, key, receiver);

    if (isObject(res) && !shallow) { // 如果不是浅只读，则递归转换
      return isReadonly ? readonly(res) : reactive(res);
    }
    return res;
  };
}

const readonlySet = (target: object, key: string | symbol, value: any, receiver: object) => {
  console.warn(`Set operation on key "${String(key)}" failed: target is readonly.`, target);
  return true;
};

export const readonlyHandlers: ProxyHandler<object> = {
  get: readonlyGet,
  set: readonlySet,
  deleteProperty(target: object, key: string | symbol): boolean {
    console.warn(
      `Delete property "${String(key)}" failed: target is readonly.`,
      target
    );
    return true;
  },
};

export const shallowReadonlyHandlers: ProxyHandler<object> = {
    get: shallowReadonlyGet,
    set: readonlySet,
    deleteProperty(target: object, key: string | symbol): boolean {
      console.warn(
        `Delete property "${String(key)}" failed: target is readonly.`,
        target
      );
      return true;
    },
  };

const readonlyMap = new WeakMap<object, any>();

export function readonly<T extends object>(target: T): T {
  if (!isObject(target)) {
    return target;
  }

  if (readonlyMap.has(target)) {
    return readonlyMap.get(target);
  }

  const existingProxy = readonlyMap.get(target);
    if (existingProxy) {
      return existingProxy
    }

  const proxy = new Proxy(target, readonlyHandlers);
  readonlyMap.set(target, proxy);
  return proxy;
}

export function shallowReadonly<T extends object>(target: T): T {
    return createReadonlyObject(target, true);
}

function createReadonlyObject(target: any, isShallow: boolean) {
    if (!isObject(target)) {
        return target
    }
    const proxyMap = isShallow ? readonlyMap : reactiveMap;
    if (proxyMap.has(target)) {
        return proxyMap.get(target)
    }
    const proxy = new Proxy(
        target,
        isShallow ? shallowReadonlyHandlers : readonlyHandlers
    )
    proxyMap.set(target, proxy)
    return proxy
}

// 辅助函数，用于判断是否为对象
function isObject(val: any): boolean {
    return typeof val === 'object' && val !== null
}

在这个实现中，readonlyGet 函数检查 ReactiveFlags.IS_READONLY 并返回 true。readonlySet 函数拦截 set 操作，并输出警告信息。

5.3 示例

import { reactive, readonly, shallowReactive, shallowReadonly, isReactive, isReadonly, isShallow } from './reactive';

const obj = {
  name: 'Vue',
  version: 3,
  nested: {
    value: 'hello',
  },
};

const reactiveObj = reactive(obj);
const readonlyObj = readonly(obj);
const shallowReactiveObj = shallowReactive(obj);
const shallowReadonlyObj = shallowReadonly(obj);

console.log('Reactive:');
console.log('isReactive(reactiveObj):', isReactive(reactiveObj)); // true
console.log('isReadonly(reactiveObj):', isReadonly(reactiveObj)); // false
console.log('isShallow(reactiveObj):', isShallow(reactiveObj)); // false
console.log('isReactive(reactiveObj.nested):', isReactive(reactiveObj.nested)); //true

console.log('nReadonly:');
console.log('isReactive(readonlyObj):', isReactive(readonlyObj)); // false
console.log('isReadonly(readonlyObj):', isReadonly(readonlyObj)); // true
console.log('isShallow(readonlyObj):', isShallow(readonlyObj)); // false
console.log('isReadonly(readonlyObj.nested):', isReadonly(readonlyObj.nested)); //true

console.log('nShallow Reactive:');
console.log('isReactive(shallowReactiveObj):', isReactive(shallowReactiveObj)); // true
console.log('isReadonly(shallowReactiveObj):', isReadonly(shallowReactiveObj)); // false
console.log('isShallow(shallowReactiveObj):', isShallow(shallowReactiveObj)); // true
console.log('isReactive(shallowReactiveObj.nested):', isReactive(shallowReactiveObj.nested)); // false

console.log('nShallow Readonly:');
console.log('isReactive(shallowReadonlyObj):', isReactive(shallowReadonlyObj)); // false
console.log('isReadonly(shallowReadonlyObj):', isReadonly(shallowReadonlyObj)); // true
console.log('isShallow(shallowReadonlyObj):', isShallow(shallowReadonlyObj)); // true
console.log('isReactive(shallowReadonlyObj.nested):', isReactive(shallowReadonlyObj.nested)); // false
console.log('isReadonly(shallowReadonlyObj.nested):', isReadonly(shallowReadonlyObj.nested)); // false

// 尝试修改 readonly 对象
// readonlyObj.name = 'React'; // 会输出警告
// shallowReadonlyObj.name = 'Angular'; // 会输出警告

console.log("reactiveObj.nested :", reactiveObj.nested)
reactiveObj.nested.value = "World";
console.log("reactiveObj.nested :", reactiveObj.nested) // 改变

console.log("shallowReactiveObj.nested :", shallowReactiveObj.nested)
shallowReactiveObj.nested.value = "World";
console.log("shallowReactiveObj.nested :", shallowReactiveObj.nested) // 改变

6. 总结：响应式状态的细粒度控制

通过定制 ProxyHandler，Vue 3 能够实现对响应式状态的细粒度控制，包括 isShallow 和 isReadonly。这些机制使得我们可以根据不同的需求，创建不同类型的响应式对象，优化性能，并确保数据的完整性和一致性。理解这些底层机制对于构建复杂且可维护的 Vue 应用至关重要。掌握这些知识，才能更好地利用 Vue 3 的响应式系统，构建出高性能、可靠的应用程序。

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