深入分析 Vuex 源码中 `state` 的响应式处理，以及为什么 `mutations` 必须是同步的。

Vuex 源码解密：State 的响应式魔法与 Mutations 的同步之舞

大家好，我是你们今天的 Vuex 魔法师。今天咱们不念咒语，直接扒开 Vuex 的源代码，看看它肚子里藏着什么宝贝。特别是关于 state 的响应式处理，以及为什么 mutations 必须是同步执行。准备好了吗？Let’s dive in！

State 的响应式：Vue 的“监听风暴”

首先，让我们聊聊 state。咱们用人话说，state 就是 Vuex 里面的“数据中心”，所有的组件都可以从这里读取数据，也可以通过一些特定的方式修改它。但是，重点来了，一旦 state 里面的数据发生变化，所有用到这些数据的组件都要自动更新。这就是响应式！

Vue 是如何实现这种“一石激起千层浪”的响应式的呢？答案是： Object.defineProperty 和依赖追踪。

咱们先来回顾一下 Object.defineProperty。简单来说，它可以让你拦截一个对象的属性的读取(get)和设置(set)操作。Vue 利用这个特性，把 state 里面的每一个属性都变成了“可监听”的。

// 模拟 Vuex 的 state 响应式处理
function defineReactive(obj, key, val) {
  // 递归处理嵌套对象
  if (typeof val === 'object' && val !== null) {
    observe(val); // observe 函数会在后面定义
  }

  let dep = new Dep(); // 每个属性都有一个依赖收集器

  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter() {
      // 收集依赖：当组件渲染时，会访问 state 的属性，触发 get
      if (Dep.target) { // Dep.target 是一个全局变量，指向当前的 watcher
        dep.depend();
      }
      return val;
    },
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      if (newVal === val) {
        return;
      }
      val = newVal;
      // 通知更新：当属性被修改时，触发 set，通知所有依赖该属性的 watcher 更新
      dep.notify();

       // 如果设置的新值是对象，也要变成响应式的
      if (typeof newVal === 'object' && newVal !== null) {
        observe(newVal);
      }
    }
  });
}

// 观察者模式的核心：Dep 和 Watcher

// Dep：依赖收集器，每个响应式属性都有一个 Dep 实例，用于收集依赖该属性的 Watcher
class Dep {
  constructor() {
    this.subs = []; // 存储依赖该属性的 Watcher 实例
  }

  depend() {
    if (Dep.target && !this.subs.includes(Dep.target)) {
      this.subs.push(Dep.target);
    }
  }

  notify() {
    // 遍历所有的 Watcher，通知它们更新
    this.subs.forEach(watcher => {
      watcher.update();
    });
  }
}

// 静态属性，用于存储当前的 Watcher 实例
Dep.target = null;

// Watcher：观察者，当依赖的属性发生变化时，Watcher 会执行更新操作
class Watcher {
  constructor(vm, expOrFn, cb) {
    this.vm = vm;
    this.expOrFn = expOrFn; // 要观察的表达式或函数
    this.cb = cb; // 回调函数，当依赖的属性发生变化时执行
    this.value = this.get(); // 获取初始值

    // 模拟 Vue 的 data 函数
    this.data = {
        message: "Hello, Vue!"
    };
  }

  get() {
    Dep.target = this; // 标记当前正在执行的 Watcher
    const value = this.expOrFn.call(this.vm, this.vm.$data); // 触发 getter，收集依赖
    Dep.target = null; // 清空 Dep.target
    return value;
  }

  update() {
    const oldValue = this.value;
    this.value = this.get(); // 重新获取值
    this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue); // 执行回调函数
  }
}

// observe 函数：用于将一个对象变成响应式的
function observe(obj) {
  if (typeof obj !== 'object' || obj === null) {
    return;
  }

  Object.keys(obj).forEach(key => {
    defineReactive(obj, key, obj[key]);
  });
}

// 测试代码
const data = {
  count: 0,
  nested: {
    message: 'Initial Message'
  }
};

observe(data); // 将 data 对象变成响应式的

// 创建一个 Watcher，观察 data.count 的变化
new Watcher(null, function() {
  return data.count;
}, function(newValue, oldValue) {
  console.log(`count changed from ${oldValue} to ${newValue}`);
});

// 创建一个 Watcher，观察 data.nested.message 的变化
new Watcher(null, function(data) {
    return data.message;
}, function(newValue, oldValue) {
    console.log(`message changed from ${oldValue} to ${newValue}`);
});

// 修改 data.count 的值，触发响应式更新
data.count++; // 输出：count changed from 0 to 1

// 修改 data.nested.message 的值，触发响应式更新
data.nested.message = 'Updated Message'; // 输出：message changed from Initial Message to Updated Message

console.log(data.count);
console.log(data.nested.message);

这段代码模拟了 Vue 中 state 的响应式处理过程。它主要做了以下几件事：

1. defineReactive 函数：这个函数是核心，它使用 Object.defineProperty 将对象的属性变成可监听的。当属性被读取时，会触发 get 函数，用于收集依赖；当属性被修改时，会触发 set 函数，用于通知所有依赖该属性的 Watcher 更新。

2. Dep 类：这是一个依赖收集器，每个响应式属性都有一个 Dep 实例。它用于收集依赖该属性的 Watcher，并在属性发生变化时通知这些 Watcher 更新。

3. Watcher 类：这是一个观察者，当它依赖的属性发生变化时，它会执行更新操作。在 Vue 中，每个组件的渲染函数都会对应一个 Watcher。

4. observe 函数：这个函数用于将一个对象变成响应式的。它会遍历对象的所有属性，并使用 defineReactive 函数将它们变成可监听的。

当我们修改 data.count 的值时，set 函数会被触发，然后 dep.notify() 会通知所有依赖 data.count 的 Watcher 更新。这些 Watcher 会重新执行它们的更新函数，从而更新组件的视图。

总结一下:

• Vue 通过 Object.defineProperty 劫持了 state 属性的 get 和 set 方法。
• 当组件访问 state 属性时，会触发 get 方法，Vue 会把当前组件对应的 Watcher 对象收集到该属性的依赖列表中。
• 当组件修改 state 属性时，会触发 set 方法，Vue 会通知该属性的依赖列表中所有 Watcher 对象，让它们执行更新操作。
• Dep 用来管理依赖，Watcher 用来监听变化。

Mutations 的同步之舞：为了 Debug 的优雅转身

现在，我们来聊聊为什么 Vuex 规定 mutations 必须是同步的。这可不是 Vuex 故意刁难，而是为了更好地追踪状态的变化。

想象一下，如果 mutations 允许异步操作，那么状态的变化就会变得不可预测。你无法知道状态是在什么时候、被哪个异步操作修改的。这对于调试来说简直是噩梦。

为了让状态的变化可追踪，Vuex 选择了同步操作。这意味着，当你调用一个 mutation 时，状态会立即发生变化，你可以通过 Vue Devtools 轻松地追踪到这次变化。

举个例子:

// 这是 Vuex 的 store
const store = new Vuex.Store({
  state: {
    count: 0
  },
  mutations: {
    increment (state) {
      // 这是同步操作，状态会立即改变
      state.count++
    },
    // 错误示例：异步操作会导致状态变化不可追踪
    // incrementAsync (state) {
    //   setTimeout(() => {
    //     state.count++
    //   }, 1000)
    // }
  },
  actions: {
    incrementAsync ({ commit }) {
      // 在 actions 中可以进行异步操作，然后 commit mutation
      setTimeout(() => {
        commit('increment')
      }, 1000)
    }
  }
})

在上面的例子中，increment 是一个同步的 mutation，它会立即修改 state.count 的值。而 incrementAsync 是一个错误的示例，因为它使用了 setTimeout，导致状态的变化发生在异步操作中，Vue Devtools 无法追踪到这次变化。

那么，如果我们需要进行异步操作怎么办呢？

答案是：使用 actions。actions 可以包含任意异步操作，比如 API 调用、定时器等等。但是，actions 不能直接修改 state，它们只能通过 commit 方法来触发 mutations，从而间接地修改 state。

总结一下:

特性	Mutations	Actions
操作类型	同步	异步
修改 State	直接修改 State	通过 commit 触发 Mutations 间接修改 State
用途	更改 Vuex 的 store 中的状态	可以包含任意异步操作，比如 API 调用、定时器等等。
调试	易于调试，状态变化可追踪	需要配合 Devtools 才能更好地调试

为什么 Actions 可以异步？

Actions 的目的是处理业务逻辑，而业务逻辑往往包含异步操作。如果 Actions 必须是同步的，那么我们就无法在 Vuex 中进行异步操作了。

为什么 Actions 不能直接修改 State？

Actions 的主要职责是处理业务逻辑，而不是直接修改 State。如果 Actions 可以直接修改 State，那么我们就无法追踪状态的变化了。

Vuex 源码中的 State 响应式：实战演练

现在，让我们深入 Vuex 的源码，看看它是如何实现 state 的响应式处理的。

(以下代码是简化版的，只保留了核心逻辑)

// Vuex 的 Store 类
class Store {
  constructor (options = {}) {
    // 1. 获取 state
    const {
      state = {},
      mutations = {},
      actions = {}
    } = options

    // 2. 确保 state 是一个对象
    this._state = typeof state === 'function' ? state() : state

    // 3. 初始化 mutations 和 actions
    this._mutations = mutations
    this._actions = actions

    // 4. 绑定 commit 和 dispatch 的 this
    this.commit = this.commit.bind(this)
    this.dispatch = this.dispatch.bind(this)

    // 5. 初始化 Vue 实例，将 state 变成响应式的
    this._vm = new Vue({
      data: {
        $$state: this._state
      }
    })
  }

  get state () {
    return this._vm._data.$$state
  }

  set state (v) {
    // 在严格模式下，不允许直接修改 state
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      console.error('[vuex] Do not mutate vuex store state outside mutation handlers.')
    }
  }

  commit (_type, _payload) {
    // 获取 mutation
    const entry = this._mutations[_type]
    if (!entry) {
      console.error(`[vuex] unknown mutation type: ${_type}`)
      return
    }

    // 执行 mutation
    entry(this._state, _payload)
  }

  dispatch (_type, _payload) {
    // 获取 action
    const entry = this._actions[_type]
    if (!entry) {
      console.error(`[vuex] unknown action type: ${_type}`)
      return
    }

    // 执行 action
    return entry(this, _payload)
  }
}

在这个简化版的 Store 类中，我们可以看到以下几个关键步骤：

1. 获取 state：从 options 中获取 state，确保它是一个对象。
2. 初始化 mutations 和 actions：将 mutations 和 actions 存储到 this._mutations 和 this._actions 中。
3. 绑定 commit 和 dispatch 的 this：确保 commit 和 dispatch 方法中的 this 指向 Store 实例。
4. 初始化 Vue 实例，将 state 变成响应式的：这是最关键的一步，Vuex 创建了一个 Vue 实例，并将 state 赋值给 Vue 实例的 data 选项。这样，state 就变成了响应式的了。
5. 定义 state 的 getter 和 setter：state 的 getter 返回 Vue 实例的 _data.$$state，state 的 setter 会在严格模式下抛出错误，防止直接修改 state。

注意: Vuex 使用了一个 Vue 实例来管理 state，这是因为 Vue 实例本身就具有响应式能力。通过将 state 赋值给 Vue 实例的 data 选项，Vuex 就能够利用 Vue 的响应式系统来监听 state 的变化，并通知所有依赖 state 的组件更新。

总结

今天，我们一起深入探讨了 Vuex 源码中 state 的响应式处理，以及为什么 mutations 必须是同步的。希望通过这次“解剖”，大家能够更加深入地理解 Vuex 的工作原理，并在实际开发中更加得心应手。

记住，理解原理才能更好地运用框架，才能写出更优雅、更健壮的代码！下次有机会，我们再来一起探索 Vuex 的其他奥秘！