详细阐述 Vue 3 的响应式系统原理（Proxy），并分析其如何解决 Vue 2 中 `Object.defineProperty` 的局限性。

各位同学，大家好！ 今天我们来聊聊 Vue 3 的响应式系统，也就是它背后的大功臣 —— Proxy。 咱们会深入探讨它如何工作，以及它如何巧妙地解决了 Vue 2 中 Object.defineProperty 的一些“小麻烦”。

开场白：响应式是什么鬼？

在开始之前，咱们先统一一下概念：什么是响应式？ 简单来说，就是当你的数据发生变化时，视图（也就是用户界面）能够自动更新。 就像你家的智能灯泡，你对着手机 App 点一下开关，灯泡就亮或灭，这就是一个简单的响应式系统。 Vue 框架的核心能力之一就是提供这种响应式的数据绑定，让你不用手动去操作 DOM，省时省力。

Vue 2 的老朋友：Object.defineProperty

在 Vue 2 中，响应式是通过 Object.defineProperty 实现的。 咱们来回顾一下它的工作原理：

Object.defineProperty 允许你精确地定义一个对象属性的行为，比如它的可读性、可写性、可枚举性，最关键的是，你可以定义 get 和 set 拦截器。

当访问一个被 Object.defineProperty 劫持的属性时，get 拦截器会被触发； 当修改这个属性时，set 拦截器会被触发。 Vue 2 就是利用这两个拦截器来追踪数据的变化。

举个例子：

let obj = {
  message: 'Hello Vue 2!'
};

function defineReactive(obj, key, val) {
  Object.defineProperty(obj, key, {
    get() {
      console.log(`Getting ${key}: ${val}`);
      return val;
    },
    set(newVal) {
      if (newVal !== val) {
        console.log(`Setting ${key} from ${val} to ${newVal}`);
        val = newVal;
        // 在这里通知视图更新！
        updateView();
      }
    }
  });
}

function updateView() {
  console.log('View updated!');
}

defineReactive(obj, 'message', obj.message);

console.log(obj.message); // 输出: Getting message: Hello Vue 2! n Hello Vue 2!
obj.message = 'Hello Vue 2, updated!'; // 输出: Setting message from Hello Vue 2! to Hello Vue 2, updated! n View updated!

在这个例子中，defineReactive 函数将 obj.message 属性转换为响应式属性。 当你访问 obj.message 时，get 拦截器会被调用，打印日志并返回属性值； 当你修改 obj.message 时，set 拦截器会被调用，打印日志，更新属性值，并且调用 updateView 函数来更新视图。

Object.defineProperty 的局限性：Vue 2 的痛点

Object.defineProperty 虽然强大，但在 Vue 2 中也存在一些局限性，主要体现在以下几个方面：

• 无法监听属性的新增和删除： Object.defineProperty 只能劫持对象上已存在的属性，对于新增或删除的属性，它无能为力。 Vue 2 为了解决这个问题，提供了 $set 和 $delete 方法，但使用起来不够优雅，并且会带来一些性能开销。

  let obj = {
    message: 'Hello'
  };
  
  defineReactive(obj, 'message', obj.message);
  
  obj.newProperty = 'New Value'; // 无法被劫持，视图不会更新
  
  Vue.set(obj, 'newProperty', 'New Value'); // 使用 Vue.set 可以触发更新

• 需要深度遍历： 为了将一个对象的所有属性都转换为响应式属性，Vue 2 需要递归地遍历整个对象，这在处理大型对象时会带来性能问题。

• 无法监听数组的变化： Object.defineProperty 无法直接监听数组的变化（比如 push、pop、shift、unshift、splice、sort、reverse 等方法）。 Vue 2 通过重写这些数组方法来实现对数组变化的监听。 这种方式比较hacky，并且存在一些边界情况。

  let arr = [1, 2, 3];
  
  // Vue 2 会重写 arr 的 push、pop 等方法
  arr.push(4); // 可以触发更新

  为了更清楚地了解这些局限性，我们用一个表格来总结一下：

局限性	解决方案 (Vue 2)	缺点
无法监听属性的新增和删除	$set 和 $delete	使用不优雅，增加 API 心智负担，存在性能开销
需要深度遍历	递归遍历	大型对象性能问题
无法监听数组的变化	重写数组方法	hacky，存在边界情况，维护成本高

Vue 3 的新武器：Proxy

Vue 3 采用了 Proxy 来实现响应式系统，彻底解决了 Object.defineProperty 的这些局限性。

Proxy 是 ES6 引入的一个强大的新特性，它允许你创建一个对象的“代理”，可以拦截对这个对象的所有操作，包括读取、写入、函数调用、属性枚举等。

与 Object.defineProperty 只能劫持对象的属性不同，Proxy 可以直接劫持整个对象，这使得它可以监听属性的新增和删除，并且不再需要深度遍历。

我们来看一个简单的 Proxy 的例子：

let obj = {
  message: 'Hello Proxy!'
};

const proxy = new Proxy(obj, {
  get(target, key, receiver) {
    console.log(`Getting ${key}: ${target[key]}`);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set(target, key, value, receiver) {
    console.log(`Setting ${key} from ${target[key]} to ${value}`);
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
    // 在这里通知视图更新！
    updateView();
    return result;
  },
  deleteProperty(target, key) {
    console.log(`Deleting property ${key}`);
    const result = Reflect.deleteProperty(target, key);
    // 在这里通知视图更新！
    updateView();
    return result;
  }
});

function updateView() {
  console.log('View updated!');
}

console.log(proxy.message); // 输出: Getting message: Hello Proxy! n Hello Proxy!
proxy.message = 'Hello Proxy, updated!'; // 输出: Setting message from Hello Proxy! to Hello Proxy, updated! n View updated!
proxy.newProperty = 'New Value'; // 输出: Setting newProperty from undefined to New Value n View updated!
delete proxy.message; // 输出: Deleting property message n View updated!

在这个例子中，我们创建了一个 obj 对象的代理 proxy。 Proxy 接收两个参数：

• target： 要代理的目标对象。

• handler： 一个对象，包含各种拦截器函数，用于定义代理的行为。

  在这个例子中，我们定义了 get、set 和 deleteProperty 三个拦截器：

• get(target, key, receiver)： 当访问代理对象的属性时被调用。

• set(target, key, value, receiver)： 当修改代理对象的属性时被调用。

• deleteProperty(target, key)： 当删除代理对象的属性时被调用。

  注意，在这些拦截器中，我们都使用了 Reflect API。 Reflect 是 ES6 提供的用于操作对象的 API，它可以让你更安全、更灵活地操作对象。 使用 Reflect.get 和 Reflect.set 可以确保代理的行为与目标对象的行为一致。

  可以看到，Proxy 可以轻松地监听属性的新增和删除，这正是 Object.defineProperty 所不具备的。

Proxy 的优势：Vue 3 的新特性

使用 Proxy 实现响应式系统，给 Vue 3 带来了以下优势：

• 可以监听属性的新增和删除： 这是 Proxy 最显著的优势，解决了 Vue 2 的一个痛点。
• 不需要深度遍历： Proxy 可以直接劫持整个对象，不需要递归地遍历对象的属性，提高了性能。
• 可以监听数组的变化： Proxy 可以拦截对数组的操作，比如 push、pop 等方法，不再需要重写数组方法。

• 更强大的拦截能力： Proxy 提供了更多的拦截器，可以拦截更多的对象操作，比如 has、ownKeys 等。

  我们再用一个表格来总结一下 Proxy 的优势：

优势	描述
可以监听属性的新增和删除	Proxy 可以拦截 deleteProperty 和 set 操作，从而监听属性的新增和删除。
不需要深度遍历	Proxy 直接代理整个对象，访问不存在的属性或修改属性都会触发相应的 handler。
可以监听数组的变化	Proxy 可以拦截数组的索引访问和修改，以及数组方法的调用，从而监听数组的变化。
更强大的拦截能力	除了 get、set 和 deleteProperty 之外，Proxy 还提供了 has、ownKeys、apply、construct 等拦截器，可以拦截更多的对象操作。 例如，has 可以拦截 in 操作符，ownKeys 可以拦截 Object.getOwnPropertyNames 和 Object.getOwnPropertySymbols 等方法，apply 可以拦截函数调用，construct 可以拦截 new 操作符。 这些拦截器提供了更细粒度的控制，可以实现更复杂的响应式逻辑。

Vue 3 如何使用 Proxy 实现响应式

Vue 3 使用 Proxy 来创建响应式对象，并使用 track 和 trigger 函数来追踪依赖和触发更新。 简单来说：

1. 创建响应式对象： 使用 reactive 函数将一个普通对象转换为响应式对象。 reactive 函数会创建一个 Proxy 对象，并定义 get 和 set 拦截器。
2. 追踪依赖： 在 get 拦截器中，调用 track 函数来追踪依赖。 track 函数会将当前正在执行的副作用函数（比如渲染函数）添加到依赖集合中。

3. 触发更新： 在 set 拦截器中，调用 trigger 函数来触发更新。 trigger 函数会遍历依赖集合，并执行其中的副作用函数，从而更新视图。

   下面是一个简化的 Vue 3 响应式系统的实现：

const targetMap = new WeakMap(); // 存储 target -> key -> dep 的映射关系
let activeEffect = null; // 当前正在执行的副作用函数

function track(target, key) {
  if (activeEffect) {
    let depsMap = targetMap.get(target);
    if (!depsMap) {
      depsMap = new Map();
      targetMap.set(target, depsMap);
    }

    let dep = depsMap.get(key);
    if (!dep) {
      dep = new Set();
      depsMap.set(key, dep);
    }

    dep.add(activeEffect);
  }
}

function trigger(target, key) {
  const depsMap = targetMap.get(target);
  if (!depsMap) {
    return;
  }

  const dep = depsMap.get(key);
  if (dep) {
    dep.forEach(effect => {
      effect();
    });
  }
}

function reactive(target) {
  return new Proxy(target, {
    get(target, key, receiver) {
      track(target, key);
      return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      trigger(target, key);
      return result;
    }
  });
}

function effect(fn) {
  activeEffect = fn;
  fn(); // 立即执行一次，触发依赖收集
  activeEffect = null;
}

// 示例
const data = { count: 0 };
const reactiveData = reactive(data);

effect(() => {
  console.log('Count is:', reactiveData.count);
});

reactiveData.count++; // 输出: Count is: 0 n Count is: 1

在这个例子中：

• targetMap 是一个 WeakMap，用于存储 target -> key -> dep 的映射关系。 target 是响应式对象，key 是属性名，dep 是一个 Set，存储依赖于该属性的副作用函数。
• activeEffect 存储当前正在执行的副作用函数。
• track 函数用于追踪依赖。 当访问响应式对象的属性时，track 函数会将当前的副作用函数添加到依赖集合中。
• trigger 函数用于触发更新。 当修改响应式对象的属性时，trigger 函数会遍历依赖集合，并执行其中的副作用函数。
• reactive 函数用于将一个普通对象转换为响应式对象。 它创建一个 Proxy 对象，并定义 get 和 set 拦截器。

• effect 函数用于注册副作用函数。 副作用函数会在依赖的响应式属性发生变化时重新执行。

  当你运行这段代码时，你会看到以下输出：

Count is: 0
Count is: 1

这表明当 reactiveData.count 的值发生变化时，副作用函数 () => { console.log('Count is:', reactiveData.count); } 会自动重新执行，从而更新视图（在这个例子中是打印到控制台）。

Proxy 的兼容性问题

虽然 Proxy 功能强大，但它也有一个缺点：兼容性。 Proxy 只能在支持 ES6 的浏览器中使用。 对于不支持 Proxy 的浏览器，Vue 3 提供了一个回退方案，仍然使用 Object.defineProperty 来实现响应式系统。 但是，使用 Object.defineProperty 的回退方案会受到其局限性的限制。

总结：Proxy vs Object.defineProperty

我们来总结一下 Proxy 和 Object.defineProperty 的区别：

特性	Proxy	Object.defineProperty
监听范围	整个对象	对象的单个属性
新增/删除属性监听	支持	不支持 (需要 $set 和 $delete)
数组监听	支持	不支持 (需要重写数组方法)
深度遍历	不需要	需要
性能	通常更好	大型对象可能较差
兼容性	仅支持现代浏览器 (ES6)	支持较老的浏览器
API	较为简洁，易于理解	较为复杂，需要更多配置

总的来说，Proxy 提供了更强大、更灵活的响应式能力，并且解决了 Object.defineProperty 的一些局限性。 但是，Proxy 的兼容性是一个需要考虑的问题。 Vue 3 会根据浏览器的支持情况，选择使用 Proxy 或 Object.defineProperty 来实现响应式系统。

最后，希望通过今天的讲解，大家对 Vue 3 的响应式系统有了更深入的理解。 响应式系统是 Vue 框架的核心，掌握了它，你就能更好地理解 Vue 的工作原理，并且能更高效地开发 Vue 应用。