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Vue 3响应式系统源码解析：基于Proxy的依赖收集与触发机制

Vue 3 响应式系统源码解析：基于 Proxy 的依赖收集与触发机制

引言

大家好，欢迎来到今天的讲座！今天我们要深入探讨 Vue 3 的响应式系统，特别是它如何通过 Proxy 实现依赖收集和触发机制。如果你曾经使用过 Vue 2，你可能会对 Object.defineProperty 有一定的了解。但 Vue 3 采用了更现代的 Proxy API，使得响应式系统的实现更加灵活和强大。

在这次讲座中，我们将以轻松诙谐的方式，结合代码示例，一步步解析 Vue 3 的响应式系统。准备好了吗？让我们开始吧！

1. 什么是响应式系统？

在前端开发中，响应式系统的核心目标是：当数据发生变化时，自动更新视图。Vue 3 的响应式系统就是为了解决这个问题，它允许我们定义一个对象，当这个对象的属性发生变化时，所有依赖于该属性的地方都会自动更新。

举个简单的例子：

const state = reactive({
  count: 0
});

watch(() => state.count, (newVal) => {
  console.log(`Count changed to: ${newVal}`);
});

state.count++; // 输出: Count changed to: 1

在这个例子中，reactive 函数将普通的 JavaScript 对象转换为响应式对象。当我们修改 state.count 时，watch 函数会自动执行，并输出新的值。这就是响应式系统的基本工作原理。

2. Vue 3 为什么选择 Proxy？

在 Vue 2 中，响应式系统是基于 Object.defineProperty 实现的。虽然它能够满足大部分需求，但也有一些局限性：

  • 无法监听新增属性：Object.defineProperty 只能监听已经存在的属性，如果我们在运行时添加了新属性，它是无法自动追踪的。
  • 无法监听数组的变化：Object.defineProperty 对数组的操作（如 push、pop）无法直接监听，Vue 2 需要对数组方法进行手动重写。
  • 性能问题：随着对象的复杂度增加，Object.defineProperty 的性能开销也会变得越来越大。

为了解决这些问题，Vue 3 选择了 Proxy。Proxy 是 ES6 引入的一个新特性，它可以拦截并自定义对象的基本操作（如读取、设置、删除等）。相比 Object.defineProperty，Proxy 具有以下优势：

  • 支持动态属性：可以监听对象的新增属性或删除属性。
  • 支持数组和集合类型：可以直接监听数组、Map、Set 等复杂数据结构的变化。
  • 更好的性能：Proxy 的性能表现优于 Object.defineProperty，尤其是在处理大型对象时。

3. Proxy 的基本用法

在深入 Vue 3 的响应式系统之前，我们先来了解一下 Proxy 的基本用法。Proxy 允许我们创建一个代理对象，拦截对原始对象的操作。它的语法非常简单：

const handler = {
  get(target, key, receiver) {
    console.log(`Getting: ${key}`);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set(target, key, value, receiver) {
    console.log(`Setting: ${key} = ${value}`);
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  }
};

const obj = { a: 1 };
const proxy = new Proxy(obj, handler);

console.log(proxy.a); // 输出: Getting: a
proxy.a = 2;          // 输出: Setting: a = 2

在这个例子中，我们通过 handler 定义了两个拦截器：

  • get：当访问对象的属性时触发。
  • set：当设置对象的属性时触发。

Reflect 是一个内置对象，提供了与 Proxy 拦截器相同的操作，但它不会触发拦截器。因此，我们通常使用 Reflect 来调用原始对象的方法，确保拦截器不会无限递归。

4. Vue 3 的响应式系统：reactive 和 ref

在 Vue 3 中，reactive 和 ref 是两个最常用的响应式工具。它们的区别在于：

  • reactive 用于将普通对象转换为响应式对象。
  • ref 用于将单个值（如数字、字符串、布尔值等）包装成响应式对象。

4.1 reactive 的实现

reactive 的实现基于 Proxy，它会为每个属性创建一个 get 和 set 拦截器。下面是一个简化的 reactive 实现：

function reactive(target) {
  const handler = {
    get(target, key, receiver) {
      track(target, key); // 收集依赖
      return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
      trigger(target, key); // 触发更新
      return result;
    }
  };

  return new Proxy(target, handler);
}

在这个实现中，track 和 trigger 是两个关键函数：

  • track：负责收集依赖，即记录哪些地方依赖于某个属性。
  • trigger：负责触发更新，即当属性发生变化时，通知所有依赖于该属性的地方重新计算。

4.2 ref 的实现

ref 的实现稍微复杂一些，因为它需要将单个值包装成一个对象，并提供 .value 属性来访问和修改该值。下面是一个简化的 ref 实现：

function ref(value) {
  const wrapper = {
    value
  };

  const handler = {
    get(target, key, receiver) {
      if (key === 'value') {
        track(wrapper, 'value'); // 收集依赖
      }
      return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set(target, key, value, receiver) {
      if (key === 'value') {
        const result = Reflect.set(target, key, value, receiver);
        trigger(wrapper, 'value'); // 触发更新
        return result;
      }
      return Reflect.set(target, key, value, receiver);
    }
  };

  return new Proxy(wrapper, handler);
}

ref 的核心思想是将值包装在一个对象中，并通过 Proxy 拦截对 value 属性的访问和修改。这样，即使是一个简单的值也可以变成响应式的。

5. 依赖收集与触发机制

现在我们来详细讨论一下依赖收集和触发机制的工作原理。Vue 3 的响应式系统依赖于两个核心概念：依赖跟踪 和 副作用函数。

5.1 依赖跟踪

依赖跟踪是指当一个响应式对象的属性被访问时，Vue 会记录下当前正在执行的副作用函数（如 watch 或 computed），并将该副作用函数与该属性关联起来。这样，当属性发生变化时，Vue 就知道应该通知哪些副作用函数重新执行。

为了实现依赖跟踪，Vue 3 使用了一个全局的 activeEffect 变量来存储当前正在执行的副作用函数。每次访问响应式对象的属性时，Vue 会检查 activeEffect 是否存在，如果存在，则将该副作用函数添加到该属性的依赖列表中。

let activeEffect = null;

function effect(fn) {
  const effectFn = () => {
    activeEffect = effectFn;
    fn();
    activeEffect = null;
  };
  effectFn();
}

function track(target, key) {
  if (!activeEffect) return;
  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);
}

在这个实现中，effect 函数用于创建一个副作用函数，并将其绑定到 activeEffect。track 函数则负责将当前的副作用函数添加到依赖列表中。

5.2 触发更新

当响应式对象的属性发生变化时，Vue 会遍历该属性的依赖列表，并通知所有相关的副作用函数重新执行。这个过程称为触发更新。

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

trigger 函数会根据属性的键找到对应的依赖列表，并逐个调用其中的副作用函数。这样，当属性发生变化时，所有依赖于该属性的地方都会自动更新。

6. 总结

通过这次讲座，我们深入了解了 Vue 3 的响应式系统是如何基于 Proxy 实现的。Proxy 提供了强大的拦截能力，使得 Vue 3 能够轻松实现动态属性监听、数组变化追踪等功能。同时，依赖收集和触发机制确保了当数据发生变化时，视图能够自动更新。

希望这次讲座能够帮助你更好地理解 Vue 3 的响应式系统。如果你有任何问题或想法，欢迎在评论区留言！下次见！ ?

参考文献

  • [MDN Web Docs – Proxy](MDN Web Docs)
  • [Vue.js Official Documentation – Reactivity](Vue.js Official Documentation)
  • [JavaScript Info – Proxy](JavaScript Info)

感谢大家的聆听，期待下次再一起探索更多有趣的技术话题！

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