手摸手教你实现Vue3 Reactivity

前言

Vue3的响应式基于Proxy，对比Vue2中使用的Object.definedProperty的方式，使用Proxy在新增的对象以及数组的拦截上都有很好的支持。

Vue3的响应式是一个独立的系统，可以抽离出来使用，那他到底是如何实现的呢？

都知道有Getter和Setter，那Getter和Setter中分别都进行了哪些主要操作才能实现响应式呢？

哼哼，带着这些问题一起来看看吧，文章会一步一步实现一个完整的响应式系统(误)~。

开始

observer-util这个库使用了与Vue3同样的思路编写，Vue3中的实现更加复杂，从一个更加纯粹的库开始(我不会承认是因为Vue3中有些未看懂的，不会)。

根据官网的例子：

import { observable, observe } from '@nx-js/observer-util';

const counter = observable({ num: 0 });
const countLogger = observe(() => console.log(counter.num));

// this calls countLogger and logs 1
counter.num++;

这两个类似Vue3里的reactive和普通的响应式。

observable之后的对象被添加了代理，之后observe中添加的响应函数会在依赖的属性改变时调用一次。

小小思考

这里粗略思考是一个订阅发布的模型，被observable代理之后的对象建立一个发布者仓库，observe这时候会订阅counter.num，之后订阅的内容改变时便会一一回调。
伪代码：

// 添加监听
xxx.addEventListener('counter.num', () => console.log(counter.num))
// 改变内容
counter.num++
// 发送通知
xxx.emit('counter.num', counter.num)

而响应式的核心也就是这个，添加监听与发送通知会经由observable和observe自动完成。

代码实现

经由上面的思考，在Getter里我们需要将observe传过来的回调添加到订阅仓库中。
具体的实现中observable会为这个观察的对象添加一个handler，在Getter的handler中有一个

registerRunningReactionForOperation({ target, key, receiver, type: 'get' })
const connectionStore = new WeakMap()
// reactions can call each other and form a call stack
const reactionStack = []

// register the currently running reaction to be queued again on obj.key mutations
export function registerRunningReactionForOperation (operation) {
  // get the current reaction from the top of the stack
  const runningReaction = reactionStack[reactionStack.length - 1]
  if (runningReaction) {
    debugOperation(runningReaction, operation)
    registerReactionForOperation(runningReaction, operation)
  }
}

这个函数会获取出一个reaction(也就是observe传过来的回调)，并且通过registerReactionForOperation保存。

export function registerReactionForOperation (reaction, { target, key, type }) {
  if (type === 'iterate') {
    key = ITERATION_KEY
  }

  const reactionsForObj = connectionStore.get(target)
  let reactionsForKey = reactionsForObj.get(key)
  if (!reactionsForKey) {
    reactionsForKey = new Set()
    reactionsForObj.set(key, reactionsForKey)
  }
  // save the fact that the key is used by the reaction during its current run
  if (!reactionsForKey.has(reaction)) {
    reactionsForKey.add(reaction)
    reaction.cleaners.push(reactionsForKey)
  }
}

这里生成了一个Set，根据key，也就是实际业务中get时候的key，将这个reaction添加进Set中，整个的结构是这样的：

connectionStore<weakMap>: {
    // target eg: {num: 1}
    target: <Map>{
        num: (reaction1, reaction2...)
    }
}

注意这里的reaction，const runningReaction = reactionStack[reactionStack.length - 1] 通过全局变量reactionStack获取到的。

export function observe (fn, options = {}) {
  // wrap the passed function in a reaction, if it is not already one
  const reaction = fn[IS_REACTION]
    ? fn
    : function reaction () {
      return runAsReaction(reaction, fn, this, arguments)
    }
  // save the scheduler and debugger on the reaction
  reaction.scheduler = options.scheduler
  reaction.debugger = options.debugger
  // save the fact that this is a reaction
  reaction[IS_REACTION] = true
  // run the reaction once if it is not a lazy one
  if (!options.lazy) {
    reaction()
  }
  return reaction
}

export function runAsReaction (reaction, fn, context, args) {
  // do not build reactive relations, if the reaction is unobserved
  if (reaction.unobserved) {
    return Reflect.apply(fn, context, args)
  }

  // only run the reaction if it is not already in the reaction stack
  // TODO: improve this to allow explicitly recursive reactions
  if (reactionStack.indexOf(reaction) === -1) {
    // release the (obj -> key -> reactions) connections
    // and reset the cleaner connections
    releaseReaction(reaction)

    try {
      // set the reaction as the currently running one
      // this is required so that we can create (observable.prop -> reaction) pairs in the get trap
      reactionStack.push(reaction)
      return Reflect.apply(fn, context, args)
    } finally {
      // always remove the currently running flag from the reaction when it stops execution
      reactionStack.pop()
    }
  }
}

在runAsReaction中，会将传入的reaction(也就是上面的const reaction = function() { runAsReaction(reaction) })执行自己的包裹函数压入栈中，并且执行fn，这里的fn即我们想自动响应的函数，执行这个函数自然会触发get，此时的reactionStack中则会存在这个reaction。这里注意fn如果里面有异步代码的情况，try finally的执行顺序是这样的:

// 执行try的内容，
// 如果有return执行return内容，但不会返回，执行finally后返回，这里面不会阻塞。

function test() {
    try { 
        console.log(1); 
        const s = () => { console.log(2); return 4; }; 
        return s();
    } finally { 
        console.log(3) 
    }
}

// 1 2 3 4
console.log(test())

所以如果异步代码阻塞并且先于Getter执行，那么就不会收集到这个依赖。

模仿

目标实现observable和observe以及衍生出来的Vue中的computed。
借用Vue3的思路，get时的操作称为track，set时的操作称为trigger，回调称为effect。

先来个导图：

function createObserve(obj)  {
    
    let handler = {
        get: function (target, key, receiver) {
            let result = Reflect.get(target, key, receiver)
            track(target, key, receiver)            
            return result
        },
        set: function (target, key, value, receiver) {
            let result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
            trigger(target, key, value, receiver)        
            return result
        }
    }

    let proxyObj = new Proxy(obj, handler)

    return proxyObj
}

function observable(obj) {
    return createObserve(obj)
}

这里我们只作了一层Proxy封装，像Vue中应该会做一个递归的封装。

区别是只做一层封装的话只能检测到外层的=操作，内层的如Array.push，或者嵌套的替换等都是无法经过set和get的。

实现track

在track中我们会将当前触发的effect也就是observe的内容或者其他内容压入关系链中，以便trigger时可以调用到这个effect。

const targetMap = new WeakMap()
let activeEffectStack = []
let activeEffect

function track(target, key, receiver?) {
    let depMap = targetMap.get(target)

    if (!depMap) {
        targetMap.set(target, (depMap = new Map()))
    }

    let dep = depMap.get(key)

    if (!dep) {
        depMap.set(key, ( dep = new Set() ))
    }

    if (!dep.has(activeEffect)) {
        dep.add(activeEffect)
    }
}

targetMap是一个weakMap，使用weakMap的好处是当我们observable的对象不存在其他引用的时候会正确的被垃圾回收掉，这一条链是我们额外建立的内容，原对象不存在的情况下不应该在继续存在。

这里面最终会形成一个:

targetMap = {
    <Proxy 或者 Object>observeable: <Map>{
        <observeable中的某一个key>key: ( observe, observe, observe... )
    }
}

activeEffectStack和activeEffect是两个用于数据交换的全局变量，我们在get中会把当前的activeEffect添加到get的key的生成的Set中保存起来，让set操作可以拿到这个activeEffect然后再次调用，实现响应式。

实现trigger

function trigger(target, key, value, receiver?) {
    let depMap = targetMap.get(target)

    if (!depMap) {
        return
    }

    let dep = depMap.get(key)

    if (!dep) {
        return
    }

    dep.forEach((item) => item && item())
}

trigger这里按照思路实现一个最小的内容，只是将get中添加的effect逐个调用。

实现observe

根据导图，在observe中我们需要将传入的function压入activeEffectStack并调用一次function触发get。

function observe(fn:Function) {
    const wrapFn = () => {

        const reaction = () => {
            try {
                activeEffect = fn     
                activeEffectStack.push(fn)
                return fn()
            } finally {
                activeEffectStack.pop()
                activeEffect = activeEffectStack[activeEffectStack.length-1]
            }
        }

        return reaction()
    }

    wrapFn()

    return wrapFn
}

function有可能出错，finally中的代码保证activeEffectStack中对应的那个会被正确删除。

测试

let p = observable({num: 0})
let j = observe(() => {console.log("i am observe:", p.num);)
let e = observe(() => {console.log("i am observe2:", p.num)})

// i am observe: 1
// i am observe2: 1
p.num++

实现computed

在Vue中一个很有用的东西是计算属性(computed)，它是依赖于其他属性而生成的新值，会在它依赖的其他值更改时自动更改。
我们在实现了ovserve之后computed就实现了一大半。

class computedImpl {
    private _value
    private _setter
    private effect

    constructor(options) {
        this._value = undefined
        this._setter = undefined
        const { get, set } = options
        this._setter = set

        this.effect = observe(() => {
            this._value = get()
        })
    }

    get value() {
        return this._value
    }

    set value (val) {
        this._setter && this._setter(val)
    }
}

function computed(fnOrOptions) {

    let options = {
        get: null,
        set: null
    }

    if (fnOrOptions instanceof Function) {
        options.get = fnOrOptions
    } else {
        const { get, set } = fnOrOptions
        options.get= get
        options.set = set
    }

    return new computedImpl(options)
}

computed有两种方式，一种是computed(function)这样会当做get，另外还可以设置setter，setter更多的像是一个回调可以和依赖的其他属性完全没有关系。

let p = observable({num: 0})
let j = observe(() => {console.log("i am observe:", p.num); return `i am observe: ${p.num}`})
let e = observe(() => {console.log("i am observe2:", p.num)})
let w = computed(() => { return '我是computed 1:' + p.num })
let v = computed({
    get: () => {
        return 'test computed getter' + p.num
    },

    set: (val) => {
        p.num = `test computed setter${val}`
    }
})

p.num++
// i am observe: 0
// i am observe2: 0
// i am observe: 1
// i am observe2: 1
// 我是computed 1:1
console.log(w.value)
v.value = 3000
console.log(w.value)
// i am observe: test computed setter3000
// i am observe2: test computed setter3000
// 我是computed 1:test computed setter3000
w.value = 1000
// 并没有为w设置setter所以并没有生效
// 我是computed 1:test computed setter3000
console.log(w.value)

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