剖析Vue實現(xiàn)原理 - 如何實現(xiàn)雙向綁定mvvm

本文能幫你做什么？

1、了解vue的雙向數(shù)據(jù)綁定原理以及核心代碼模塊

2、緩解好奇心的同時了解如何實現(xiàn)雙向綁定

為了便于說明原理與實現(xiàn)，本文相關代碼主要摘自vue源碼, 并進行了簡化改造，相對較簡陋，并未考慮到數(shù)組的處理、數(shù)據(jù)的循環(huán)依賴等，也難免存在一些問題，歡迎大家指正。不過這些并不會影響大家的閱讀和理解，相信看完本文后對大家在閱讀vue源碼的時候會更有幫助

本文所有相關代碼均在github上面可找到 https://github.com/DMQ/mvvm

相信大家對mvvm雙向綁定應該都不陌生了，一言不合上代碼，下面先看一個本文最終實現(xiàn)的效果吧，和vue一樣的語法，如果還不了解雙向綁定，猛戳Google

<div id="mvvm-app">
    <input type="text" v-model="word">
    <p>{{word}}</p>
    <button v-on:click="sayHi">change model</button>
</div>

<script src="./js/observer.js"></script>
<script src="./js/watcher.js"></script>
<script src="./js/compile.js"></script>
<script src="./js/mvvm.js"></script>
<script>
var vm = new MVVM({
    el: '#mvvm-app',
        data: {
            word: 'Hello World!'
        },
        methods: {
            sayHi: function() {
                this.word = 'Hi, everybody!';
            }
        }
    });
</script>

效果：
![img1][img1]

幾種實現(xiàn)雙向綁定的做法

目前幾種主流的mvc(vm)框架都實現(xiàn)了單向數(shù)據(jù)綁定，而我所理解的雙向數(shù)據(jù)綁定無非就是在單向綁定的基礎上給可輸入元素（input、textare等）添加了change(input)事件，來動態(tài)修改model和 view，并沒有多高深。所以無需太過介懷是實現(xiàn)的單向或雙向綁定。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)綁定的做法有大致如下幾種：

發(fā)布者-訂閱者模式（backbone.js）

臟值檢查（angular.js）

數(shù)據(jù)劫持（vue.js）

發(fā)布者-訂閱者模式: 一般通過sub, pub的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視圖的綁定監(jiān)聽，更新數(shù)據(jù)方式通常做法是 vm.set('property', value)，這里有篇文章講的比較詳細，有興趣可點這里

這種方式現(xiàn)在畢竟太low了，我們更希望通過 vm.property = value這種方式更新數(shù)據(jù)，同時自動更新視圖，于是有了下面兩種方式

臟值檢查: angular.js 是通過臟值檢測的方式比對數(shù)據(jù)是否有變更，來決定是否更新視圖，最簡單的方式就是通過 setInterval() 定時輪詢檢測數(shù)據(jù)變動，當然Google不會這么low，angular只有在指定的事件觸發(fā)時進入臟值檢測，大致如下：

• DOM事件，譬如用戶輸入文本，點擊按鈕等。( ng-click )
• XHR響應事件 ( $http )
• 瀏覽器Location變更事件 ( $location )
• Timer事件( interval )
• 執(zhí)行 apply()

數(shù)據(jù)劫持: vue.js 則是采用數(shù)據(jù)劫持結(jié)合發(fā)布者-訂閱者模式的方式，通過Object.defineProperty()來劫持各個屬性的setter，getter，在數(shù)據(jù)變動時發(fā)布消息給訂閱者，觸發(fā)相應的監(jiān)聽回調(diào)。

思路整理

已經(jīng)了解到vue是通過數(shù)據(jù)劫持的方式來做數(shù)據(jù)綁定的，其中最核心的方法便是通過Object.defineProperty()來實現(xiàn)對屬性的劫持，達到監(jiān)聽數(shù)據(jù)變動的目的，無疑這個方法是本文中最重要、最基礎的內(nèi)容之一，如果不熟悉defineProperty，猛戳這里
整理了一下，要實現(xiàn)mvvm的雙向綁定，就必須要實現(xiàn)以下幾點：
1、實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)監(jiān)聽器Observer，能夠?qū)?shù)據(jù)對象的所有屬性進行監(jiān)聽，如有變動可拿到最新值并通知訂閱者
2、實現(xiàn)一個指令解析器Compile，對每個元素節(jié)點的指令進行掃描和解析，根據(jù)指令模板替換數(shù)據(jù)，以及綁定相應的更新函數(shù)
3、實現(xiàn)一個Watcher，作為連接Observer和Compile的橋梁，能夠訂閱并收到每個屬性變動的通知，執(zhí)行指令綁定的相應回調(diào)函數(shù)，從而更新視圖
4、mvvm入口函數(shù)，整合以上三者

上述流程如圖所示：
![img2][img2]

1、實現(xiàn)Observer

ok, 思路已經(jīng)整理完畢，也已經(jīng)比較明確相關邏輯和模塊功能了，let's do it
我們知道可以利用Obeject.defineProperty()來監(jiān)聽屬性變動
那么將需要observe的數(shù)據(jù)對象進行遞歸遍歷，包括子屬性對象的屬性，都加上 setter和getter
這樣的話，給這個對象的某個值賦值，就會觸發(fā)setter，那么就能監(jiān)聽到了數(shù)據(jù)變化。。相關代碼可以是這樣：

var data = {name: 'kindeng'};
observe(data);
data.name = 'dmq'; // 哈哈哈，監(jiān)聽到值變化了 kindeng --> dmq

function observe(data) {
    if (!data || typeof data !== 'object') {
        return;
    }
    // 取出所有屬性遍歷
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        defineReactive(data, key, data[key]);
    });
};

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 監(jiān)聽子屬性
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true, // 可枚舉
        configurable: false, // 不能再define
        get: function() {
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            console.log('哈哈哈，監(jiān)聽到值變化了 ', val, ' --> ', newVal);
            val = newVal;
        }
    });
}

這樣我們已經(jīng)可以監(jiān)聽每個數(shù)據(jù)的變化了，那么監(jiān)聽到變化之后就是怎么通知訂閱者了，所以接下來我們需要實現(xiàn)一個消息訂閱器，很簡單，維護一個數(shù)組，用來收集訂閱者，數(shù)據(jù)變動觸發(fā)notify，再調(diào)用訂閱者的update方法，代碼改善之后是這樣：

// ... 省略
function defineReactive(data, key, val) {
    var dep = new Dep();
    observe(val); // 監(jiān)聽子屬性

    Object.defineProperty(data, key, {
        // ... 省略
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) return;
            console.log('哈哈哈，監(jiān)聽到值變化了 ', val, ' --> ', newVal);
            val = newVal;
            dep.notify(); // 通知所有訂閱者
        }
    });
}

function Dep() {
    this.subs = [];
}
Dep.prototype = {
    addSub: function(sub) {
        this.subs.push(sub);
    },
    notify: function() {
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update();
        });
    }
};

那么問題來了，誰是訂閱者？怎么往訂閱器添加訂閱者？
沒錯，上面的思路整理中我們已經(jīng)明確訂閱者應該是Watcher, 而且var dep = new Dep();是在 defineReactive方法內(nèi)部定義的，所以想通過dep添加訂閱者，就必須要在閉包內(nèi)操作，所以我們可以在 getter里面動手腳：

// Observer.js
// ...省略
Object.defineProperty(data, key, {
    get: function() {
        // 由于需要在閉包內(nèi)添加watcher，所以通過Dep定義一個全局target屬性，暫存watcher, 添加完移除
        Dep.target && dep.addDep(Dep.target);
        return val;
    }
    // ... 省略
});

// Watcher.js
Watcher.prototype = {
    get: function(key) {
        Dep.target = this;
        this.value = data[key]; // 這里會觸發(fā)屬性的getter，從而添加訂閱者
        Dep.target = null;
    }
}

這里已經(jīng)實現(xiàn)了一個Observer了，已經(jīng)具備了監(jiān)聽數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)變化通知訂閱者的功能，完整代碼。那么接下來就是實現(xiàn)Compile了

2、實現(xiàn)Compile

compile主要做的事情是解析模板指令，將模板中的變量替換成數(shù)據(jù)，然后初始化渲染頁面視圖，并將每個指令對應的節(jié)點綁定更新函數(shù)，添加監(jiān)聽數(shù)據(jù)的訂閱者，一旦數(shù)據(jù)有變動，收到通知，更新視圖，如圖所示：
![img3][img3]

因為遍歷解析的過程有多次操作dom節(jié)點，為提高性能和效率，會先將vue實例根節(jié)點的el轉(zhuǎn)換成文檔碎片fragment進行解析編譯操作，解析完成，再將fragment添加回原來的真實dom節(jié)點中

function Compile(el) {
    this.$el = this.isElementNode(el) ? el : document.querySelector(el);
    if (this.$el) {
        this.$fragment = this.node2Fragment(this.$el);
        this.init();
        this.$el.appendChild(this.$fragment);
    }
}
Compile.prototype = {
    init: function() { this.compileElement(this.$fragment); },
    node2Fragment: function(el) {
        var fragment = document.createDocumentFragment(), child;
        // 將原生節(jié)點拷貝到fragment
        while (child = el.firstChild) {
            fragment.appendChild(child);
        }
        return fragment;
    }
};

compileElement方法將遍歷所有節(jié)點及其子節(jié)點，進行掃描解析編譯，調(diào)用對應的指令渲染函數(shù)進行數(shù)據(jù)渲染，并調(diào)用對應的指令更新函數(shù)進行綁定，詳看代碼及注釋說明：

Compile.prototype = {
    // ... 省略
    compileElement: function(el) {
        var childNodes = el.childNodes, me = this;
        [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) {
            var text = node.textContent;
            var reg = /\{\{(.*)\}\}/;   // 表達式文本
            // 按元素節(jié)點方式編譯
            if (me.isElementNode(node)) {
                me.compile(node);
            } else if (me.isTextNode(node) && reg.test(text)) {
                me.compileText(node, RegExp.$1);
            }
            // 遍歷編譯子節(jié)點
            if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
                me.compileElement(node);
            }
        });
    },

    compile: function(node) {
        var nodeAttrs = node.attributes, me = this;
        [].slice.call(nodeAttrs).forEach(function(attr) {
            // 規(guī)定：指令以 v-xxx 命名
            // 如 <span v-text="content"></span> 中指令為 v-text
            var attrName = attr.name;   // v-text
            if (me.isDirective(attrName)) {
                var exp = attr.value; // content
                var dir = attrName.substring(2);    // text
                if (me.isEventDirective(dir)) {
                    // 事件指令, 如 v-on:click
                    compileUtil.eventHandler(node, me.$vm, exp, dir);
                } else {
                    // 普通指令
                    compileUtil[dir] && compileUtil[dir](node, me.$vm, exp);
                }
            }
        });
    }
};

// 指令處理集合
var compileUtil = {
    text: function(node, vm, exp) {
        this.bind(node, vm, exp, 'text');
    },
    // ...省略
    bind: function(node, vm, exp, dir) {
        var updaterFn = updater[dir + 'Updater'];
        // 第一次初始化視圖
        updaterFn && updaterFn(node, vm[exp]);
        // 實例化訂閱者，此操作會在對應的屬性消息訂閱器中添加了該訂閱者watcher
        new Watcher(vm, exp, function(value, oldValue) {
            // 一旦屬性值有變化，會收到通知執(zhí)行此更新函數(shù)，更新視圖
            updaterFn && updaterFn(node, value, oldValue);
        });
    }
};

// 更新函數(shù)
var updater = {
    textUpdater: function(node, value) {
        node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
    }
    // ...省略
};

這里通過遞歸遍歷保證了每個節(jié)點及子節(jié)點都會解析編譯到，包括了{{}}表達式聲明的文本節(jié)點。指令的聲明規(guī)定是通過特定前綴的節(jié)點屬性來標記，如<span v-text="content" other-attr中v-text便是指令，而other-attr不是指令，只是普通的屬性。
監(jiān)聽數(shù)據(jù)、綁定更新函數(shù)的處理是在compileUtil.bind()這個方法中，通過new Watcher()添加回調(diào)來接收數(shù)據(jù)變化的通知

至此，一個簡單的Compile就完成了，完整代碼。接下來要看看Watcher這個訂閱者的具體實現(xiàn)了

3、實現(xiàn)Watcher

Watcher訂閱者作為Observer和Compile之間通信的橋梁，主要做的事情是:
1、在自身實例化時往屬性訂閱器(dep)里面添加自己
2、自身必須有一個update()方法
3、待屬性變動dep.notice()通知時，能調(diào)用自身的update()方法，并觸發(fā)Compile中綁定的回調(diào)，則功成身退。
如果有點亂，可以回顧下前面的思路整理

function Watcher(vm, exp, cb) {
    this.cb = cb;
    this.vm = vm;
    this.exp = exp;
    // 此處為了觸發(fā)屬性的getter，從而在dep添加自己，結(jié)合Observer更易理解
    this.value = this.get(); 
}
Watcher.prototype = {
    update: function() {
        this.run(); // 屬性值變化收到通知
    },
    run: function() {
        var value = this.get(); // 取到最新值
        var oldVal = this.value;
        if (value !== oldVal) {
            this.value = value;
            this.cb.call(this.vm, value, oldVal); // 執(zhí)行Compile中綁定的回調(diào)，更新視圖
        }
    },
    get: function() {
        Dep.target = this;  // 將當前訂閱者指向自己
        var value = this.vm[exp];   // 觸發(fā)getter，添加自己到屬性訂閱器中
        Dep.target = null;  // 添加完畢，重置
        return value;
    }
};
// 這里再次列出Observer和Dep，方便理解
Object.defineProperty(data, key, {
    get: function() {
        // 由于需要在閉包內(nèi)添加watcher，所以可以在Dep定義一個全局target屬性，暫存watcher, 添加完移除
        Dep.target && dep.addDep(Dep.target);
        return val;
    }
    // ... 省略
});
Dep.prototype = {
    notify: function() {
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update(); // 調(diào)用訂閱者的update方法，通知變化
        });
    }
};

實例化Watcher的時候，調(diào)用get()方法，通過Dep.target = watcherInstance標記訂閱者是當前watcher實例，強行觸發(fā)屬性定義的getter方法，getter方法執(zhí)行的時候，就會在屬性的訂閱器dep添加當前watcher實例，從而在屬性值有變化的時候，watcherInstance就能收到更新通知。

ok, Watcher也已經(jīng)實現(xiàn)了，完整代碼。
基本上vue中數(shù)據(jù)綁定相關比較核心的幾個模塊也是這幾個，猛戳這里 , 在src 目錄可找到vue源碼。

最后來講講MVVM入口文件的相關邏輯和實現(xiàn)吧，相對就比較簡單了~

4、實現(xiàn)MVVM

MVVM作為數(shù)據(jù)綁定的入口，整合Observer、Compile和Watcher三者，通過Observer來監(jiān)聽自己的model數(shù)據(jù)變化，通過Compile來解析編譯模板指令，最終利用Watcher搭起Observer和Compile之間的通信橋梁，達到數(shù)據(jù)變化 -> 視圖更新；視圖交互變化(input) -> 數(shù)據(jù)model變更的雙向綁定效果。

一個簡單的MVVM構(gòu)造器是這樣子：

function MVVM(options) {
    this.$options = options;
    var data = this._data = this.$options.data;
    observe(data, this);
    this.$compile = new Compile(options.el || document.body, this)
}

但是這里有個問題，從代碼中可看出監(jiān)聽的數(shù)據(jù)對象是options.data，每次需要更新視圖，則必須通過var vm = new MVVM({data:{name: 'kindeng'}}); vm._data.name = 'dmq';這樣的方式來改變數(shù)據(jù)。

顯然不符合我們一開始的期望，我們所期望的調(diào)用方式應該是這樣的：
var vm = new MVVM({data: {name: 'kindeng'}}); vm.name = 'dmq';

所以這里需要給MVVM實例添加一個屬性代理的方法，使訪問vm的屬性代理為訪問vm._data的屬性，改造后的代碼如下：

function MVVM(options) {
    this.$options = options;
    var data = this._data = this.$options.data, me = this;
    // 屬性代理，實現(xiàn) vm.xxx -> vm._data.xxx
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        me._proxy(key);
    });
    observe(data, this);
    this.$compile = new Compile(options.el || document.body, this)
}

MVVM.prototype = {
    _proxy: function(key) {
        var me = this;
        Object.defineProperty(me, key, {
            configurable: false,
            enumerable: true,
            get: function proxyGetter() {
                return me._data[key];
            },
            set: function proxySetter(newVal) {
                me._data[key] = newVal;
            }
        });
    }
};

這里主要還是利用了Object.defineProperty()這個方法來劫持了vm實例對象的屬性的讀寫權(quán)，使讀寫vm實例的屬性轉(zhuǎn)成讀寫了vm._data的屬性值，達到魚目混珠的效果，哈哈