【Vue.js设计与实现】第二篇：响应系统-阅读笔记（持续更新）

从高层设计的角度去探讨框架需要关注的问题。

系列目录：

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第一篇：框架设计概览	【Vue.js设计与实现】第一篇：框架设计概览-阅读笔记
第二篇：响应系统	【Vue.js设计与实现】第二篇：响应系统-阅读笔记
第三篇：渲染器	【Vue.js设计与实现】第三篇：渲染器-阅读笔记
第四篇：组件化	【Vue.js设计与实现】第四篇：组件化-阅读笔记
第五篇：编译器	【Vue.js设计与实现】第五篇：编译器-阅读笔记
第六篇：服务端渲染	【Vue.js设计与实现】第六篇：服务端渲染-阅读笔记

第二篇 响应系统

• 第 4 章 响应系统的作用与实现
• 第 5 章 非原始值的响应式方案
• 第 6 章 原始值的响应式方案

第四章：响应系统的作用与实现

4.1 响应式数据与副作用函数

副作用函数，即会产生副作用的函数。

如：effect 函数的执行会直接或间接影响其他函数的执行，如修改了全局变量，它就是一个副作用函数。

function effect() {document.body.innerHTML = obj.text;
}

响应式数据：若obj.text变化了，我们希望副作用函数effect 重新执行，如果能实现这个目标，就是响应式。

const obj = { text: "hello world" };function effect() {document.body.innerHTML = obj.text;
}

4.2 响应式数据的基本实现

如何让obj实现响应式？我们发现：

• 当副作用函数 effect 执行时，会触发字段 obj.text 的读取操作
• 当修改 obj.text 的值时，会触发字段 obj.text 的设置操作

也就是说，我们可以通过拦截一个对象的读取和设置操作来实现响应式：

• 设置一个桶，来存放与响应式数据相关的副作用函数
• 读取数据时，把与这个响应式数据相关的副作用函数放进一个桶里
• 设置数据时（即修改数据时），桶里所有的函数都是与这个响应式数据相关的函数，因此 执行桶中所有函数

拦截一个对象属性的读取和设置操作，在vue2用Object.defineProperty实现，在vue3用代理对象Proxy实现。

我们根据上述思路，简单地用proxy实现响应式数据：

桶与响应式数据：

// 存储副作用函数的桶
const bucket = new Set();// 原始数据
const data = { text: "hello world" };
// 对原始数据的代理
const obj = new Proxy(data, {// 拦截读取操作get(target, key) {// 将副作用函数 effect 添加到存储副作用函数的桶中bucket.add(effect);// 返回属性值return target[key];},// 拦截设置操作set(target, key, newVal) {// 设置属性值target[key] = newVal;// 把副作用函数从桶里取出并执行bucket.forEach((fn) => fn());// 操作成功return true;},
});

具体调用：

// 副作用函数
function effect() {document.body.innerHTML = obj.text;
}// 执行副作用函数，触发读取
effect();// 1 秒后修改响应式数据
setTimeout(() => {obj.text = "hello vue3";
}, 1000);

在浏览器中运行，可以看到字符串的闪动。

4.3 设计一个完善的响应系统

由上一节可知，一个响应系统的工作流程如下：

• 当读取操作发生时，将副作用函数收集到“桶”中；
• 当设置操作发生时，从“桶”中取出副作用函数并执行

但是，上一节的操作有些缺陷：我们硬编码了副作用函数的名字（effect），导致一旦副作用函数的名字不叫 effect，那么这段代码就不能正确地工作了。我们希望，哪怕副作用函数是一个匿名函数，也能够被正确地收集到“桶”中。因此，我们需要提供用来注册副作用函数的机制。

// 用一个全局变量存储被注册的副作用函数
let activeEffect;// effect 函数用于注册副作用函数
function effect(fn) {activeEffect = fn;fn();
}

这样一来，就可以使用一个匿名的副作用函数作为 effect 函数的参数。 响应系统就不依赖副作用函数的名字了。

const obj = new Proxy(data, {get(target, key) {// 新增if(activeEffect){bucket.add(activeEffect)}return target[key];},set(target, key, newVal) {target[key] = newVal;bucket.forEach((fn) => fn());return true;},
});

然而，上述代码还有缺陷：假设我们给obj的其他字段赋值，也会触发proxy的set，这是不对的，我们的初衷是只obj.text有响应式。这个问题的根本原因：没有在副作用函数与被操作的目标字段之间建立明确的联系。

解决方法：重新设计“桶”的数据结构。

观察下面代码：

function effect() {document.body.innerHTML = obj.text;
}

此副作用函数中有3个角色：

• 被读取的代理对象obj
• 被读取的字段text
• 副作用函数effect

如果用 target 来表示一个代理对象所代理的原始对象，用 key 来表示被操作的字段名，用 effectFn 来表示被注册的副作用函数，则他们的数据结构为树形数据结构，关系如下：

target-- key--effectFn

举个例子：

两个副作用函数同时读取同一个对象的属性值

target-- key--effectFn1--effectFn2

一个副作用函数中读取了一个对象的两个属性

target-- key1--effectFn-- key2--effectFn

不同的副作用函数中读取了两个不同对象的不同属性

target1-- key1--effectFn1target2-- key2--effectFn2

构建数据结构与代码：

• 桶：WeakMap 由 target --> Map 构成
• 桶里的target： Map 由 key --> Set 构成

const bucket = new WeakMap();const obj = new Proxy(data, {get(target, key) {if (!activeEffect) return target[key];// key -> effectslet depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) {bucket.set(target, (depsMap = new Map()));}// deps 存储所有与[target,key]相关的副作用函数let deps = depsMap.get(key);if (!deps) {depsMap.set(key, (deps = new Set()));}deps.add(activeEffect);return target[key];},set(target, key, newVal) {target[key] = newVal;const depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) return;const effects = depsMap.get(key);effects && effects.forEach((effect) => effect());},
});

WeakMap 的键是原始对象 target，WeakMap 的值是一个Map 实例，而 Map 的键是原始对象 target 的 key，Map 的值是一个由副作用函数组成的 Set。

我们把下图中 Set 数据结构所存储的副作用函数集合称为 key 的依赖集合

为什么桶要使用WeakMap？

const map = new Map();
const weakMap = new WeakMap()(function () {const foo = { foo: 1 };const bar = { bar: 2 };map.set(foo, 1);weakMap.set(bar, 2);
})()

上述代码定义了一个立即执行的函数表达式（IIFE），当它执行完时，map的key 强引用 foo，则它不会被垃圾回收器回收；而WeakMap的 key 是弱引用，垃圾回收器就会把对象 bar 从内存中移除。

简单地说，WeakMap 对 key 是弱引用，不影响垃圾回收器的工作。 常用于存储那些只有当 key 所引用的对象存在时（没有被回收）才有价值的信息，如上述场景：若 target 对象没有引用了，说明用户不需要它了，此时垃圾回收器会完成回收任务。

如果使用 Map 来代替 WeakMap， 那么即使用户的代码对 target 没有任何引用，这个 target 也不会被回收，最终可能导致内存溢出。

最后，把收集、触发副作用函数封装到track、trigger中：

const bucket = new WeakMap();const obj = new Proxy(data, {get(target, key) {track(target, key);return target[key];},set(target, key, newVal) {target[key] = newVal;trigger(target, key)},
});function track(target, key) {if (!activeEffect) return;let depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) {bucket.set(target, (depsMap = new Map()));}let deps = depsMap.get(key);if (!deps) {depsMap.set(key, (deps = new Set()));}deps.add(activeEffect);
}function trigger(target, key) {const depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) return;const effects = depsMap.get(key);effects && effects.forEach((effect) => effect());
}

4.4 分支切换与 cleanup

分支切换：当字段 obj.ok 的值发生变化时，代码执行的分支会跟着变化，这就是分支切换

document.body.innerHTML = obj.ok ? obj.text : "not";

分支切换可能会产生遗留的副作用函数。obj.ok的初始值为true时，会读取字段obj.text，则副作用函数与响应式数据之间的联系如下：

data--ok--effectFn--text--effectFn

当obj.ok的值为false时，obj.text不会被读取，此时副作
用函数 effectFn 不应该被字段 obj.text 所对应的依赖集合收集：

然而，在obj.ok改为false时，我们并没有删除key为text的副作用函数，这就产生了遗留的副作用函数。

遗留的副作用函数会导致不必要的更新。即，会调用不必要的副作用函数。举个例子：

effect(function effectFn(){document.body.innerHTML = obj.ok ? obj.text : "not";
})

若此时obj.ok为false，但修改了obj.text的值，副作用函数仍然会执行，尽管我们已经不再读取obj.text了。

解决这个问题的方法：每次副作用函数执行时，我们可以 先把它从所有与之关联的依赖集合中删除。当副作用函数执行完毕后，会重新建立联系，但在新的联系中不会包含遗留的副作用函数。如图：

要将一个副作用函数从所有与之关联的依赖集合中移除，就需要知道哪些依赖集合中包含它，即，需要一个数组来存储包含当前副作用函数的依赖集合。

给effectFn 添加一个属性deps ，用来存储会调用此副作用函数的依赖集合。

function effect(fn) {const effectFn = () => {activeEffect = effect;fn();};// 存储所有与该副作用函数相关联的依赖集合effectFn.deps = [];effectFn();
}

在track中添加：

function track(target, key) {if (!activeEffect) return;let depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) {bucket.set(target, (depsMap = new Map()));}let deps = depsMap.get(key);if (!deps) {depsMap.set(key, (deps = new Set()));}deps.add(activeEffect);// 新增activeEffect.deps.push(deps);
}

在副作用函数执行时，将包含此副作用函数的依赖集合中的此函数移除：

function effect(fn) {const effectFn = () => {// 调用 cleanup 函数完成清除工作cleanup(effectFn);activeEffect = effect;fn();};// 存储所有与该副作用函数相关联的依赖集合effectFn.deps = [];effectFn();
}function cleanup(effectFn) {for (let i = 0; i < effectFn.deps.length; i++) {const deps = effectFn.deps[i];deps.delete(effectFn);}// 重置数组effectFn.deps.length = 0;
}

到这里，我们已经清除了遗留的副作用函数。然而，运行此代码，会发现：出现了死循环。问题出现在trigger 函数中：

function trigger(target, key) {const depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) return;const effects = depsMap.get(key);// 问题出现在这里effects && effects.forEach((effect) => effect());
}

原因：

在调用 forEach 遍历 Set 集合时，如果一个值已经被访问过了，但该值被删除并重新添加到集合，如果此时 forEach 遍历没有结束，那么该值会重新被访问

因此，想要解决这个问题，我们可以创建一个新的set集合并遍历它：

function trigger(target, key) {const depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) return;const effects = depsMap.get(key);// 新增const effectsToRun = new Set(effects);effectsToRun.forEach((effect) => effect());
}

4.5 嵌套的 effect 与 effect 栈

上述代码在effect嵌套时会出错，原因是：

同一时刻 activeEffect 所存储的副作用函数只能有一个。当副作用函数发生嵌套时，内层副作用函数的执行会覆盖 activeEffect 的值，并且永远不会恢复到原来的值。

解决方法：需要一个副作用函数栈 effectStack，在副作用函数执行时，将当前副作用函数压入栈中，执行完毕后将其从栈中弹出，并始终让 activeEffect 指向栈顶的副作用函数。

let activeEffect;
const effectStack = [];function effect(fn) {const effectFn = () => {cleanup(effectFn);activeEffect = effectFn;effectStack.push(effectFn);fn();effectStack.pop();activeEffect = effectStack[effectStack.length - 1];};effectFn.deps = [];effectFn();
}

4.6 避免无限递归循环

如下代码会无限递归循环：

const data = { foo: 1 };
const obj = new Proxy(data, {//
});effect(() => obj.foo++);

原因是：obj.foo++语句，会读取也会设置，因此它会触发track和trigger，不断地添加副作用函数。

解决方法：可以在 trigger 动作发生时增加守卫条件：如果 trigger 触发执行的副作用函数与当前正在执行的副作用函数相同，则不触发执行。

function trigger(target, key) {const depsMap = bucket.get(target);if (!depsMap) return;const effects = depsMap.get(key);// 新增const effectsToRun = new Set();effects &&effects.forEach((effect) => {if (effect !== activeEffect) {effectsToRun.add(effect);}});effectsToRun.forEach((effect) => effect());
}

4.7 调度执行

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其他

响应式数据

先了解两个概念：副作用函数和响应式数据。

副作用函数：会产生副作用的函数。

如：

let val=1function effect(){val=2
}

这个函数改变了全局变量val，产生了副作用，因此是副作用函数。

而如果val这个数据的变化改变了视图的变化，那么val就称作响应式数据。

想要实现响应式数据，需要依赖两个行为：

• getter：数据读取
• setter：数据修改

vue2中这两个行为通过Object.defineProperty实现
vue3中这两个行为通过Proxy实现。

响应式数据的实现原理：

Vue在组件和实例初始化的时候，会将data里的数据进行数据劫持，即Object.defineProperty对数据进行处理。被劫持后的数据会有两个属性：getter和setter。

使用数据时触发getter，修改数据时触发setter，同时也出发了底层的watcher监听，通知DOM修改刷新。 这就实现了响应式数据。

Vue中的数据变页面一定变吗？

不一定。数据变页面也变是因为数据有getter和setter两个属性。如果没有则不会变。

vue中的响应式是什么?
怎么理解响应式原理?_vue响应式属性_J.P_P的博客-CSDN博客
Vue 核心之数据劫持 - Jaye8584 - 博客园 (cnblogs.com)

调度系统

调度系统，指的是响应性的可调度性。

可调度性，指的是，当数据更新的动作，触发副作用函数重新执行时，有能力决定：副作用函数effect执行的时机、次数以及方式。

想要实现一个调度系统，需要依赖：异步Promise和队列jobQueue。需要：基于Set构建出一个基本的队列数组jobQueue，利用Promise的异步特性，来控制执行的顺序。

计算属性

计算属性的本质：一个属性值，当依赖响应式数据发生变化时，重新计算。

计算属性的实现：依赖于调度系统。

懒惰执行

watch监听器：观测一个响应式数据，当数据发生变化时，通知并执行对应的回调函数。

这意味着，watch很多时候不需要立即执行。因此，需要懒惰执行进行控制。

懒惰执行的实现：比调度系统简单。本质上是一个boolean型的值，被添加到effet函数中，用来控制副作用的执行。

if(!lazy){//执行副作用函数
}

watch的实现原理

基于调度系统和懒惰执行。

过期的副作用

我们可以在watch完成异步操作。但是，大量的异步操作可能导致竞态问题。

竞态问题：在描述一个系统或进程的输出，依赖于不受控制的事件出现顺序或者出现时机。

如：

let findDatawatch(obj,async()=>{const res=await fetch('/path/to/request')findData=res
})

这段代码是异步操作。若obj改变了两次，就会发送两次网络请求。我们无法知道findData最后保存的值是哪一次网络请求的。这种问题就是竞态问题。

而如果想要解决这问题，那么就需要使用到 watch 回调函数的第三个参数 onInvalidate，它本身也是一个回调函数。并且该回调函数（onInvalidate）会在副作用下一次重新执行前调用，可以用来清除无效的副作用，例如等待中的异步请求
而onInvalidate 的实现原理也非常简单，只需要 在副作用函数（effct）重新执行前，先触发 onInvalidate 即可。

好抽象，没太懂。

第七章：渲染器的设计

渲染器和渲染函数不是一个东西。

• 渲染器是createRenderer的返回值，是一个对象
• 渲染函数是渲染器对象中的render方法

在vue 3.2.37 源码中，createRenderer函数具体是通过baseCreateRenderer进行的。总体可以分为两部分：

1. 在浏览器端渲染时，利用DOM API完成DOM操作：如渲染DOM用createElement，删除DOM使用removeChild
2. 渲染器不能和宿主环境（浏览器）强耦合：vue中有浏览器渲染和服务端渲染。若与浏览器强耦合就不好实现服务端渲染了。

vnode

是一个普通的JS对象，代表了渲染的内容。 对象中通过type表示渲染的DOM。如type===div表示div标签。type===Fragment表示文档片段。

第八章：挂载与更新

对于渲染器，它所作的最核心的事情是：对节点进行挂载、更新。

第八章分为两部分来讲解这件事：

1. DOM节点操作
2. 属性节点操作

DOM节点操作

分为3部分：

• 挂载：节点的初次渲染。如用createElement新建一个节点。
• 更新：当响应性数据发生变化时，可能会涉及到DOM的更新。本质上属于属性的更新。
• 卸载：旧节点不再需要了，就删除旧节点。如通过parentEl.removeChild进行。

属性节点操作

属性可以分为两类：

1. 属性，如：class，id，value…
2. 事件，如：click、input…

先了解非事件的属性部分。
想了解vue对属性的处理，需要先了解浏览器中的属性分类。
浏览器中，DOM属性被分为两类：

1. HTML Attributes：直接定义在HTML上的属性
2. DOM Properties：拿到DOM对象后定义的属性。

对于HTML Attributes，它只能在html中操作。而想要在JS中操作DOM，需要通过DOM Properties来实现。因为JS本身特性的问题，会导致某些DOM Properties的设置存在特殊性，如class、type、value。为了保证DOM Properties的成功设置，我们需要知道不同属性的DOM Properties定义方式。

1. el.setAttribute('属性名','属性值')
2. . 属性赋值：el.属性名=属性值 或 el[属性名]=属性值

事件