响应式系统的关键要素包括什么，怎样实现响应式的-群英

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今天小编跟大家讲解下有关“响应式系统的关键要素包括什么，怎样实现响应式的”的内容，相信小伙伴们对这个话题应该有所关注吧，小编也收集到了相关资料，希望小伙伴们看了有所帮助。

作为前端开发，我们的日常工作就是将数据渲染到页面处理用户交互。在 Vue 中，数据变化时页面会重新渲染，比如我们在页面上显示一个数字，旁边有一个点击按钮，每次点击一下按钮，页面上所显示的数字会加一，这要怎么去实现呢？

按照原生 JS 的逻辑想一想，我们应该做三件事：监听点击事件，在事件处理函数中修改数据，然后手动去修改 DOM 重新渲染，这和我们使用 Vue 的最大区别在于多了一步【手动去修改DOM重新渲染】，这一步看起来简单，但我们得考虑几个问题：

需要修改哪个 DOM ？
数据每变化一次就需要去修改一次 DOM 吗？
怎么去保证修改 DOM 的性能？

所以要实现一个响应式系统并不简单，来结合 Vue 源码学习一下 Vue 中优秀的思想叭～

一、一个响应式系统的关键要素

1、如何监听数据变化

显然通过监听所有用户交互事件来获取数据变化是非常繁琐的，且有些数据的变动也不一定是用户触发的，那Vue是怎么监听数据变化的呢？—— Object.defineProperty

Object.defineProperty 方法为什么能监听数据变化？该方法可以直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个对象的现有属性，并返回这个对象，先来看一下它的语法：

Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)
// obj是传入的对象，prop是要定义或修改的属性，descriptor是属性描述符

这里比较核心的是 descriptor，它有很多可选键值。这里我们最关心的是 get 和 set，其中 get 是一个给属性提供的 getter 方法，当我们访问了该属性的时候会触发 getter 方法；set 是一个给属性提供的 setter 方法，当我们对该属性做修改的时候会触发 setter 方法。

简言之，一旦一个数据对象拥有了 getter 和 setter，我们就可以轻松监听它的变化了，并可将其称之为响应式对象。具体怎么做呢？

function observe(data) {
  if (isObject(data)) {
    Object.keys(data).forEach(key => {
      defineReactive(data, key)
    })
  }
}

function defineReactive(obj, prop) {
  let val = obj[prop]
  let dep = new Dep() // 用来收集依赖
  Object.defineProperty(obj, prop, {
    get() {
      // 访问对象属性了，说明依赖当前对象属性，把依赖收集起来
      dep.depend()
      return val
    }
    set(newVal) {
      if (newVal === val) return
      // 数据被修改了，该通知相关人员更新相应的视图了
      val = newVal
      dep.notify()     
    }
  }) 
  // 深层监听
  if (isObject(val)) {
    observe(val)
  }
  return obj
}

这里我们需要一个 Dep 类（dependency）来做依赖收集

PS：Object.defineProperty 只能监听已存在的属性，对于新增的属性就无能为力了，同时无法监听数组的变化（Vue2中通过重写数组原型上的方法解决这一问题），所以在 Vue3 中将其换成了功能更强大的Proxy。

2、如何进行依赖收集——实现 Dep 类

基于构造函数实现：

function Dep() {
  // 用deps数组来存储各项依赖
  this.deps = []
}
// Dep.target用来记录正在运行的watcher实例，这是一个全局唯一的 Watcher 
// 这是一个非常巧妙的设计，因为JS是单线程的，在同一时间只能有一个全局的 Watcher 被计算
Dep.target = null

// 在原型上定义depend方法，每个实例都能访问
Dep.prototype.depend = function() {
  if (Dep.target) {
    this.deps.push(Dep.target)
  }
}
// 在原型上定义notify方法，用于通知watcher更新
Dep.prototype.notify = function() {
  this.deps.forEach(watcher => {
    watcher.update()
  })
}
// Vue中会有嵌套的逻辑，比如组件嵌套，所以利用栈来记录嵌套的watcher 
// 栈，先入后出 
const targetStack = [] 
function pushTarget(_target) { 
  if (Dep.target) targetStack.push(Dep.target) 
  Dep.target = _target 
} 
function popTarget() { 
  Dep.target = targetStack.pop() 
}

这里主要理解原型上的两个方法：depend 和 notify，一个用于添加依赖，一个用于通知更新。我们说收集“依赖”，那 this.deps 数组里到底存的是啥东西啊？Vue 设置了 Watcher 的概念用作依赖表示，即 this.deps 里收集的是一个个 Watcher。

3、数据变化时如何更新——实现 Watcher 类

Watcher，在Vue中有三种类型，分别用于页面渲染以及computed和watch这两个API，为了区分，将不同用处的 Watcher 分别称为 renderWatcher、computedWatcher 和 watchWatcher。

用 class 实现一下：

class Watcher {
  constructor(expOrFn) {
    // 这里传入参数不是函数时需要解析，parsePath略
    this.getter = typeof expOrFn === 'function' ? expOrFn : parsePath(expOrFn)
    this.get()
  }
  // class中定义函数不需要写function
  get() {
    // 执行到这时，this是当前的watcher实例，也是Dep.target
    pushTarget(this)
    this.value = this.getter()
    popTarget()
  }
  update() {
    this.get()
  }
}

到这里，一个简单的响应式系统就成形了，总结来说：Object.defineProperty 让我们能够知道谁访问了数据以及什么时候数据发生变化，Dep 可以记录都有哪些 DOM 和某个数据有关，Watcher 可以在数据变化的时候通知 DOM 去更新。
Watcher 和 Dep 是一个非常经典的观察者设计模式的实现。

二、虚拟 DOM 和 diff

1、虚拟 DOM 是什么？

虚拟 DOM 是用 JS 中的对象来表示真实的DOM，如果有数据变动，先在虚拟 DOM 上改动，最后再去改动真实的DOM，good idea！

关于虚拟 DOM 的优势，还是听尤大的：

在我看来 Virtual DOM 真正的价值从来都不是性能，而是它 1) 为函数式的 UI 编程方式打开了大门；2) 可以渲染到 DOM 以外的 backend。

举个例子：

<template>
  <div id="app" class="container">
    <h1>HELLO WORLD！</h1>
  </div>
</template>

// 对应的vnode 
{ 
  tag: 'div', 
  props: { id: 'app', class: 'container' }, 
  children: { tag: 'h1', children: 'HELLO WORLD！' } 
}

我们可以这样去定义：

function VNode(tag, data, childern, text, elm) { 
  this.tag = tag 
  this.data = data 
  this.childern = childern 
  this.text = text 
  this.elm = elm // 对真实节点的引用 
}

2、diff 算法——新旧节点对比

数据变化时，会触发渲染 watcher 的回调，更新视图。Vue 源码中在更新视图时用 patch 方法比较新旧节点的异同。

（1）判断新旧节点是不是相同节点

function sameVNode()
function sameVnode(a, b) { 
  return a.key === b.key && 
  ( a.tag === b.tag && 
    a.isComment === b.isComment && 
    isDef(a.data) === isDef(b.data) && 
    sameInputType(a, b) 
  ) 
 }

（2）若新旧节点不同

替换旧节点：创建新节点 --> 删除旧节点

（3）若新旧节点相同

都没有子节点，好说
一个有子节点一个没有，好说，要么删除个子节点要么新增个子节点
都有子节点，这可就有点复杂了，执行updateChildren：

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  let oldStartIdx = 0
  let newStartIdx = 0
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  let newStartVnode = newCh[0]
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm
  // 以上是新旧Vnode的首尾指针、新旧Vnode的首尾节点

  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    // 如果不满足这个while条件，表示新旧Vnode至少有一个已经遍历了一遍了，就退出循环
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      // 比较旧的开头和新的开头是否是相同节点
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      // 比较旧的结尾和新的结尾是否是相同节点
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      // 比较旧的开头和新的结尾是否是相同节点
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      // 比较旧的结尾和新的开头是否是相同节点
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      // 设置key和不设置key的区别：
      // 不设key，newCh和oldCh只会进行头尾两端的相互比较，设key后，除了头尾两端的比较外，还会从用key生成的对象oldKeyToIdx中查找匹配的节点，所以为节点设置key可以更高效的利用dom。
      if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
        ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
        : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      // 抽取出oldVnode序列的带有key的节点放在map中，然后再遍历新的vnode序列
      // 判断该vnode的key是否在map中，若在则找到该key对应的oldVnode,如果此oldVnode与遍历到的vnode是sameVnode的话，则复用dom并移动dom节点位置
      if (isUndef(idxInOld)) { // New element
        createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
      } else {
        vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
          // same key but different element. treat as new element
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
        }
      }
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
    addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
  } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
  }
}

这里主要的逻辑是：新节点的头和尾与旧节点的头和尾分别比较，看是不是相同节点，如果是就直接patchVnode；否则的话，用一个 Map 存储旧节点的 key，然后遍历新节点的 key 看它们是不是在旧节点中存在，相同 key 那就复用；这里时间复杂度是O(n)，空间复杂度也是O(n)，用空间换时间～

diff 算法主要是为了减少更新量，找到最小差异部分 DOM ，只更新差异部分。

三、nextTick

所谓 nextTick，即下一个 tick，那 tick 是什么呢？

我们知道 JS 执行是单线程的，它处理异步逻辑是基于事件循环，主要分为以下几步：

所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）；
主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件；
一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行；
主线程不断重复上面的第三步。

主线程的执行过程就是一个 tick，而所有的异步结果都是通过 “任务队列” 来调度。消息队列中存放的是一个个的任务（task）。规范中规定 task 分为两大类，分别是 macro task 和 micro task，并且每个 macro task 结束后，都要清空所有的 micro task。

for (macroTask of macroTaskQueue) { 
  // 1. Handle current MACRO-TASK 
  handleMacroTask()
  // 2. Handle all MICRO-TASK 
  for (microTask of microTaskQueue) { 
    handleMicroTask(microTask)
  } 
}

在浏览器环境中，常见的 macro task 有 setTimeout、MessageChannel、postMessage、setImmediate、setInterval；常见的 micro task 有 MutationObsever 和 Promise.then。

我们知道数据的变化到 DOM 的重新渲染是一个异步过程，发生在下一个 tick。比如我们平时在开发的过程中，从服务端接口去获取数据的时候，数据做了修改，如果我们的某些方法去依赖了数据修改后的 DOM 变化，我们就必须在 nextTick 后执行。比如下面的伪代码：

getData(res).then(() => { 
  this.xxx = res.data 
  this.$nextTick(() => { // 这里我们可以获取变化后的 DOM }) 
})

四、总结

以上就是关于“响应式系统的关键要素包括什么，怎样实现响应式的”的相关知识，感谢各位的阅读，想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会，如果想了解更多相关内容的文章，欢迎关注群英网络，小编每天都会为大家更新不同的知识。

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