詳解vue的雙向綁定原理及實現

2019-11-19 11:39:09

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供稿：網友

前言

使用vue也好有一段時間了，雖然對其雙向綁定原理也有了解個大概，但也沒好好探究下其原理實現，所以這次特意花了幾晚時間查閱資料和閱讀相關源碼，自己也實現一個簡單版vue的雙向綁定版本，先上個成果圖來吸引各位：

代碼：效果圖：

是不是看起來跟vue的使用方式差不多？接下來就來從原理到實現，從簡到難一步一步來實現這個SelfVue。由于本文只是為了學習和分享，所以只是簡單實現下原理，并沒有考慮太多情況和設計，如果大家有什么建議，歡迎提出來。

本文主要介紹兩大內容：

1. vue數據雙向綁定的原理。

2. 實現簡單版vue的過程，主要實現{{}}、v-model和事件指令的功能。

相關代碼地址：https://github.com/canfoo/self-vue

vue數據雙向綁定原理

vue數據雙向綁定是通過數據劫持結合發布者-訂閱者模式的方式來實現的，那么vue是如果進行數據劫持的，我們可以先來看一下通過控制臺輸出一個定義在vue初始化數據上的對象是個什么東西。

代碼：

var vm = new Vue({ data: {  obj: {   a: 1  } }, created: function () {  console.log(this.obj); }});

結果：

我們可以看到屬性a有兩個相對應的get和set方法，為什么會多出這兩個方法呢？因為vue是通過Object.defineProperty()來實現數據劫持的。

Object.defineProperty( )是用來做什么的？它可以來控制一個對象屬性的一些特有操作，比如讀寫權、是否可以枚舉，這里我們主要先來研究下它對應的兩個描述屬性get和set，如果還不熟悉其用法，請點擊這里閱讀更多用法。

在平常，我們很容易就可以打印出一個對象的屬性數據：

var Book = { name: 'vue權威指南'};console.log(Book.name); // vue權威指南

如果想要在執行console.log(book.name)的同時，直接給書名加個書名號，那要怎么處理呢？或者說要通過什么監聽對象 Book 的屬性值。這時候Object.defineProperty( )就派上用場了，代碼如下：

var Book = {}
var name = '';
Object.defineProperty(Book, 'name', {
  set: function (value) {
    name = value;
    console.log('你取了一個書名叫做' + value);
  },
  get: function () {
    return '《' + name + '》'
  }
})
 
Book.name = 'vue權威指南';  // 你取了一個書名叫做vue權威指南
console.log(Book.name);  // 《vue權威指南》

我們通過Object.defineProperty( )設置了對象Book的name屬性，對其get和set進行重寫操作，顧名思義，get就是在讀取name屬性這個值觸發的函數，set就是在設置name屬性這個值觸發的函數，所以當執行Book.name = 'vue權威指南' 這個語句時，控制臺會打印出 "你取了一個書名叫做vue權威指南"，緊接著，當讀取這個屬性時，就會輸出 "《vue權威指南》"，因為我們在get函數里面對該值做了加工了。如果這個時候我們執行下下面的語句，控制臺會輸出什么？

console.log(Book);

結果：

乍一看，是不是跟我們在上面打印vue數據長得有點類似，說明vue確實是通過這種方法來進行數據劫持的。接下來我們通過其原理來實現一個簡單版的mvvm雙向綁定代碼。

思路分析

實現mvvm主要包含兩個方面，數據變化更新視圖，視圖變化更新數據：

關鍵點在于data如何更新view，因為view更新data其實可以通過事件監聽即可，比如input標簽監聽 'input' 事件就可以實現了。所以我們著重來分析下，當數據改變，如何更新視圖的。

數據更新視圖的重點是如何知道數據變了，只要知道數據變了，那么接下去的事都好處理。如何知道數據變了，其實上文我們已經給出答案了，就是通過Object.defineProperty( )對屬性設置一個set函數，當數據改變了就會來觸發這個函數，所以我們只要將一些需要更新的方法放在這里面就可以實現data更新view了。

思路有了，接下去就是實現過程了。

實現過程

我們已經知道實現數據的雙向綁定，首先要對數據進行劫持監聽，所以我們需要設置一個監聽器Observer，用來監聽所有屬性。如果屬性發上變化了，就需要告訴訂閱者Watcher看是否需要更新。因為訂閱者是有很多個，所以我們需要有一個消息訂閱器Dep來專門收集這些訂閱者，然后在監聽器Observer和訂閱者Watcher之間進行統一管理的。接著，我們還需要有一個指令解析器Compile，對每個節點元素進行掃描和解析，將相關指令對應初始化成一個訂閱者Watcher，并替換模板數據或者綁定相應的函數，此時當訂閱者Watcher接收到相應屬性的變化，就會執行對應的更新函數，從而更新視圖。因此接下去我們執行以下3個步驟，實現數據的雙向綁定：

1.實現一個監聽器Observer，用來劫持并監聽所有屬性，如果有變動的，就通知訂閱者。

2.實現一個訂閱者Watcher，可以收到屬性的變化通知并執行相應的函數，從而更新視圖。

3.實現一個解析器Compile，可以掃描和解析每個節點的相關指令，并根據初始化模板數據以及初始化相應的訂閱器。

流程圖如下：

1.實現一個Observer

Observer是一個數據監聽器，其實現核心方法就是前文所說的Object.defineProperty( )。如果要對所有屬性都進行監聽的話，那么可以通過遞歸方法遍歷所有屬性值，并對其進行Object.defineProperty( )處理。如下代碼，實現了一個Observer。

function defineReactive(data, key, val) { observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性 Object.defineProperty(data, key, {  enumerable: true,  configurable: true,  get: function() {   return val;  },  set: function(newVal) {   val = newVal;   console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值為：“' + newVal.toString() + '”');  } });} function observe(data) { if (!data || typeof data !== 'object') {  return; } Object.keys(data).forEach(function(key) {  defineReactive(data, key, data[key]); });}; var library = { book1: {  name: '' }, book2: ''};observe(library);library.book1.name = 'vue權威指南'; // 屬性name已經被監聽了，現在值為：“vue權威指南”library.book2 = '沒有此書籍'; // 屬性book2已經被監聽了，現在值為：“沒有此書籍”

思路分析中，需要創建一個可以容納訂閱者的消息訂閱器Dep，訂閱器Dep主要負責收集訂閱者，然后再屬性變化的時候執行對應訂閱者的更新函數。所以顯然訂閱器需要有一個容器，這個容器就是list，將上面的Observer稍微改造下，植入消息訂閱器：

function defineReactive(data, key, val) { observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性 var dep = new Dep();  Object.defineProperty(data, key, {  enumerable: true,  configurable: true,  get: function() {   if (是否需要添加訂閱者) {    dep.addSub(watcher); // 在這里添加一個訂閱者   }   return val;  },  set: function(newVal) {   if (val === newVal) {    return;   }   val = newVal;   console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值為：“' + newVal.toString() + '”');   dep.notify(); // 如果數據變化，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();  }); }};

從代碼上看，我們將訂閱器Dep添加一個訂閱者設計在getter里面，這是為了讓Watcher初始化進行觸發，因此需要判斷是否要添加訂閱者，至于具體設計方案，下文會詳細說明的。在setter函數里面，如果數據變化，就會去通知所有訂閱者，訂閱者們就會去執行對應的更新的函數。到此為止，一個比較完整Observer已經實現了，接下來我們開始設計Watcher。

2.實現Watcher

訂閱者Watcher在初始化的時候需要將自己添加進訂閱器Dep中，那該如何添加呢？我們已經知道監聽器Observer是在get函數執行了添加訂閱者Wather的操作的，所以我們只要在訂閱者Watcher初始化的時候出發對應的get函數去執行添加訂閱者操作即可，那要如何觸發get的函數，再簡單不過了，只要獲取對應的屬性值就可以觸發了，核心原因就是因為我們使用了Object.defineProperty( )進行數據監聽。這里還有一個細節點需要處理，我們只要在訂閱者Watcher初始化的時候才需要添加訂閱者，所以需要做一個判斷操作，因此可以在訂閱器上做一下手腳：在Dep.target上緩存下訂閱者，添加成功后再將其去掉就可以了。訂閱者Watcher的實現如下：

function Watcher(vm, exp, cb) { this.cb = cb; this.vm = vm; this.exp = exp; this.value = this.get(); // 將自己添加到訂閱器的操作} Watcher.prototype = { update: function() {  this.run(); }, run: function() {  var value = this.vm.data[this.exp];  var oldVal = this.value;  if (value !== oldVal) {   this.value = value;   this.cb.call(this.vm, value, oldVal);  } }, get: function() {  Dep.target = this; // 緩存自己  var value = this.vm.data[this.exp] // 強制執行監聽器里的get函數  Dep.target = null; // 釋放自己  return value; }};

這時候，我們需要對監聽器Observer也做個稍微調整，主要是對應Watcher類原型上的get函數。需要調整地方在于defineReactive函數：

function defineReactive(data, key, val) { observe(val); // 遞歸遍歷所有子屬性 var dep = new Dep();  Object.defineProperty(data, key, {  enumerable: true,  configurable: true,  get: function() {   if (Dep.target) {. // 判斷是否需要添加訂閱者    dep.addSub(Dep.target); // 在這里添加一個訂閱者   }   return val;  },  set: function(newVal) {   if (val === newVal) {    return;   }   val = newVal;   console.log('屬性' + key + '已經被監聽了，現在值為：“' + newVal.toString() + '”');   dep.notify(); // 如果數據變化，通知所有訂閱者  } });}Dep.target = null;

到此為止，簡單版的Watcher設計完畢，這時候我們只要將Observer和Watcher關聯起來，就可以實現一個簡單的雙向綁定數據了。因為這里沒有還沒有設計解析器Compile，所以對于模板數據我們都進行寫死處理，假設模板上又一個節點，且id號為'name'，并且雙向綁定的綁定的變量也為'name'，且是通過兩個大雙括號包起來（這里只是為了掩飾，暫時沒什么用處），模板如下：

<body> <h1 id="name">{{name}}</h1></body>

這時候我們需要將Observer和Watcher關聯起來：

function SelfVue (data, el, exp) { this.data = data; observe(data); el.innerHTML = this.data[exp]; // 初始化模板數據的值 new Watcher(this, exp, function (value) {  el.innerHTML = value; }); return this;}

然后在頁面上new以下SelfVue類，就可以實現數據的雙向綁定了：

<body> <h1 id="name">{{name}}</h1></body><script src="js/observer.js"></script><script src="js/watcher.js"></script><script src="js/index.js"></script><script type="text/javascript"> var ele = document.querySelector('#name'); var selfVue = new SelfVue({  name: 'hello world' }, ele, 'name');  window.setTimeout(function () {  console.log('name值改變了');  selfVue.data.name = 'canfoo'; }, 2000); </script>

這時候打開頁面，可以看到頁面剛開始顯示了是'hello world'，過了2s后就變成'canfoo'了。到這里，總算大功告成一半了，但是還有一個細節問題，我們在賦值的時候是這樣的形式 ' selfVue.data.name = 'canfoo' ' 而我們理想的形式是' selfVue.name = 'canfoo' '為了實現這樣的形式，我們需要在new SelfVue的時候做一個代理處理，讓訪問selfVue的屬性代理為訪問selfVue.data的屬性，實現原理還是使用Object.defineProperty( )對屬性值再包一層：

function SelfVue (data, el, exp) { var self = this; this.data = data;  Object.keys(data).forEach(function(key) {  self.proxyKeys(key); // 綁定代理屬性 });  observe(data); el.innerHTML = this.data[exp]; // 初始化模板數據的值 new Watcher(this, exp, function (value) {  el.innerHTML = value; }); return this;} SelfVue.prototype = { proxyKeys: function (key) {  var self = this;  Object.defineProperty(this, key, {   enumerable: false,   configurable: true,   get: function proxyGetter() {    return self.data[key];   },   set: function proxySetter(newVal) {    self.data[key] = newVal;   }  }); }}

這下我們就可以直接通過' selfVue.name = 'canfoo' '的形式來進行改變模板數據了。如果想要迫切看到現象的童鞋趕快來獲取代碼！

3.實現Compile

雖然上面已經實現了一個雙向數據綁定的例子，但是整個過程都沒有去解析dom節點，而是直接固定某個節點進行替換數據的，所以接下來需要實現一個解析器Compile來做解析和綁定工作。解析器Compile實現步驟：

1.解析模板指令，并替換模板數據，初始化視圖

2.將模板指令對應的節點綁定對應的更新函數，初始化相應的訂閱器

為了解析模板，首先需要獲取到dom元素，然后對含有dom元素上含有指令的節點進行處理，因此這個環節需要對dom操作比較頻繁，所有可以先建一個fragment片段，將需要解析的dom節點存入fragment片段里再進行處理：

function nodeToFragment (el) { var fragment = document.createDocumentFragment(); var child = el.firstChild; while (child) {  // 將Dom元素移入fragment中  fragment.appendChild(child);  child = el.firstChild } return fragment;}

接下來需要遍歷各個節點，對含有相關指定的節點進行特殊處理，這里咱們先處理最簡單的情況，只對帶有 '{{變量}}' 這種形式的指令進行處理，先簡道難嘛，后面再考慮更多指令情況：

function compileElement (el) { var childNodes = el.childNodes; var self = this; [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) {  var reg = //{/{(.*)/}/}/;  var text = node.textContent;   if (self.isTextNode(node) && reg.test(text)) { // 判斷是否是符合這種形式{{}}的指令   self.compileText(node, reg.exec(text)[1]);  }   if (node.childNodes && node.childNodes.length) {   self.compileElement(node); // 繼續遞歸遍歷子節點  } });},function compileText (node, exp) { var self = this; var initText = this.vm[exp]; this.updateText(node, initText); // 將初始化的數據初始化到視圖中 new Watcher(this.vm, exp, function (value) { // 生成訂閱器并綁定更新函數  self.updateText(node, value); });},function (node, value) { node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;}

獲取到最外層節點后，調用compileElement函數，對所有子節點進行判斷，如果節點是文本節點且匹配{{}}這種形式指令的節點就開始進行編譯處理，編譯處理首先需要初始化視圖數據，對應上面所說的步驟1，接下去需要生成一個并綁定更新函數的訂閱器，對應上面所說的步驟2。這樣就完成指令的解析、初始化、編譯三個過程，一個解析器Compile也就可以正常的工作了。為了將解析器Compile與監聽器Observer和訂閱者Watcher關聯起來，我們需要再修改一下類SelfVue函數：

function SelfVue (options) { var self = this; this.vm = this; this.data = options;  Object.keys(this.data).forEach(function(key) {  self.proxyKeys(key); });  observe(this.data); new Compile(options, this.vm); return this;}

更改后，我們就不要像之前通過傳入固定的元素值進行雙向綁定了，可以隨便命名各種變量進行雙向綁定了：

<body> <div id="app">  <h2>{{title}}</h2>  <h1>{{name}}</h1> </div></body><script src="js/observer.js"></script><script src="js/watcher.js"></script><script src="js/compile.js"></script><script src="js/index.js"></script><script type="text/javascript">  var selfVue = new SelfVue({  el: '#app',  data: {   title: 'hello world',   name: ''  } });  window.setTimeout(function () {  selfVue.title = '你好'; }, 2000);  window.setTimeout(function () {  selfVue.name = 'canfoo'; }, 2500); </script>

如上代碼，在頁面上可觀察到，剛開始titile和name分別被初始化為 'hello world' 和空，2s后title被替換成 '你好' 3s后name被替換成 'canfoo' 了。廢話不多說，再給你們來一個這個版本的代碼（v2），獲取代碼！

到這里，一個數據雙向綁定功能已經基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析編譯，在哪里進行更多指令的處理呢？答案很明顯，只要在上文說的compileElement函數加上對其他指令節點進行判斷，然后遍歷其所有屬性，看是否有匹配的指令的屬性，如果有的話，就對其進行解析編譯。這里我們再添加一個v-model指令和事件指令的解析編譯，對于這些節點我們使用函數compile進行解析處理：

function compile (node) { var nodeAttrs = node.attributes; var self = this; Array.prototype.forEach.call(nodeAttrs, function(attr) {  var attrName = attr.name;  if (self.isDirective(attrName)) {   var exp = attr.value;   var dir = attrName.substring(2);   if (self.isEventDirective(dir)) { // 事件指令    self.compileEvent(node, self.vm, exp, dir);   } else { // v-model 指令    self.compileModel(node, self.vm, exp, dir);   }   node.removeAttribute(attrName);  } });}

上面的compile函數是掛載Compile原型上的，它首先遍歷所有節點屬性，然后再判斷屬性是否是指令屬性，如果是的話再區分是哪種指令，再進行相應的處理，處理方法相對來說比較簡單，這里就不再列出來，想要馬上看閱讀代碼的同學可以馬上點擊這里獲取。

最后我們在稍微改造下類SelfVue，使它更像vue的用法：

function SelfVue (options) { var self = this; this.data = options.data; this.methods = options.methods;  Object.keys(this.data).forEach(function(key) {  self.proxyKeys(key); });  observe(this.data); new Compile(options.el, this); options.mounted.call(this); // 所有事情處理好后執行mounted函數}

這時候我們可以來真正測試了，在頁面上設置如下東西：

<body> <div id="app">  <h2>{{title}}</h2>  <input v-model="name">  <h1>{{name}}</h1>  <button v-on:click="clickMe">click me!</button> </div></body><script src="js/observer.js"></script><script src="js/watcher.js"></script><script src="js/compile.js"></script><script src="js/index.js"></script><script type="text/javascript">   new SelfVue({  el: '#app',  data: {   title: 'hello world',   name: 'canfoo'  },  methods: {   clickMe: function () {    this.title = 'hello world';   }  },  mounted: function () {   window.setTimeout(() => {    this.title = '你好';   }, 1000);  } }); </script>

是不是看起來跟vue的使用方法一樣，哈，真正的大功告成！想要代碼，直接點擊這里獲取！現象還沒描述？直接上圖！！！請觀賞