Vue双向数据绑定原理深度解析

首先，什么是双向数据绑定？Vue是三大MVVM框架之一，数据绑定简单来说，就是当数据发生变化时，相应的视图会进行更新，当视图更新时，数据也会跟着变化。

在分析其原理和代码的时候，大家首先了解如下几个js函数的作用：

1. [].slice.call(lis): 将伪数组转换为真数组
2. node.nodeType: 得到节点类型
3. Object.defineProperty(obj, propertyName, {}): 给对象添加/修改属性(指定描述符)
configurable: true/false 是否可以重新define
enumerable: true/false 是否可以枚举(for..in / keys())
value: 指定初始值
writable: true/false value是否可以修改存取(访问)描述符
get: 函数, 用来得到当前属性值
set: 函数, 用来监视当前属性值的变化
4. Object.keys(obj): 得到对象自身可枚举的属性名的数组
5. DocumentFragment: 文档碎片(高效批量更新多个节点)
6. obj.hasOwnProperty(prop): 判断prop是否是obj自身的属性

如果想了解这些函数具体使用：请点击这里

首先，我来看一下如何实现最基础的数据绑定：

<body>
    <div>请输入：<input type="text" id="inputId"/></div>
    <div>输入的值为：<span id="showId"></span></div>
    

</body>
<script>
        var inputValue = document.getElementById('inputId');
        var showValue = document.getElementById('showId');
        var obj = {};

        Object.defineProperty(obj, 'msg', {
            enumerable: true,
            configurable: true,
            set (newVal) {
                showValue.innerHTML = newVal;
            }
        })

        inputValue.addEventListener('input', function(e) {
            obj.msg = e.target.value;
        })
</script>

View Code

对于vue来说，Vue.js则是通过数据劫持以及结合发布者-订阅者来实现的数据绑定，数据劫持是利用ES5的Object.defineProperty(obj, key, val)来劫持各个属性的的setter以及getter，在数据变动时发布消息给订阅者，从而触发相应的回调来更新视图。

我们来看一下数据双向绑定的流程图：

1、实现一个数据监听器Obverser，对data中的数据进行监听，若有变化，通知相应的订阅者。
2、实现一个指令解析器Compile，对于每个元素上的指令进行解析，根据指令替换数据，更新视图。
3、实现一个Watcher，用来连接Obverser和Compile, 并为每个属性绑定相应的订阅者，当数据发生变化时，执行相应的回调函数，从而更新视图。
4、构造函数（new MVue({})）

我们来看一下对应的js代码：

一、Obverser.js

function Observer(data) {
    // 保存data对象
    this.data = data;
    // 走起
    this.walk(data);
}

Observer.prototype = {
    walk: function(data) {
        var me = this;
        // 遍历data中所有属性
        Object.keys(data).forEach(function(key) {
            // 针对指定属性进行处理
            me.convert(key, data[key]);
        });
    },
    convert: function(key, val) {
        // 对指定属性实现响应式数据绑定
        this.defineReactive(this.data, key, val);
    },

    defineReactive: function(data, key, val) {
        // 创建与当前属性对应的dep对象
        var dep = new Dep();
        // 间接递归调用实现对data中所有层次属性的劫持
        var childObj = observe(val);
        // 给data重新定义属性(添加set/get)
        Object.defineProperty(data, key, {
            enumerable: true, // 可枚举
            configurable: false, // 不能再define
            get: function() {
                // 建立dep与watcher的关系
                if (Dep.target) {
                    dep.depend();
                }
                // 返回属性值
                return val;
            },
            set: function(newVal) {
                if (newVal === val) {
                    return;
                }
                val = newVal;
                // 新的值是object的话，进行监听
                childObj = observe(newVal);
                // 通过dep
                dep.notify();
            }
        });
    }
};

function observe(value, vm) {
    // value必须是对象, 因为监视的是对象内部的属性
    if (!value || typeof value !== 'object') {
        return;
    }
    // 创建一个对应的观察都对象
    return new Observer(value);
};


var uid = 0;

function Dep() {
    // 标识属性
    this.id = uid++;
    // 相关的所有watcher的数组
    this.subs = [];
}

Dep.prototype = {
    addSub: function(sub) {
        this.subs.push(sub);
    },

    depend: function() {
        Dep.target.addDep(this);
    },

    removeSub: function(sub) {
        var index = this.subs.indexOf(sub);
        if (index != -1) {
            this.subs.splice(index, 1);
        }
    },

    notify: function() {
        // 通知所有相关的watcher(一个订阅者)
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update();
        });
    }
};

Dep.target = null;

View Code

1). Observer
* 用来对data所有属性数据进行劫持的构造函数
* 给data中所有属性重新定义属性描述(get/set)
* 为data中的每个属性创建对应的dep对象
2). Dep(Depend)
* data中的每个属性(所有层次)都对应一个dep对象
* 创建的时机:
* 在初始化define data中各个属性时创建对应的dep对象
* 在data中的某个属性值被设置为新的对象时
* 对象的结构
{
id, // 每个dep都有一个唯一的id
subs //包含n个对应watcher的数组(subscribes的简写)
}
* subs属性说明
* 当一个watcher被创建时, 内部会将当前watcher对象添加到对应的dep对象的subs中
* 当此data属性的值发生改变时, 所有subs中的watcher都会收到更新的通知, 从而最终更新对应的界面

二、模板解析（Compile.js）

function Compile(el, vm) {
  // 保存vm
  this.$vm = vm;
  // 保存el元素
  this.$el = this.isElementNode(el) ? el : document.querySelector(el);
  // 如果el元素存在
  if (this.$el) {
    // 1. 取出el中所有子节点, 封装在一个framgment对象中
    this.$fragment = this.node2Fragment(this.$el);
    // 2. 编译fragment中所有层次子节点
    this.init();
    // 3. 将fragment添加到el中
    this.$el.appendChild(this.$fragment);
  }
}

Compile.prototype = {
  node2Fragment: function (el) {
    var fragment = document.createDocumentFragment(),
      child;

    // 将原生节点拷贝到fragment
    while (child = el.firstChild) {
      fragment.appendChild(child);
    }

    return fragment;
  },

  init: function () {
    // 编译fragment
    this.compileElement(this.$fragment);
  },

  compileElement: function (el) {
    // 得到所有子节点
    var childNodes = el.childNodes,
      // 保存compile对象
      me = this;
    // 遍历所有子节点
    [].slice.call(childNodes).forEach(function (node) {
      // 得到节点的文本内容
      var text = node.textContent;
      // 正则对象(匹配大括号表达式)
      var reg = /{{(.*)}}/;  // {{name}}
      // 如果是元素节点
      if (me.isElementNode(node)) {
        // 编译元素节点的指令属性
        me.compile(node);
        // 如果是一个大括号表达式格式的文本节点
      } else if (me.isTextNode(node) && reg.test(text)) {
        // 编译大括号表达式格式的文本节点
        me.compileText(node, RegExp.$1); // RegExp.$1: 表达式   name
      }
      // 如果子节点还有子节点
      if (node.childNodes && node.childNodes.length) {
        // 递归调用实现所有层次节点的编译
        me.compileElement(node);
      }
    });
  },

  compile: function (node) {
    // 得到所有标签属性节点
    var nodeAttrs = node.attributes,
      me = this;
    // 遍历所有属性
    [].slice.call(nodeAttrs).forEach(function (attr) {
      // 得到属性名: v-on:click
      var attrName = attr.name;
      // 判断是否是指令属性
      if (me.isDirective(attrName)) {
        // 得到表达式(属性值): test
        var exp = attr.value;
        // 得到指令名: on:click
        var dir = attrName.substring(2);
        // 事件指令
        if (me.isEventDirective(dir)) {
          // 解析事件指令
          compileUtil.eventHandler(node, me.$vm, exp, dir);
        // 普通指令
        } else {
          // 解析普通指令
          compileUtil[dir] && compileUtil[dir](node, me.$vm, exp);
        }

        // 移除指令属性
        node.removeAttribute(attrName);
      }
    });
  },

  compileText: function (node, exp) {
    // 调用编译工具对象解析
    compileUtil.text(node, this.$vm, exp);
  },

  isDirective: function (attr) {
    return attr.indexOf('v-') == 0;
  },

  isEventDirective: function (dir) {
    return dir.indexOf('on') === 0;
  },

  isElementNode: function (node) {
    return node.nodeType == 1;
  },

  isTextNode: function (node) {
    return node.nodeType == 3;
  }
};

// 指令处理集合
var compileUtil = {
  // 解析: v-text/{{}}
  text: function (node, vm, exp) {
    this.bind(node, vm, exp, 'text');
  },
  // 解析: v-html
  html: function (node, vm, exp) {
    this.bind(node, vm, exp, 'html');
  },

  // 解析: v-model
  model: function (node, vm, exp) {
    this.bind(node, vm, exp, 'model');

    var me = this,
      val = this._getVMVal(vm, exp);
    node.addEventListener('input', function (e) {
      var newValue = e.target.value;
      if (val === newValue) {
        return;
      }

      me._setVMVal(vm, exp, newValue);
      val = newValue;
    });
  },

  // 解析: v-class
  class: function (node, vm, exp) {
    this.bind(node, vm, exp, 'class');
  },

  // 真正用于解析指令的方法
  bind: function (node, vm, exp, dir) {
    /*实现初始化显示*/
    // 根据指令名(text)得到对应的更新节点函数
    var updaterFn = updater[dir + 'Updater'];
    // 如果存在调用来更新节点
    updaterFn && updaterFn(node, this._getVMVal(vm, exp));

    // 创建表达式对应的watcher对象
    new Watcher(vm, exp, function (value, oldValue) {/*更新界面*/
      // 当对应的属性值发生了变化时, 自动调用, 更新对应的节点
      updaterFn && updaterFn(node, value, oldValue);
    });
  },

  // 事件处理
  eventHandler: function (node, vm, exp, dir) {
    // 得到事件名/类型: click
    var eventType = dir.split(':')[1],
      // 根据表达式得到事件处理函数(从methods中): test(){}
      fn = vm.$options.methods && vm.$options.methods[exp];
    // 如果都存在
    if (eventType && fn) {
      // 绑定指定事件名和回调函数的DOM事件监听, 将回调函数中的this强制绑定为vm
      node.addEventListener(eventType, fn.bind(vm), false);
    }
  },

  // 得到表达式对应的value
  _getVMVal: function (vm, exp) {
    var val = vm._data;
    exp = exp.split('.');
    exp.forEach(function (k) {
      val = val[k];
    });
    return val;
  },

  _setVMVal: function (vm, exp, value) {
    var val = vm._data;
    exp = exp.split('.');
    exp.forEach(function (k, i) {
      // 非最后一个key，更新val的值
      if (i < exp.length - 1) {
        val = val[k];
      } else {
        val[k] = value;
      }
    });
  }
};

// 包含多个用于更新节点方法的对象
var updater = {
  // 更新节点的textContent
  textUpdater: function (node, value) {
    node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
  },

  // 更新节点的innerHTML
  htmlUpdater: function (node, value) {
    node.innerHTML = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
  },

  // 更新节点的className
  classUpdater: function (node, value, oldValue) {
    var className = node.className;
    className = className.replace(oldValue, '').replace(/s$/, '');

    var space = className && String(value) ? ' ' : '';

    node.className = className + space + value;
  },

  // 更新节点的value
  modelUpdater: function (node, value, oldValue) {
    node.value = typeof value == 'undefined' ? '' : value;
  }
};

View Code

1.模板解析的关键对象: compile对象
2.模板解析的基本流程:
1). 将el的所有子节点取出, 添加到一个新建的文档fragment对象中
2). 对fragment中的所有层次子节点递归进行编译解析处理
* 对表达式文本节点进行解析
* 对元素节点的指令属性进行解析
* 事件指令解析
* 一般指令解析
3). 将解析后的fragment添加到el中显示
3.解析表达式文本节点: textNode.textContent = value
1). 根据正则对象得到匹配出的表达式字符串: 子匹配/RegExp.$1
2). 从data中取出表达式对应的属性值
3). 将属性值设置为文本节点的textContent
4.事件指令解析: elementNode.addEventListener(事件名, 回调函数.bind(vm))
v-on:click="test"
1). 从指令名中取出事件名
2). 根据指令的值(表达式)从methods中得到对应的事件处理函数对象
3). 给当前元素节点绑定指定事件名和回调函数的dom事件监听
4). 指令解析完后, 移除此指令属性
5.一般指令解析: elementNode.xxx = value
1). 得到指令名和指令值(表达式)
2). 从data中根据表达式得到对应的值
3). 根据指令名确定需要操作元素节点的什么属性
* v-text---textContent属性
* v-html---innerHTML属性
* v-class--className属性
4). 将得到的表达式的值设置到对应的属性上
5). 移除元素的指令属性

所以Compile可以归纳为几点：

* 用来解析模板页面的对象的构造函数(一个实例)
* 利用compile对象解析模板页面
* 每解析一个表达式(非事件指令)都会创建一个对应的watcher对象, 并建立watcher与dep的关系
* complie与watcher关系: 一对多的关系

三、Watcher.js

function Watcher(vm, exp, cb) {
  this.cb = cb;  // callback
  this.vm = vm;
  this.exp = exp;
  this.depIds = {};  // {0: d0, 1: d1, 2: d2}
  this.value = this.get();
}

Watcher.prototype = {
  update: function () {
    this.run();
  },
  run: function () {
    // 得到最新的值
    var value = this.get();
    // 得到旧值
    var oldVal = this.value;
    // 如果不相同
    if (value !== oldVal) {
      this.value = value;
      // 调用回调函数更新对应的界面
      this.cb.call(this.vm, value, oldVal);
    }
  },
  addDep: function (dep) {
    if (!this.depIds.hasOwnProperty(dep.id)) {
      // 建立dep到watcher
      dep.addSub(this);
      // 建立watcher到dep的关系
      this.depIds[dep.id] = dep;
    }
  },
  get: function () {
    Dep.target = this;
    // 获取当前表达式的值, 内部会导致属性的get()调用
    var value = this.getVMVal();

    Dep.target = null;
    return value;
  },

  getVMVal: function () {
    var exp = this.exp.split('.');
    var val = this.vm._data;
    exp.forEach(function (k) {
      val = val[k];
    });
    return val;
  }
};
/*

const obj1 = {id: 1}
const obj12 = {id: 2}
const obj13 = {id: 3}
const obj14 = {id: 4}

const obj2 = {}
const obj22 = {}
const obj23 = {}
// 双向1对1
// obj1.o2 = obj2
// obj2.o1 = obj1

// obj1: 1:n
obj1.o2s = [obj2, obj22, obj23]

// obj2: 1:n
obj2.o1s = {
  1: obj1,
  2: obj12,
  3: obj13
}
*/

View Code

* 模板中每个非事件指令或表达式都对应一个watcher对象
* 监视当前表达式数据的变化
* 创建的时机: 在初始化编译模板时
* 对象的组成
{
vm, //vm对象
exp, //对应指令的表达式
cb, //当表达式所对应的数据发生改变的回调函数
value, //表达式当前的值
depIds //表达式中各级属性所对应的dep对象的集合对象
//属性名为dep的id, 属性值为dep
}

四、数据代理(MVVM.js)

/*
相关于Vue的构造函数
 */
function MVVM(options) {
  // 将选项对象保存到vm
  this.$options = options;
  // 将data对象保存到vm和datq变量中
  var data = this._data = this.$options.data;
  //将vm保存在me变量中
  var me = this;
  // 遍历data中所有属性
  Object.keys(data).forEach(function (key) { // 属性名: name
    // 对指定属性实现代理
    me._proxy(key);
  });

  // 对data进行监视
  observe(data, this);

  // 创建一个用来编译模板的compile对象
  this.$compile = new Compile(options.el || document.body, this)
}

MVVM.prototype = {
  $watch: function (key, cb, options) {
    new Watcher(this, key, cb);
  },

  // 对指定属性实现代理
  _proxy: function (key) {
    // 保存vm
    var me = this;
    // 给vm添加指定属性名的属性(使用属性描述)
    Object.defineProperty(me, key, {
      configurable: false, // 不能再重新定义
      enumerable: true, // 可以枚举
      // 当通过vm.name读取属性值时自动调用
      get: function proxyGetter() {
        // 读取data中对应属性值返回(实现代理读操作)
        return me._data[key];
      },
      // 当通过vm.name = 'xxx'时自动调用
      set: function proxySetter(newVal) {
        // 将最新的值保存到data中对应的属性上(实现代理写操作)
        me._data[key] = newVal;
      }
    });
  }
};

View Code

1.通过一个对象代理对另一个对象中属性的操作(读/写)
2.通过vm对象来代理data对象中所有属性的操作
3.好处: 更方便的操作data中的数据
4.基本实现流程
1). 通过Object.defineProperty()给vm添加与data对象的属性对应的属性描述符
2). 所有添加的属性都包含getter/setter
3). 在getter/setter内部去操作data中对应的属性数据

五、总结

1.dep与watcher的关系: 多对多

* 一个data中的属性对应对应一个dep, 一个dep中可能包含多个watcher(模板中有几个表达式使用到了属性)
* 模板中一个非事件表达式对应一个watcher, 一个watcher中可能包含多个dep(表达式中包含了几个data属性)
* 数据绑定使用到2个核心技术
* defineProperty()
* 消息订阅与发布

2.双向数据绑定

1). 双向数据绑定是建立在单向数据绑定(model==>View)的基础之上的
2). 双向数据绑定的实现流程:
* 在解析v-model指令时, 给当前元素添加input监听
* 当input的value发生改变时, 将最新的值赋值给当前表达式所对应的data属性