vue的双向绑定原理及实现

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发布时间：2019-06-18

本文共 12342 字，大约阅读时间需要 41 分钟。

前言

使用vue也好有一段时间了，虽然对其双向绑定原理也有了解个大概，但也没好好探究下其原理实现，所以这次特意花了几晚时间查阅资料和阅读相关源码，自己也实现一个简单版vue的双向绑定版本，先上个成果图来吸引各位：

代码：效果图：

是不是看起来跟vue的使用方式差不多？接下来就来从原理到实现，从简到难一步一步来实现这个SelfVue。由于本文只是为了学习和分享，所以只是简单实现下原理，并没有考虑太多情况和设计，如果大家有什么建议，欢迎提出来。

本文主要介绍两大内容：

1. vue数据双向绑定的原理。

2. 实现简单版vue的过程，主要实现{

{}}、v-model和事件指令的功能。

相关代码地址：https://github.com/canfoo/self-vue

vue数据双向绑定原理

vue数据双向绑定是通过数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式来实现的，那么vue是如果进行数据劫持的，我们可以先来看一下通过控制台输出一个定义在vue初始化数据上的对象是个什么东西。

代码：

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

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结果：

我们可以看到属性a有两个相对应的get和set方法，为什么会多出这两个方法呢？因为vue是通过Object.defineProperty()来实现数据劫持的。

Object.defineProperty( )是用来做什么的？它可以来控制一个对象属性的一些特有操作，比如读写权、是否可以枚举，这里我们主要先来研究下它对应的两个描述属性get和set，如果还不熟悉其用法，请点击这里阅读更多用法。

在平常，我们很容易就可以打印出一个对象的属性数据：

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

如果想要在执行console.log(book.name)的同时，直接给书名加个书名号，那要怎么处理呢？或者说要通过什么监听对象 Book 的属性值。这时候Object.defineProperty( )就派上用场了，代码如下：

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var Book = {}var name = '';Object.defineProperty(Book, 'name', {  set: function (value) {    name = value;    console.log('你取了一个书名叫做' + value);  },  get: function () {    return '《' + name + '》'  }}) Book.name = 'vue权威指南';  // 你取了一个书名叫做vue权威指南console.log(Book.name);  // 《vue权威指南》

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我们通过Object.defineProperty( )设置了对象Book的name属性，对其get和set进行重写操作，顾名思义，get就是在读取name属性这个值触发的函数，set就是在设置name属性这个值触发的函数，所以当执行 Book.name = 'vue权威指南' 这个语句时，控制台会打印出 "你取了一个书名叫做vue权威指南"，紧接着，当读取这个属性时，就会输出 "《vue权威指南》"，因为我们在get函数里面对该值做了加工了。如果这个时候我们执行下下面的语句，控制台会输出什么？

console.log(Book);

结果：

乍一看，是不是跟我们在上面打印vue数据长得有点类似，说明vue确实是通过这种方法来进行数据劫持的。接下来我们通过其原理来实现一个简单版的mvvm双向绑定代码。

思路分析

实现mvvm主要包含两个方面，数据变化更新视图，视图变化更新数据：

关键点在于data如何更新view，因为view更新data其实可以通过事件监听即可，比如input标签监听 'input' 事件就可以实现了。所以我们着重来分析下，当数据改变，如何更新视图的。

数据更新视图的重点是如何知道数据变了，只要知道数据变了，那么接下去的事都好处理。如何知道数据变了，其实上文我们已经给出答案了，就是通过Object.defineProperty( )对属性设置一个set函数，当数据改变了就会来触发这个函数，所以我们只要将一些需要更新的方法放在这里面就可以实现data更新view了。

思路有了，接下去就是实现过程了。

实现过程

我们已经知道实现数据的双向绑定，首先要对数据进行劫持监听，所以我们需要设置一个监听器Observer，用来监听所有属性。如果属性发上变化了，就需要告诉订阅者Watcher看是否需要更新。因为订阅者是有很多个，所以我们需要有一个消息订阅器Dep来专门收集这些订阅者，然后在监听器Observer和订阅者Watcher之间进行统一管理的。接着，我们还需要有一个指令解析器Compile，对每个节点元素进行扫描和解析，将相关指令对应初始化成一个订阅者Watcher，并替换模板数据或者绑定相应的函数，此时当订阅者Watcher接收到相应属性的变化，就会执行对应的更新函数，从而更新视图。因此接下去我们执行以下3个步骤，实现数据的双向绑定：

1.实现一个监听器Observer，用来劫持并监听所有属性，如果有变动的，就通知订阅者。

2.实现一个订阅者Watcher，可以收到属性的变化通知并执行相应的函数，从而更新视图。

3.实现一个解析器Compile，可以扫描和解析每个节点的相关指令，并根据初始化模板数据以及初始化相应的订阅器。

流程图如下：

1.实现一个Observer

Observer是一个数据监听器，其实现核心方法就是前文所说的Object.defineProperty( )。如果要对所有属性都进行监听的话，那么可以通过递归方法遍历所有属性值，并对其进行Object.defineProperty( )处理。如下代码，实现了一个Observer。

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function defineReactive(data, key, val) {    observe(val); // 递归遍历所有子属性    Object.defineProperty(data, key, {        enumerable: true,        configurable: true,        get: function() {            return val;        },        set: function(newVal) {            val = newVal;            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + 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权威指南'; // 属性name已经被监听了，现在值为：“vue权威指南”library.book2 = '没有此书籍';  // 属性book2已经被监听了，现在值为：“没有此书籍”

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思路分析中，需要创建一个可以容纳订阅者的消息订阅器Dep，订阅器Dep主要负责收集订阅者，然后再属性变化的时候执行对应订阅者的更新函数。所以显然订阅器需要有一个容器，这个容器就是list，将上面的Observer稍微改造下，植入消息订阅器：

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function defineReactive(data, key, val) {    observe(val); // 递归遍历所有子属性    var dep = new Dep();     Object.defineProperty(data, key, {        enumerable: true,        configurable: true,        get: function() {            if (是否需要添加订阅者) {                dep.addSub(watcher); // 在这里添加一个订阅者            }            return val;        },        set: function(newVal) {            if (val === newVal) {                return;            }            val = newVal;            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者        }    });} function Dep () {    this.subs = [];}Dep.prototype = {    addSub: function(sub) {        this.subs.push(sub);    },    notify: function() {        this.subs.forEach(function(sub) {            sub.update();        });    }};

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从代码上看，我们将订阅器Dep添加一个订阅者设计在getter里面，这是为了让Watcher初始化进行触发，因此需要判断是否要添加订阅者，至于具体设计方案，下文会详细说明的。在setter函数里面，如果数据变化，就会去通知所有订阅者，订阅者们就会去执行对应的更新的函数。到此为止，一个比较完整Observer已经实现了，接下来我们开始设计Watcher。

2.实现Watcher

订阅者Watcher在初始化的时候需要将自己添加进订阅器Dep中，那该如何添加呢？我们已经知道监听器Observer是在get函数执行了添加订阅者Wather的操作的，所以我们只要在订阅者Watcher初始化的时候出发对应的get函数去执行添加订阅者操作即可，那要如何触发get的函数，再简单不过了，只要获取对应的属性值就可以触发了，核心原因就是因为我们使用了Object.defineProperty( )进行数据监听。这里还有一个细节点需要处理，我们只要在订阅者Watcher初始化的时候才需要添加订阅者，所以需要做一个判断操作，因此可以在订阅器上做一下手脚：在Dep.target上缓存下订阅者，添加成功后再将其去掉就可以了。订阅者Watcher的实现如下：

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function Watcher(vm, exp, cb) {    this.cb = cb;    this.vm = vm;    this.exp = exp;    this.value = this.get();  // 将自己添加到订阅器的操作} 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;  // 缓存自己        var value = this.vm.data[this.exp]  // 强制执行监听器里的get函数        Dep.target = null;  // 释放自己        return value;    }};

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这时候，我们需要对监听器Observer也做个稍微调整，主要是对应Watcher类原型上的get函数。需要调整地方在于defineReactive函数：

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function defineReactive(data, key, val) {    observe(val); // 递归遍历所有子属性    var dep = new Dep();     Object.defineProperty(data, key, {        enumerable: true,        configurable: true,        get: function() {            if (Dep.target) {.  // 判断是否需要添加订阅者                dep.addSub(Dep.target); // 在这里添加一个订阅者            }            return val;        },        set: function(newVal) {            if (val === newVal) {                return;            }            val = newVal;            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者        }    });}Dep.target = null;

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到此为止，简单版的Watcher设计完毕，这时候我们只要将Observer和Watcher关联起来，就可以实现一个简单的双向绑定数据了。因为这里没有还没有设计解析器Compile，所以对于模板数据我们都进行写死处理，假设模板上又一个节点，且id号为'name'，并且双向绑定的绑定的变量也为'name'，且是通过两个大双括号包起来（这里只是为了掩饰，暂时没什么用处），模板如下：

    
     
      `name`

这时候我们需要将Observer和Watcher关联起来：

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

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然后在页面上new以下SelfVue类，就可以实现数据的双向绑定了：

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      `name`
      
       
        
         
              var ele = document.querySelector('#name');    var selfVue = new SelfVue({        name: 'hello world'    }, ele, 'name');     window.setTimeout(function () {        console.log('name值改变了');        selfVue.data.name = 'canfoo';    }, 2000);

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这时候打开页面，可以看到页面刚开始显示了是'hello world'，过了2s后就变成'canfoo'了。到这里，总算大功告成一半了，但是还有一个细节问题，我们在赋值的时候是这样的形式 ' selfVue.data.name = 'canfoo' ' 而我们理想的形式是' selfVue.name = 'canfoo' '为了实现这样的形式，我们需要在new SelfVue的时候做一个代理处理，让访问selfVue的属性代理为访问selfVue.data的属性，实现原理还是使用Object.defineProperty( )对属性值再包一层：

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function SelfVue (data, el, exp) {    var self = this;    this.data = data;     Object.keys(data).forEach(function(key) {        self.proxyKeys(key);  // 绑定代理属性    });     observe(data);    el.innerHTML = this.data[exp];  // 初始化模板数据的值    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;            }        });    }}

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这下我们就可以直接通过' selfVue.name = 'canfoo' '的形式来进行改变模板数据了。如果想要迫切看到现象的童鞋赶快来获取代码！

3.实现Compile

虽然上面已经实现了一个双向数据绑定的例子，但是整个过程都没有去解析dom节点，而是直接固定某个节点进行替换数据的，所以接下来需要实现一个解析器Compile来做解析和绑定工作。解析器Compile实现步骤：

1.解析模板指令，并替换模板数据，初始化视图

2.将模板指令对应的节点绑定对应的更新函数，初始化相应的订阅器

为了解析模板，首先需要获取到dom元素，然后对含有dom元素上含有指令的节点进行处理，因此这个环节需要对dom操作比较频繁，所有可以先建一个fragment片段，将需要解析的dom节点存入fragment片段里再进行处理：

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

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接下来需要遍历各个节点，对含有相关指定的节点进行特殊处理，这里咱们先处理最简单的情况，只对带有 '{

{变量}}' 这种形式的指令进行处理，先简道难嘛，后面再考虑更多指令情况：

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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)) {  // 判断是否是符合这种形式{
   {}}的指令            self.compileText(node, reg.exec(text)[1]);        }         if (node.childNodes && node.childNodes.length) {            self.compileElement(node);  // 继续递归遍历子节点        }    });},function compileText (node, exp) {    var self = this;    var initText = this.vm[exp];    this.updateText(node, initText);  // 将初始化的数据初始化到视图中    new Watcher(this.vm, exp, function (value) {  // 生成订阅器并绑定更新函数        self.updateText(node, value);    });},function (node, value) {    node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;}

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获取到最外层节点后，调用compileElement函数，对所有子节点进行判断，如果节点是文本节点且匹配{

{}}这种形式指令的节点就开始进行编译处理，编译处理首先需要初始化视图数据，对应上面所说的步骤1，接下去需要生成一个并绑定更新函数的订阅器，对应上面所说的步骤2。这样就完成指令的解析、初始化、编译三个过程，一个解析器Compile也就可以正常的工作了。为了将解析器Compile与监听器Observer和订阅者Watcher关联起来，我们需要再修改一下类SelfVue函数：

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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;}

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更改后，我们就不要像之前通过传入固定的元素值进行双向绑定了，可以随便命名各种变量进行双向绑定了：

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      `title`
        
      `name`
    
      
       
        
         
          
                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);

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如上代码，在页面上可观察到，刚开始titile和name分别被初始化为 'hello world' 和空，2s后title被替换成 '你好' 3s后name被替换成 'canfoo' 了。废话不多说，再给你们来一个这个版本的代码（v2），获取代码！

到这里，一个数据双向绑定功能已经基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析编译，在哪里进行更多指令的处理呢？答案很明显，只要在上文说的compileElement函数加上对其他指令节点进行判断，然后遍历其所有属性，看是否有匹配的指令的属性，如果有的话，就对其进行解析编译。这里我们再添加一个v-model指令和事件指令的解析编译，对于这些节点我们使用函数compile进行解析处理：

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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);        }    });}

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上面的compile函数是挂载Compile原型上的，它首先遍历所有节点属性，然后再判断属性是否是指令属性，如果是的话再区分是哪种指令，再进行相应的处理，处理方法相对来说比较简单，这里就不再列出来，想要马上看阅读代码的同学可以马上点击这里获取。

最后我们在稍微改造下类SelfVue，使它更像vue的用法：

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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); // 所有事情处理好后执行mounted函数}

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这时候我们可以来真正测试了，在页面上设置如下东西：

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      `title`
        
      
               
       `name`
        
       
        click me!    
        
         
          
           
            
                   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);        }    });