通過範例來分析Vue的雙向資料繫結

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vue的雙向繫結原理及實現

一個極簡雙向資料繫結的範例：

  var obj = {};
        Object.defineProperty(obj,'hello',{
            set:function(newVal){
                document.getElementById('a').value = newVal;
                document.getElementById('b').innerHTML = newVal;
            }
        });
        document.addEventListener('keyup',function(e){
            obj.hello = e.target.value;
        })

此例實現的效果是：隨文字方塊輸入文字的變化，span 中會同步顯示相同的文字內容；在js或控制檯顯式的修改 obj.hello 的值，檢視會相應更新。這樣就實現了 model => view 以及 view => model 的雙向繫結。這就是雙向繫結的基本原理，下面是具體探究：
先看一下成果圖：

下面是程式碼圖：

vue資料雙向繫結原理

vue資料雙向繫結是通過資料劫持結合釋出者-訂閱者模式的方式來實現的，那麼vue是如果進行資料劫持的，我們可以先來看一下通過控制檯輸出一個定義在vue初始化資料上的物件是個什麼東西。

程式碼：

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

結果為：

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

Object.defineProperty( )是用來做什麼的？它可以來控制一個物件屬性的一些特有操作，比如讀寫權、是否可以列舉，這裡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，請點選這裡閱讀更多用法。

在平常，我們很容易就可以列印出一個物件的屬性資料：

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，那要怎麼處理呢？或者說要通過什麼監聽物件 Book 的屬性值。這時候Object.defineProperty( )就派上用場了，程式碼如下：

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( )設定了物件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就是在設定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，控制檯會列印出 「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函數裡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，控制檯會輸出什麼？

console.log(Book);

結果為：

這樣說明vue確實是通過這種方法來進行資料劫持的。接下來我們通過其原理來實現一個簡單版的mvvm雙向繫結程式碼。

簡單版的mvvm雙向繫結

思路分析

實現mvvm主要包含兩個方面，資料變化更新檢視，檢視變化更新資料：

關鍵點在於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標籤監聽 ‘input’ 事件就可以實現了。所以我們著重來分析下，當資料改變，如何更新檢視的。

資料更新檢視的重點是如何知道資料變了，只要知道資料變了，那麼接下去的事都好處理。如何知道資料變了，其實上文我們已經給出答案了，就是通過Object.defineProperty( )對屬性設定一個set函數，當資料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裡面就可以實現data更新view了。

實現過程

我們已經知道實現資料的雙向繫結，首先要對資料進行劫持監聽，所以我們需要設定一個監聽器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訊息訂閱器Dep來專門收集這些訂閱者，然後在監聽器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，並替換模板資料或者繫結相應的函數，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，從而更新檢視。因此接下去我們執行以下3個步驟，實現資料的雙向繫結：

1.實現一個監聽器Observer，用來劫持並監聽所有屬性，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並執行相應的函數，從而更新檢視。

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，並根據初始化模板資料以及初始化相應的訂閱器。

流程圖如下：

1.實現一個Observer

Observer是一個資料監聽器，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，那麼可以通過遞迴方法遍歷所有屬性值，並對其進行Object.defineProperty( )處理。如下程式碼，實現了一個Observer。

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞迴遍歷所有子屬性
    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，需要建立一個可以容納訂閱者的訊息訂閱器Dep，訂閱器Dep主要負責收集訂閱者，然後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，植入訊息訂閱器：

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞迴遍歷所有子屬性
    var dep = new Dep(); 
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (是否需要新增訂閱者) {
                dep.addSub(watcher); // 在這裡新增一個訂閱者
            }
            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(); 
            // 如果資料變化，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();
        });
    }};

從程式碼上看，我們將訂閱器Dep新增一個訂閱者設計在getter裡面，這是為了讓Watcher初始化進行觸發，因此需要判斷是否要新增訂閱者，至於具體設計方案，下文會詳細說明的。在setter函數裡面，如果資料變化，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新增進訂閱器Dep中，那該如何新增呢？我們已經知道監聽器Observer是在get函數執行了新增訂閱者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函數去執行新增訂閱者操作即可，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( )進行資料監聽。這裡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新增訂閱者，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上快取下訂閱者，新增成功後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();  // 將自己新增到訂閱器的操作}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;  // 快取自己
        var value = this.vm.data[this.exp]
         // 強制執行監聽器裡的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。需要調整地方在於defineReactive函數：

function defineReactive(data, key, val) {
    observe(val); // 遞迴遍歷所有子屬性
    var dep = new Dep(); 
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (Dep.target) {.  
            // 判斷是否需要新增訂閱者
                dep.addSub(Dep.target); 
                // 在這裡新增一個訂閱者
            }
            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(); 
            // 如果資料變化，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繫結資料了。因為這裡沒有還沒有設計解析器Compile，所以對於模板資料我們都進行寫死處理，假設模板上又一個節點，且id號為’name’，並且雙向繫結的繫結的變數也為’name’，且是通過兩個大雙括號包起來（這裡只是為了掩飾，暫時沒什麼用處），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];  // 初始化模板資料的值
    new Watcher(this, exp, function (value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;}

然後在頁面上new以下SelfVue類，就可以實現資料的雙向繫結了：

<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>

這時候開啟頁面，可以看到頁面剛開始顯示了是’hello world’，過了2s後就變成’canfoo’了。到這裡，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，讓存取selfVue的屬性代理為存取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);  // 繫結代理屬性
    });

    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];  // 初始化模板資料的值
    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資料了。

3.實現Compile

雖然上面已經實現了一個雙向資料繫結的例子，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資料的，所以接下來需要實現一個解析器Compile來做解析和繫結工作。解析器Compile實現步驟：

1.解析模板指令，並替換模板資料，初始化檢視

2.將模板指令對應的節點繫結對應的更新函數，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，然後對含有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片段裡再進行處理：

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，這裡咱們先處理最簡單的情況，只對帶有 ‘{undefined{變數}}’ 這種形式的指令進行處理，先簡道難嘛，後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);  // 繼續遞迴遍歷子節點
        }
    });},function compileText (node, exp) {
    var self = this;
    var initText = this.vm[exp];
    this.updateText(node, initText);  // 將初始化的資料初始化到檢視中
    new Watcher(this.vm, exp, function (value) {  // 生成訂閱器並繫結更新函數
        self.updateText(node, value);
    });},function (node, value) {
    node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '' : value;}

獲取到最外層節點後，呼叫compileElement函數，對所有子節點進行判斷，如果節點是文位元組點且匹配{undefined{}}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檢視資料，對應上面所說的步驟1，接下去需要生成一個並繫結更新函數的訂閱器，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;}

更改後，我們就不要像之前通過傳入固定的元素值進行雙向繫結了，可以隨便命名各種變數進行雙向繫結了：

<body>
    <p id="app">
        <h2>{{title}}</h2>
        <h1>{{name}}</h1>
    </p></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>

如上程式碼，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後title被替換成 ‘你好’ 3s後name被替換成 ‘canfoo’ 了。廢話不多說，再給你們來一個這個版本的程式碼（v2）。

到這裡，一個資料雙向繫結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，在哪裡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，然後遍歷其所有屬性，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。這裡我們再新增一個v-model指令和事件指令的解析編譯，對於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，然後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，這裡就不再列出來。

最後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); 
    // 所有事情處理好後執行mounted函數}

這時候我們可以來真正測試了，在頁面上設定如下東西：

<body>
    <p id="app">
        <h2>{{title}}</h2>
        <input v-model="name">
        <h1>{{name}}</h1>
        <button v-on:click="clickMe">click me!</button>
    </p></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>

程式碼我已經上傳到github上面去了，想要的請直接下載就可以了

效果：
總結：v2是採用資料劫持結合釋出者-訂閱者模式的方式，通過Object.defineProperty()來劫持各個屬性的setter，getter在資料變動時釋出訊息給訂閱者，觸發相應的監聽回撥來渲染檢視,實現資料和檢視同步。
v3 使用釋出者訂閱模式，結合ES6的prosy的set和get方法來進行資料劫持，進一步結合watchr的update方法

理論：

vue.js是採用資料劫持結合釋出者-訂閱者模式的方式，通過Object.defineProperty()來劫持各個屬性的setter，getter，在資料變動時釋出訊息給訂閱者，觸發相應的監聽回撥來渲染檢視。

具體步驟：

第一步： 需要observer(觀察者)對資料物件進行遞迴遍歷，包括子屬性物件的屬性，都加上 setter和getter
這樣的話，給這個物件的某個值賦值，就會觸發setter，那麼就能監聽到了資料變化

第二步： compile(模板解析器)解析模板指令，將模板中的變數替換成資料，然後初始化渲染頁面檢視，並將每個指令對應的節點繫結更新函數，新增監聽資料的訂閱者，一旦資料有變動，收到通知，更新檢視

第三步： Watcher(訂閱者)是Observer和Compile之間通訊的橋樑，主要做的事情是:
1、在自身範例化時往屬性訂閱器(dep)裡面新增自己
2、自身必須有一個update()方法
3、待屬性變動dep.notice()通知時，能呼叫自身的update()方法，並觸發Compile中繫結的回撥，則功成身退。

第四步： MVVM作為資料繫結的入口，整合Observer、Compile和Watcher三者，通過Observer來監聽自己的model資料變化，通過Compile來解析編譯模板指令，最終利用Watcher搭起Observer和Compile之間的通訊橋樑，達到資料變化 -> 檢視更新；檢視互動變化(input) -> 資料model變更的雙向繫結效果。
名詞解釋：

什麼是setter、getter

答：首先，別誤以為他們就是一會要說的get、set

物件有兩種屬性：

1. 資料屬性: 就是我們經常使用的屬性
2. 存取器屬性: 也稱存取器屬性（存取器屬性就是一組獲取和設定值的函數）

再看一行程式碼：

const obj = {a:1,b:2}console.log(obj)

log列印出來的結果如下：

資料屬性就是a和b；

get和set就是關鍵字 它們後面各自對應一個函數，這個函數就是上面紅字部分所講的，記憶體屬性。

get對應的方法稱為getter，負責獲取值，它不帶任何引數。set對應的方法為setter，負責設定值，在它的函數體中，一切的return都是無效的。

2. 什麼是Object.defineProperty() ？

答：我們先看一句定義：

物件是由多個名/值對組成的無序的集合。物件中每個屬性對應任意型別的值。

定義物件可以使用建構函式或字面量的形式：

let obj = new Object;  //obj = {}obj.name = "張學友";  //新增描述obj.say = function(){};  //新增行為

除了以上新增屬性的方式，當然還可以使用Object.defineProperty定義新屬性或修改原有的屬性；
語法：

Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)

引數：

obj： 必需。目標物件；
prop： 必需。需定義或修改的屬性的名字；
descriptor： 必需。目標屬性所擁有的特性；

返回值：

傳入函數的物件，即第一個引數obj；

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