你好，我是大圣。
经过前面课程的学习，相信你对Vue3的实战和组件有了新的认识，也掌握了很多实战秘籍，从今天开始，我将带你进入Vue框架的内部世界，探究一下Vue框架的原理，让你能知其然，也知其所以然。
我们将手写一个迷你的Vue框架，实现Vue3的主要渲染和更新逻辑，项目就叫weiyouyi，你可以在 GitHub上看到所有的核心代码。
在第三讲的Vue3新特性中，我们剖析了Vue3的功能结构，就是下图所示的Vue核心模块，可以看到，Vue3的组件之间是通过响应式机制来通知的，响应式机制可以自动收集系统中数据的依赖，并且在修改数据之后自动执行更新，极大提高开发的效率。
我们今天就要自己做一个迷你的响应式原型，希望你能通过自己手写，搞清楚响应式的实现原理。
根据响应式组件通知效果可以知道，响应式机制的主要功能就是，可以把普通的JavaScript对象封装成为响应式对象，拦截数据的获取和修改操作，实现依赖数据的自动化更新。
所以，一个最简单的响应式模型，我们可以通过reactive或者ref函数，把数据包裹成响应式对象，并且通过effect函数注册回调函数，然后在数据修改之后，响应式地通知effect去执行回调函数即可。
整个流程这么概括地说，你估计不太理解，我们先通过一个简单的小例子直观感受一下响应式的效果。
Vue的响应式是可以独立在其他平台使用的。比如你可以新建test.js，使用下面的代码在node环境中使用Vue响应。以reactive为例，我们使用reactive包裹JavaScript对象之后，每一次对响应式对象counter的修改，都会执行effect内部注册的函数：
const {effect, reactive} = require('@vue/reactivity')
let dummy
const counter = reactive({ num1: 1, num2: 2 })
effect(() => {
dummy = counter.num1 + counter.num2
console.log(dummy)// 每次counter.num1修改都会打印日志
})
setInterval(()=>{
counter.num1++
},1000)
执行node test.js之后，你就可以看到effect内部的函数会一直调用，每次count.value修改之后都会执行。
看到这个API估计你有点疑惑，effect内部的函数式如何知道count已经变化了呢？
我们先来看一下响应式整体的流程图，上面的代码中我们使用reactive把普通的JavaScript对象包裹成响应式数据了。
所以，在effect中获取counter.num1和counter.num2的时候，就会触发counter的get拦截函数；get函数，会把当前的effect函数注册到一个全局的依赖地图中去。这样counter.num1在修改的时候，就会触发set拦截函数，去依赖地图中找到注册的effect函数，然后执行。
具体是怎么实现的呢？我们从第一步把数据包裹成响应式对象开始。先看reactive的实现。
我们进入到src/reactivity目录中，新建reactive.spec.js，使用下面代码测试reactive的功能，能够在响应式数据ret更新之后，执行effect中注册的函数：
import { effect } from '../effect'
import { reactive } from '../reactive'
describe('测试响应式', () => {
test('reactive基本使用', () => {
const ret = reactive({ num: 0 })
let val
effect(() => {
val = ret.num
})
expect(val).toBe(0)
ret.num++
expect(val).toBe(1)
ret.num = 10
expect(val).toBe(10)
})
})
之前讲过在Vue3中，reactive是通过ES6中的Proxy特性实现的属性拦截，所以，在reactive函数中我们直接返回newProxy即可：
export function reactive(target) {
if (typeof target!=='object') {
console.warn(`reactive ${target} 必须是一个对象`);
return target
}
return new Proxy(target, mutableHandlers);
}
可以看到，下一步我们需要实现的就是Proxy中的处理方法mutableHandles。
这里会把Proxy的代理配置抽离出来单独维护，是因为，其实Vue3中除了reactive还有很多别的函数需要实现，比如只读的响应式数据、浅层代理的响应式数据等，并且reactive中针对ES6的代理也需要单独的处理。
这里我们只处理js中对象的代理设置：
const proxy = new Proxy(target, mutableHandlers)
好，看回来，我们剖析mutableHandles。它要做的事就是配置Proxy的拦截函数，这里我们只拦截get和set操作，进入到baseHandlers.js文件中。
我们使用createGetter和createSetters来创建set和get函数，mutableHandles就是配置了set和get的对象返回。
const get = createGetter();
const set = createSetter();
function createGetter(shallow = false) {
return function get(target, key, receiver) {
const res = Reflect.get(target, key, receiver)
track(target, "get", key)
if (isObject(res)) {
// 值也是对象的话，需要嵌套调用reactive
// res就是target[key]
// 浅层代理，不需要嵌套
return shallow ? res : reactive(res)
}
return res
}
}
function createSetter() {
return function set(target, key, value, receiver) {
const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
// 在触发 set 的时候进行触发依赖
trigger(target, "set", key)
return result
}
}
export const mutableHandles = {
get,
set,
};
我们先看get的关键部分，track函数是怎么完成依赖收集的。
具体写代码之前，把依赖收集和执行的原理我们梳理清楚，看下面的示意图：
在track函数中，我们可以使用一个巨大的tragetMap去存储依赖关系。map的key是我们要代理的target对象，值还是一个depsMap，存储这每一个key依赖的函数，每一个key都可以依赖多个effect。上面的代码执行完成，depsMap中就有了num1和num2两个依赖。
而依赖地图的格式，用代码描述如下：
targetMap = {
target： {
key1: [回调函数1，回调函数2],
key2: [回调函数3，回调函数4],
} ,
target1： {
key3: [回调函数5]
}
}
好，有了大的设计思路，我们来进行具体的实现，在reactive下新建effect.js。
由于target是对象，所以必须得用map才可以把target作为key来管理数据，每次操作之前需要做非空的判断。最终把activeEffect存储在集合之中：
const targetMap = new WeakMap()
export function track(target, type, key) {
// console.log(`触发 track -> target: ${target} type:${type} key:${key}`)
// 1. 先基于 target 找到对应的 dep
// 如果是第一次的话，那么就需要初始化
// {
// target1: {//depsmap
// key:[effect1,effect2]
// }
// }
let depsMap = targetMap.get(target)
if (!depsMap) {
// 初始化 depsMap 的逻辑
// depsMap = new Map()
// targetMap.set(target, depsMap)
// 上面两行可以简写成下面的
targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
}
let deps = depsMap.get(key)
if (!deps) {
deps = new Set()
}
if (!deps.has(activeEffect) && activeEffect) {
// 防止重复注册
deps.add(activeEffect)
}
depsMap.set(key, deps)
}
get中关键的收集依赖的track函数我们已经讲完了，继续看set中关键的trigger函数。
有了上面targetMap的实现机制，trigger函数实现的思路就是从targetMap中，根据target和key找到对应的依赖函数集合deps，然后遍历deps执行依赖函数。
看实现的代码：
export function trigger(target, type, key) {
// console.log(`触发 trigger -> target: type:${type} key:${key}`)
// 从targetMap中找到触发的函数，执行他
const depsMap = targetMap.get(target)
if (!depsMap) {
// 没找到依赖
return
}
const deps = depsMap.get(key)
if (!deps) {
return
}
deps.forEach((effectFn) => {
if (effectFn.scheduler) {
effectFn.scheduler()
} else {
effectFn()
}
})
}
可以看到执行的是effect的scheduler或者run函数，这是因为我们需要在effect函数中把依赖函数进行包装，并对依赖函数的执行时机进行控制，这是一个小的设计点。
然后我们来实现effect函数。
下面的代码中，我们把传递进来的fn函数通过effectFn函数包裹执行，在effectFn函数内部，把函数赋值给全局变量activeEffect；然后执行fn()的时候，就会触发响应式对象的get函数，get函数内部就会把activeEffect存储到依赖地图中，完成依赖的收集：
export function effect(fn, options = {}) {
// effect嵌套，通过队列管理
const effectFn = () => {
try {
activeEffect = effectFn
//fn执行的时候，内部读取响应式数据的时候，就能在get配置里读取到activeEffect
return fn()
} finally {
activeEffect = null
}
}
if (!options.lazy) {
//没有配置lazy 直接执行
effectFn()
}
effectFn.scheduler = options.scheduler // 调度时机 watchEffect回用到
return effectFn
}
effect传递的函数，比如可以通过传递lazy和scheduler来控制函数执行的时机，默认是同步执行。
scheduler存在的意义就是我们可以手动控制函数执行的时机，方便应对一些性能优化的场景，比如数据在一次交互中可能会被修改很多次，我们不想每次修改都重新执行依次effect函数，而是合并最终的状态之后，最后统一修改一次。
scheduler怎么用你可以看下面的代码，我们使用数组管理传递的执行任务，最后使用Promise.resolve只执行最后一次，这也是Vue中watchEffect函数的大致原理。
const obj = reactive({ count: 1 })
effect(() => {
console.log(obj.count)
}, {
// 指定调度器为 queueJob
scheduler: queueJob
})
// 调度器实现
const queue: Function[] = []
let isFlushing = false
function queueJob(job: () => void) {
if (!isFlushing) {
isFlushing = true
Promise.resolve().then(() => {
let fn
while(fn = queue.shift()) {
fn()
}
})
}
}
好了，绕了这么一大圈终于执行完了函数，估计你也看出来了封装了很多层。
之所以封装这么多层就是因为，Vue的响应式本身有很多的横向扩展，除了响应式的封装，还有只读的拦截、浅层数据的拦截等等，这样，响应式系统本身也变得更加灵活和易于扩展，我们自己在设计公用函数的时候也可以借鉴类似的思路。
有了track和trigger的逻辑之后，我们用ref函数实现就变得非常简单了。
ref的执行逻辑要比reactive要简单一些，不需要使用Proxy代理语法，直接使用对象语法的getter和setter配置，监听value属性即可。
看下面的实现，在ref函数返回的对象中，对象的get value方法，使用track函数去收集依赖，set value方法中使用trigger函数去触发函数的执行。
export function ref(val) {
if (isRef(val)) {
return val
}
return new RefImpl(val)
}
export function isRef(val) {
return !!(val && val.__isRef)
}
// ref就是利用面向对象的getter和setters进行track和trigget
class RefImpl {
constructor(val) {
this.__isRef = true
this._val = convert(val)
}
get value() {
track(this, 'value')
return this._val
}
set value(val) {
if (val !== this._val) {
this._val = convert(val)
trigger(this, 'value')
}
}
}
// ref也可以支持复杂数据结构
function convert(val) {
return isObject(val) ? reactive(val) : val
}
你能很直观地看到，ref函数实现的相对简单很多，只是利用面向对象的getter和setter拦截了value属性的读写，这也是为什么我们需要操作ref对象的value属性的原因。
值得一提的是，ref也可以包裹复杂的数据结构，内部会直接调用reactive来实现，这也解决了大部分同学对ref和reactive使用时机的疑惑，现在你可以全部都用ref函数，ref内部会帮你调用reactive。
Vue中的computed计算属性也是一种特殊的effect函数，我们可以新建computed.spec.js来测试computed函数的功能，computed可以传递一个函数或者对象，实现计算属性的读取和修改。比如说可以这么用：
mport { ref } from '../ref'
import { reactive } from '../reactive'
import { computed } from '../computed'
describe('computed测试',()=>{
it('computed基本使用',()=>{
const ret = reactive({ count: 1 })
const num = ref(2)
const sum = computed(() => num.value + ret.count)
expect(sum.value).toBe(3)
ret.count++
expect(sum.value).toBe(4)
num.value = 10
expect(sum.value).toBe(12)
})
it('computed属性修改',()=>{
const author = ref('大圣')
const course = ref('玩转Vue3')
const title = computed({
get(){
return author.value+":"+course.value
},
set(val){
[author.value,course.value] = val.split(':')
}
})
expect(title.value).toBe('大圣:玩转Vue3')
author.value="winter"
course.value="重学前端"
expect(title.value).toBe('winter:重学前端')
//计算属性赋值
title.value = '王争:数据结构与算法之美'
expect(author.value).toBe('王争')
expect(course.value).toBe('数据结构与算法之美')
})
})
怎么实现呢？我们新建computed函数，看下面的代码，我们拦截computed的value属性，并且定制了effect的lazy和scheduler配置，computed注册的函数就不会直接执行，而是要通过scheduler函数中对_dirty属性决定是否执行。
export function computed(getterOrOptions) {
// getterOrOptions可以是函数，也可以是一个对象，支持get和set
// 还记得清单应用里的全选checkbox就是一个对象配置的computed
let getter, setter
if (typeof getterOrOptions === 'function') {
getter = getterOrOptions
setter = () => {
console.warn('计算属性不能修改')
}
} else {
getter = getterOrOptions.get
setter = getterOrOptions.set
}
return new ComputedRefImpl(getter, setter)
}
class ComputedRefImpl {
constructor(getter, setter) {
this._setter = setter
this._val = undefined
this._dirty = true
// computed就是一个特殊的effect，设置lazy和执行时机
this.effect = effect(getter, {
lazy: true,
scheduler: () => {
if (!this._dirty) {
this._dirty = true
trigger(this, 'value')
}
},
})
}
get value() {
track(this, 'value')
if (this._dirty) {
this._dirty = false
this._val = this.effect()
}
return this._val
}
set value(val) {
this._setter(val)
}
}
最后我们来回顾一下今天学到的内容。通过手写迷你的响应式原型，我们学习了Vue中响应式的地位和架构。
响应式的主要功能就是可以把普通的JavaScript对象封装成为响应式对象，在读取数据的时候通过track收集函数的依赖关系，把整个对象和effect注册函数的依赖关系全部存储在一个依赖图中。
定义的dependsMap是一个巨大的Map数据，effect函数内部读取的数据都会存储在dependsMap中，数据在修改的时候，通过查询dependsMap，获得需要执行的函数，再去执行即可。
dependsMap中存储的也不是直接存储effect中传递的函数，而是包装了一层对象对这个函数的执行实际进行管理，内部可以通过active管理执行状态，还可以通过全局变量shouldTrack控制监听状态，并且执行的方式也是判断scheduler和run方法，实现了对性能的提升。
我们在日常项目开发中也可以借鉴响应式的处理思路，使用通知的机制，来调用具体数据的操作和更新逻辑，灵活使用effect、ref、reactive等函数把常见的操作全部变成响应式数据处理，会极大的提高我们开发的体验和效率。
最后留一个思考题，Vue3.2对响应式有一个性能的进一步提升，你都了解到有哪些呢？欢迎你在评论区分享自己的思考，我们下一讲再见。