Vue 原理整理

转载：https://blog.csdn.net/gxll499294075/article/details/123667632

1. 组件化基础=>（MVVM模型）

传统组件，知识静态渲染，更新依赖于操作DOM。

Vue的核心理念是数据驱动的理念，所谓的数据驱动的理念：当数据发生变化的时候，用户界面也会发生相应的变化，开发者并不需要手动的去修改dom。

优点：不需要在代码中去频繁的操作dom了，这样提高了开发的效率，同时也避免了在操作Dom的时候出现的错误。

Vue.js的数据驱动是通过MVVM这种框架来实现的，MVVM 框架主要包含三部分：Model, View, ViewMode

数据驱动视图 – Vue MVVM

MVVM是Model-View-ViewModel缩写，也就是把MVC中的Controller演变成ViewModel。Model代表数据模型，View代表UI组件，ViewModel是View和Model层的桥梁，数据会绑定到ViewModel层并自动将数据渲染到页面中，视图变化的时候通知viewModel层更新数据。

2. Vue的响应式原理

核心实现类:

Observer : 它的作用是给对象的属性添加 getter 和 setter，用于依赖收集和派发更新。
Dep : 用于收集当前响应式对象的依赖关系,每个响应式对象包括子对象都拥有一个 Dep 实例（里面 subs 是 Watcher 实例数组）,当数据有变更时,会通过 dep.notify()通知各个 watcher。
Watcher : 观察者对象 , 实例分为渲染 watcher (render watcher),计算属性 watcher (computed watcher),侦听器 watcher（user watcher）三种

Watcher 和 Dep 的关系：watcher 中实例化了 dep 并向 dep.subs 中添加了订阅者,dep 通过 notify 遍历了 dep.subs 通知每个 watcher 更新。

Object.defineProperty 实现响应式:

监听对象，监听数组
复杂对象，深度监听

const obj = {};
const data = {};
const name = 'zhangsan';
Object.defineProperty(data, 'name', {
    get: function () {
        console.log('get');
        return name;
    },
    set: function (newVal) {
        console.log('set');
        obj.name = newVal;
    }
})
console.log(data.name);
data.name = 'lisi';
console.log(obj.name);

Object.defineProperty 的缺点:

深度监听需要递归到底，一次性计算量大
无法监听新增属性、删除属性（要使用 Vue.set Vue.delete）
无法原生监听数组，需要特殊处理【对数组的方法重写，[‘push’, ‘pop’, ‘shift’, ‘unshift’, ‘splice’,’sort’,’reverse’] 这几个方法更改数组才会响应式变化，直接更改索引不会响应式改变】

对数组的特殊处理：

// 触发更新视图
function updateView() {
    console.log('视图更新')
}
 
// 重新定义数组原型
const oldArrayProperty = Array.prototype
// 创建新对象，原型指向 oldArrayProperty ，再扩展新的方法不会影响原型
const arrProto = Object.create(oldArrayProperty);
['push', 'pop', 'shift', 'unshift', 'splice'].forEach(methodName => {
    arrProto[methodName] = function () {
        updateView() // 触发视图更新
        oldArrayProperty[methodName].call(this, ...arguments)
        // Array.prototype.push.call(this, ...arguments)
    }
})
 
// 重新定义属性，监听起来
function defineReactive(target, key, value) {
    // 深度监听
    observer(value)
 
    // 核心 API
    Object.defineProperty(target, key, {
        get() {
            return value
        },
        set(newValue) {
            if (newValue !== value) {
                // 深度监听
                observer(newValue)
 
                // 设置新值
                // 注意，value 一直在闭包中，此处设置完之后，再 get 时也是会获取最新的值
                value = newValue
 
                // 触发更新视图
                updateView()
            }
        }
    })
}
 
// 监听对象属性
function observer(target) {
    if (typeof target !== 'object' || target === null) {
        // 不是对象或数组
        return target
    }
 
    // 污染全局的 Array 原型
    // Array.prototype.push = function () {
    //     updateView()
    //     ...
    // }
 
    if (Array.isArray(target)) {
        target.__proto__ = arrProto
    }
 
    // 重新定义各个属性（for in 也可以遍历数组）
    for (let key in target) {
        defineReactive(target, key, target[key])
    }
}
 
// 准备数据
const data = {
    name: 'zhangsan',
    age: 20,
    info: {
        address: '北京' // 需要深度监听
    },
    nums: [10, 20, 30]
}
 
// 监听数据
observer(data)
 
// 测试
// data.name = 'lisi'
// data.age = 21
// // console.log('age', data.age)
// data.x = '100' // 新增属性，监听不到 —— 所以有 Vue.set
// delete data.name // 删除属性，监听不到 —— 所有已 Vue.delete
// data.info.address = '上海' // 深度监听
data.nums.push(4) // 监听数组

3.为什么在 Vue3.0 采用了 Proxy,抛弃了 Object.defineProperty？

Object.defineProperty 本身有一定的监控到数组下标变化的能力,但是在 Vue 中,从性能/体验的性价比考虑,尤大大就弃用了这个特性(Vue 为什么不能检测数组变动 )。为了解决这个问题,经过 vue 内部处理后可以使用以下几种方法来监听数组 [‘push’, ‘pop’, ‘shift’, ‘unshift’, ‘splice’,’sort’,’reverse’]

由于只针对了以上 7 种方法进行了 hack 处理,所以其他数组的属性也是检测不到的,还是具有一定的局限性。

Object.defineProperty 只能劫持对象的属性,因此我们需要对每个对象的每个属性进行遍历。Vue 2.x 里,是通过递归 + 遍历 data 对象来实现对数据的监控的,如果属性值也是对象那么需要深度遍历,显然如果能劫持一个完整的对象是才是更好的选择。

Proxy 可以劫持整个对象,并返回一个新的对象。Proxy 不仅可以代理对象,还可以代理数组。还可以代理动态增加的属性。

4.computed 的实现原理

computed 本质是一个惰性求值的观察者。

computed 内部实现了一个惰性的 watcher,也就是 computed watcher,computed watcher 不会立刻求值,同时持有一个 dep 实例。

其内部通过 this.dirty 属性标记计算属性是否需要重新求值。

当 computed 的依赖状态发生改变时,就会通知这个惰性的 watcher,

computed watcher 通过 this.dep.subs.length 判断有没有订阅者,

有的话,会重新计算,然后对比新旧值,如果变化了,会重新渲染。 (Vue 想确保不仅仅是计算属性依赖的值发生变化，而是当计算属性最终计算的值发生变化时才会触发渲染 watcher 重新渲染，本质上是一种优化。)

没有的话,仅仅把 this.dirty = true。 (当计算属性依赖于其他数据时，属性并不会立即重新计算，只有之后其他地方需要读取属性的时候，它才会真正计算，即具备 lazy（懒计算）特性。)

5. computed 和 watch 有什么区别及运用场景?

区别：

computed 计算属性 : 依赖其它属性值,并且 computed 的值有缓存,只有它依赖的属性值发生改变,下一次获取 computed 的值时才会重新计算 computed 的值。
watch 侦听器 : 更多的是「观察」的作用,无缓存性,类似于某些数据的监听回调,每当监听的数据变化时都会执行回调进行后续操作。

运用场景:

当我们需要进行数值计算,并且依赖于其它数据时,应该使用 computed,因为可以利用 computed 的缓存特性,避免每次获取值时,都要重新计算。
当我们需要在数据变化时执行异步或开销较大的操作时,应该使用 watch,使用 watch 选项允许我们执行异步操作 ( 访问一个 API ),限制我们执行该操作的频率,并在我们得到最终结果前,设置中间状态。这些都是计算属性无法做到的。

6. Vue 中的 key 到底有什么用？

key 是给每一个 vnode 的唯一 id,依靠 key,我们的 diff 操作可以更准确、更快速 (对于简单列表页渲染来说 diff 节点也更快,但会产生一些隐藏的副作用,比如可能不会产生过渡效果,或者在某些节点有绑定数据（表单）状态，会出现状态错位。)

diff 算法的过程中,先会进行新旧节点的首尾交叉对比,当无法匹配的时候会用新节点的 key 与旧节点进行比对,从而找到相应旧节点.

更准确 : 因为带 key 就不是就地复用了,在 sameNode 函数 a.key === b.key 对比中可以避免就地复用的情况。所以会更加准确,如果不加 key,会导致之前节点的状态被保留下来,会产生一系列的 bug。

更快速 : key 的唯一性可以被 Map 数据结构充分利用,相比于遍历查找的时间复杂度 O(n),Map 的时间复杂度仅仅为 O(1),源码如下:

function createKeyToOldIdx(children, beginIdx, endIdx) {
 
  let i, key;
 
  const map = {};
 
  for (i = beginIdx; i <= endIdx; ++i) {
 
    key = children[i].key;
 
    if (isDef(key)) map[key] = i;
 
  }

7.谈一谈 nextTick 的原理

JS 运行机制

JS 执行是单线程的，它是基于事件循环的。事件循环大致分为以下几个步骤:

所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。
主线程之外，还存在一个”任务队列”（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在”任务队列”之中放置一个事件。
一旦”执行栈”中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取”任务队列”，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
主线程不断重复上面的第三步。

主线程的执行过程就是一个 tick，而所有的异步结果都是通过 “任务队列” 来调度。消息队列中存放的是一个个的任务（task）。规范中规定 task 分为两大类，分别是 macro task 和 micro task，并且每个 macro task 结束后，都要清空所有的 micro task。

for (macroTask of macroTaskQueue) {
 
  // 1. Handle current MACRO-TASK
 
  handleMacroTask();
 
 
  // 2. Handle all MICRO-TASK
 
  for (microTask of microTaskQueue) {
 
    handleMicroTask(microTask);
 
  }

在浏览器环境中 :

常见的 macro task 有 setTimeout、MessageChannel、postMessage、setImmediate
常见的 micro task 有 MutationObsever 和 Promise.then

异步更新队列:

可能你还没有注意到，Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。只要侦听到数据变化，Vue 将开启一个队列，并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据变更。

如果同一个 watcher 被多次触发，只会被推入到队列中一次。这种在缓冲时去除重复数据对于避免不必要的计算和 DOM 操作是非常重要的。

然后，在下一个的事件循环“tick”中，Vue 刷新队列并执行实际 (已去重的) 工作。

Vue 在内部对异步队列尝试使用原生的 Promise.then、MutationObserver 和 setImmediate，如果执行环境不支持，则会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。

在 vue2.5 的源码中，macrotask 降级的方案依次是：setImmediate、MessageChannel、setTimeout

vue 的 nextTick 方法的实现原理:

vue 用异步队列的方式来控制 DOM 更新和 nextTick 回调先后执行 microtask 因为其高优先级特性，能确保队列中的微任务在一次事件循环前被执行完毕考虑兼容问题,vue 做了 microtask 向 macrotask 的降级方案

8.vue 是如何对数组方法进行变异的 ?

源码：

const arrayProto = Array.prototype;
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto);
const methodsToPatch = ["push","pop","shift","unshift","splice","sort","reverse"];
 
/**
 * Intercept mutating methods and emit events
 */
 
methodsToPatch.forEach(function(method) {
  // cache original method
  const original = arrayProto[method];
  def(arrayMethods, method, function mutator(...args) {
 
    const result = original.apply(this, args);
 
    const ob = this.__ob__;
 
    let inserted;
 
    switch (method) {
 
      case "push":
 
      case "unshift":
 
        inserted = args;
 
        break;
 
      case "splice":
 
        inserted = args.slice(2);
 
        break;
 
    }
 
    if (inserted) ob.observeArray(inserted);
 
    // notify change
 
    ob.dep.notify();
 
    return result;
 
  });
 
});
 
/**
 * Observe a list of Array items.
 */
 
Observer.prototype.observeArray = function observeArray(items) {
 
  for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
 
    observe(items[i]);
 
  }
 
};

简单来说,Vue 通过原型拦截的方式重写了数组的 7 个方法,首先获取到这个数组的ob,也就是它的 Observer 对象,如果有新的值,就调用 observeArray 对新的值进行监听,然后手动调用 notify,通知 render watcher,执行 update

9.Vue 组件 data 为什么必须是函数 ?

new Vue()实例中,data 可以直接是一个对象,为什么在 vue 组件中,data 必须是一个函数呢?

因为组件是可以复用的,JS 里对象是引用关系,如果组件 data 是一个对象,那么子组件中的 data 属性值会互相污染,产生副作用。

所以一个组件的 data 选项必须是一个函数,因此每个实例可以维护一份被返回对象的独立的拷贝。new Vue 的实例是不会被复用的,因此不存在以上问题。

10. 谈谈 Vue 事件机制, 手写$on,$off,$emit,$once

Vue 事件机制本质上就是一个发布-订阅模式的实现。

class Vue {
 
  constructor() {
 
    //  事件通道调度中心
 
    this._events = Object.create(null);
 
  }
 
  $on(event, fn) {
 
    if (Array.isArray(event)) {
 
      event.map(item => {
 
        this.$on(item, fn);
 
      });
 
    } else {
 
      (this._events[event] || (this._events[event] = [])).push(fn);
 
    }
 
    return this;
 
  }
 
  $once(event, fn) {
 
    function on() {
 
      this.$off(event, on);
 
      fn.apply(this, arguments);
 
    }
 
    on.fn = fn;
 
    this.$on(event, on);
 
    return this;
 
  }
 
  $off(event, fn) {
 
    if (!arguments.length) {
 
      this._events = Object.create(null);
 
      return this;
 
    }
 
    if (Array.isArray(event)) {
 
      event.map(item => {
 
        this.$off(item, fn);
 
      });
 
      return this;
 
    }
 
    const cbs = this._events[event];
 
    if (!cbs) {
 
      return this;
 
    }
 
    if (!fn) {
 
      this._events[event] = null;
 
      return this;
 
    }
 
    let cb;
 
    let i = cbs.length;
 
    while (i--) {
 
      cb = cbs[i];
 
      if (cb === fn || cb.fn === fn) {
 
        cbs.splice(i, 1);
 
        break;
 
      }
 
    }
 
    return this;
 
  }
 
  $emit(event) {
 
    let cbs = this._events[event];
 
    if (cbs) {
 
      const args = [].slice.call(arguments, 1);
 
      cbs.map(item => {
 
        args ? item.apply(this, args) : item.call(this);
 
      });
 
    }
 
    return this;
 
  }
 
}

11.说说 Vue 的渲染过程

调用 compile 函数,生成 render 函数字符串 ,编译过程如下:

parse 函数解析 template,生成 ast(抽象语法树)
optimize 函数优化静态节点 (标记不需要每次都更新的内容,diff 算法会直接跳过静态节点,从而减少比较的过程,优化了 patch 的性能)
generate 函数生成 render 函数字符串

调用 new Watcher 函数,监听数据的变化,当数据发生变化时，Render 函数执行生成 vnode 对象

调用 patch 方法,对比新旧 vnode 对象,通过 DOM diff 算法,添加、修改、删除真正的 DOM 元素

12.聊聊 keep-alive 的实现原理和缓存策略

源码

export default {
 
  name: "keep-alive",
 
  abstract: true, // 抽象组件属性 ,它在组件实例建立父子关系的时候会被忽略,发生在 initLifecycle 的过程中
 
  props: {
 
    include: patternTypes, // 被缓存组件
 
    exclude: patternTypes, // 不被缓存组件
 
    max: [String, Number] // 指定缓存大小
 
  },
 
 
 
  created() {
 
    this.cache = Object.create(null); // 缓存
 
    this.keys = []; // 缓存的VNode的键
 
  },
 
 
 
  destroyed() {
 
    for (const key in this.cache) {
 
      // 删除所有缓存
 
      pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys);
 
    }
 
  },
 
 
 
  mounted() {
 
    // 监听缓存/不缓存组件
 
    this.$watch("include", val => {
 
      pruneCache(this, name => matches(val, name));
 
    });
 
    this.$watch("exclude", val => {
 
      pruneCache(this, name => !matches(val, name));
 
    });
 
  },
 
 
 
  render() {
 
    // 获取第一个子元素的 vnode
 
    const slot = this.$slots.default;
 
    const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot);
 
    const componentOptions: ?VNodeComponentOptions =
 
      vnode && vnode.componentOptions;
 
    if (componentOptions) {
 
      // name不在inlcude中或者在exlude中 直接返回vnode
 
      // check pattern
 
      const name: ?string = getComponentName(componentOptions);
 
      const { include, exclude } = this;
 
      if (
 
        // not included
 
        (include && (!name || !matches(include, name))) ||
 
        // excluded
 
        (exclude && name && matches(exclude, name))
 
      ) {
 
        return vnode;
 
      }
 
 
 
      const { cache, keys } = this;
 
      // 获取键，优先获取组件的name字段，否则是组件的tag
 
      const key: ?string =
 
        vnode.key == null
 
          ? // same constructor may get registered as different local components
 
            // so cid alone is not enough (#3269)
 
            componentOptions.Ctor.cid +
 
            (componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : "")
 
          : vnode.key;
 
      // 命中缓存,直接从缓存拿vnode 的组件实例,并且重新调整了 key 的顺序放在了最后一个
 
      if (cache[key]) {
 
        vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance;
 
        // make current key freshest
 
        remove(keys, key);
 
        keys.push(key);
 
      }
 
      // 不命中缓存,把 vnode 设置进缓存
 
      else {
 
        cache[key] = vnode;
 
        keys.push(key);
 
        // prune oldest entry
 
        // 如果配置了 max 并且缓存的长度超过了 this.max，还要从缓存中删除第一个
 
        if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
 
          pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode);
 
        }
 
      }
 
      // keepAlive标记位
 
      vnode.data.keepAlive = true;
 
    }
 
    return vnode || (slot && slot[0]);
 
  }
 
};

原理

获取 keep-alive 包裹着的第一个子组件对象及其组件名
根据设定的 include/exclude（如果有）进行条件匹配,决定是否缓存。不匹配,直接返回组件实例
根据组件 ID 和 tag 生成缓存 Key,并在缓存对象中查找是否已缓存过该组件实例。如果存在,直接取出缓存值并更新该 key 在 this.keys 中的位置(更新 key 的位置是实现 LRU 置换策略的关键)
在 this.cache 对象中存储该组件实例并保存 key 值,之后检查缓存的实例数量是否超过 max 的设置值,超过则根据 LRU 置换策略删除最近最久未使用的实例（即是下标为 0 的那个 key）
最后组件实例的 keepAlive 属性设置为 true,这个在渲染和执行被包裹组件的钩子函数会用到,这里不细说

LRU 缓存淘汰算法

LRU（Least recently used）算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。

keep-alive 的实现正是用到了 LRU 策略,将最近访问的组件 push 到 this.keys 最后面,this.keys[0]也就是最久没被访问的组件,当缓存实例超过 max 设置值,删除 this.keys[0]

13. vm.$set()实现原理是什么?

对于【检测不到对象属性的添加和删除】【无法监控到数组下标的变化】可以用 vue.$set。

受现代 JavaScript 的限制 (而且 Object.observe 也已经被废弃)，Vue 无法检测到对象属性的添加或删除。

由于 Vue 会在初始化实例时对属性执行 getter/setter 转化，所以属性必须在 data 对象上存在才能让 Vue 将它转换为响应式的。

对于已经创建的实例，Vue 不允许动态添加根级别的响应式属性。但是，可以使用 Vue.set(object, propertyName, value) 方法向嵌套对象添加响应式属性。

那么 Vue 内部是如何解决对象新增属性不能响应的问题的呢?

内部实现：

export function set(target: Array | Object, key: any, val: any): any {
 
  // target 为数组
 
  if (Array.isArray(target) && isValidArrayIndex(key)) {
 
    // 修改数组的长度, 避免索引>数组长度导致splice()执行有误
 
    target.length = Math.max(target.length, key);
 
    // 利用数组的splice变异方法触发响应式
 
    target.splice(key, 1, val);
 
    return val;
 
  }
 
  // target为对象, key在target或者target.prototype上 且必须不能在 Object.prototype 上,直接赋值
 
  if (key in target && !(key in Object.prototype)) {
 
    target[key] = val;
 
    return val;
 
  }
 
  // 以上都不成立, 即开始给target创建一个全新的属性
 
  // 获取Observer实例
 
  const ob = (target: any).__ob__;
 
  // target 本身就不是响应式数据, 直接赋值
 
  if (!ob) {
 
    target[key] = val;
 
    return val;
 
  }
 
  // 进行响应式处理
 
  defineReactive(ob.value, key, val);
 
  ob.dep.notify();
 
  return val;
 
}

注意：

如果目标是数组,使用 vue 实现的变异方法 splice 实现响应式
如果目标是对象,判断属性存在,即为响应式,直接赋值
如果 target 本身就不是响应式,直接赋值
如果属性不是响应式,则调用 defineReactive 方法进行响应式处理

14.虚拟DOM(vdom)和diff算法

DOM操作非常耗费性能
以前用jQuery，可以自行控制DOM操作时机，手动调整
vue和react都是数据驱动试图，如何有效控制DOM操作？

解决方案——vdom

有一定的复杂度，想减少计算次数比较难
难不能把计算，更多的转移为JS计算？因为JS执行比较快
vdom——用JS模拟DOM结构，计算出最小的变更，操作DOM

面试题：用JS模拟DOM元素

包含三部分：标签tag，附着在标签上的属性、样式、事件props，子元素children

vdom总结

用js模拟DOM结构（vnode）
新旧vnode对比，得出最小的更新范围，最后更新DOM
数据驱动视图的模式下，有效控制DOM操作

diff算法

两个数做diff，如这里的vdom diff

vnode ->patch ->new vnode

树diff的时间复杂度O（n^3）

第一，遍历tree1；第二，遍历tree2
第三，排序
1000个节点，要计算1亿次，算法不可用
优化时间复杂度到O（n）

只比较同一层级，不跨级比较
tag不相同，直接删掉重建，不再深度比较
tag和key，两者都相同，则认为是相同的节点，不再深度比较

diff算法总结

patchVnode
addVnodes removeVnodes
updateChildren（key的重要性）

vdom和diff总结

细节不重要，updateChildren更新过程也不重要，不要深究
vnode核心概念很重要：h vnode patch diff key 等
vnode的存在价值更重要：数据驱动试图，控制DOM操作

92IT

Just love IT.

Vue 原理整理