Vue双向数据绑定原理(面试必问)-阿里云开发者社区

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vue.js是采用数据劫持结合发布者-订阅者模式的方式，通过Object.defineProperty()来劫持各个属性的setter，getter，在数据变动时发布消息给订阅者，触发相应的监听回调来渲染视图。

具体步骤

1、需要observer的数据对象进行递归遍历，包括子属性对象的属性，都加上 setter和getter 这样的话，给这个对象的某个值赋值，就会触发setter，那么就能监听到了数据变化
2、compile解析模板指令，将模板中的变量替换成数据，然后初始化渲染页面视图，并将每个指令对应的节点绑定更新函数，添加监听数据的订阅者，一旦数据有变动，收到通知，更新视图
3、Watcher订阅者是Observer和Compile之间通信的桥梁，主要做的事情是:
(1)在自身实例化时往属性订阅器(dep)里面添加自己
(2)自身必须有一个update()方法
(3)待属性变动dep.notice()通知时，能调用自身的update()方法，并触发Compile中绑定的回调，则功成身退。
4、MVVM作为数据绑定的入口，整合Observer、Compile和Watcher三者，通过Observer来监听自己的model数据变化，通过Compile来解析编译模板指令，最终利用Watcher搭起Observer和Compile之间的通信桥梁，达到数据变化 -> 视图更新；视图交互变化(input) -> 数据model变更的双向绑定效果。

什么是数据双向绑定？

vue是一个mvvm框架，即数据双向绑定，即当数据发生变化的时候，视图也就发生变化，当视图发生变化的时候，数据也会跟着同步变化。这也算是vue的精髓之处了。值得注意的是， 我们所说的数据双向绑定，一定是对于UI控件来说的，非UI控件不会涉及到数据双向绑定。单向数据绑定是使用状态管理工具（如redux）的前提。如果我们使用vuex，那么数据流也是单项的，这时就会和双向数据绑定有冲突，我们可以这么解决。

为什么要实现数据的双向绑定？

在vue中，如果使用vuex，实际上数据还是单向的，之所以说是数据双向绑定，这是用的UI控件来说，对于我们处理表单，vue的双向数据绑定用起来就特别舒服了。

即两者并不互斥，在全局性数据流使用单项，方便跟踪；局部性数据流使用双向，简单易操作。

1. 什么是Object.defineProperty?

1.1 语法：

Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)

参数说明：

obj：必需。目标对象
prop：必需。需定义或修改的属性的名字
descriptor：必需。目标属性所拥有的特性

返回值：

传入函数的对象。即第一个参数obj；

针对属性，我们可以给这个属性设置一些特性，比如是否只读不可以写；是否可以被for…in或Object.keys()遍历。

给对象的属性添加特性描述，目前提供两种形式：数据描述和存取器描述。

当修改或定义对象的某个属性的时候，给这个属性添加一些特性：

一、访问器属性

Object.defineProperty()函数可以定义对象的属性相关描述符，其中的set和get函数对于完成数据双向绑定起到了至关重要的作用，下面，我们看看这个函数的基本使用方式。

var obj = {
      foo: 'foo'
    }
    Object.defineProperty(obj, 'foo', {
      get: function () {
        console.log('将要读取obj.foo属性');
      }, 
      set: function (newVal) {
        console.log('当前值为', newVal);
      }
    });
    obj.foo; // 将要读取obj.foo属性
    obj.foo = 'name'; // 当前值为 name

可以看到，get即为我们访问属性时调用，set为我们设置属性值时调用。

二、简单的数据双向绑定实现方法

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>forvue</title>
</head>
<body>
  <input type="text" id="textInput">
  输入：<span id="textSpan"></span>
  <script>
    var obj = {},
        textInput = document.querySelector('#textInput'),
        textSpan = document.querySelector('#textSpan');
    Object.defineProperty(obj, 'foo', {
      set: function (newValue) {
        textInput.value = newValue;
        textSpan.innerHTML = newValue;
      }
    });
    textInput.addEventListener('keyup', function (e) {
        obj.foo = e.target.value;
    });
  </script>
</body>
</html>

最终效果图

可以看到，实现一个简单的数据双向绑定还是不难的：使用Object.defineProperty()来定义属性的set函数，属性被赋值的时候，修改Input的value值以及span中的innerHTML；然后监听input的keyup事件，修改对象的属性值，即可实现这样的一个简单的数据双向绑定。

双向绑定指令为v-model：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Vue入门之htmlraw</title>
  <script src="https://unpkg.com/vue/dist/vue.js"></script>
</head>
<body>
  <div id="app">
    <!-- v-model可以直接指向data中的属性，双向绑定就建立了 -->
    <input type="text" name="txt" v-model="msg">
    <p>您输入的信息是：{{ msg }}</p>
  </div>
  <script>
    var app = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        msg: '双向数据绑定的例子'
      }
    });
  </script>
</body>
</html>

最终的结果就是：你改变 input 文本框的内容的时候，p 标签中的内容会跟着进行改变。

三、实现任务的思路

上面我们只是实现了一个最简单的数据双向绑定，而我们真正希望实现的时下面这种方式：

    <div id="app">
        <input type="text" v-model="text">
        {{ text }}
    </div>  
    <script>
        var vm = new Vue({
            el: '#app', 
            data: {
                text: 'hello world'
            }
        });
    </script>

即和vue一样的方式来实现数据的双向绑定。那么，我们可以把整个实现过程分为下面几步：

输入框以及文本节点与 data 中的数据绑定
输入框内容变化时，data 中的数据同步变化。即 view => model 的变化。
data 中的数据变化时，文本节点的内容同步变化。即 model => view 的变化。

四、DocumentFragment

如果希望实现任务一，我们还需要使用到 DocumentFragment 文档片段，可以把它看做一个容器，如下所示：

<div id="app">
    </div>
    <script>
        var flag = document.createDocumentFragment(),
            span = document.createElement('span'),
            textNode = document.createTextNode('hello world');
        span.appendChild(textNode);
        flag.appendChild(span);
        document.querySelector('#app').appendChild(flag)
    </script>

这样，我们就可以得到下面的DOM树：

使用文档片段的好处在于：在文档片段上进行操作DOM，而不会影响到真实的DOM，操作完成之后，我们就可以添加到真实DOM上，这样的效率比直接在正式DOM上修改要高很多。

vue进行编译时，就是将挂载目标的所有子节点劫持到DocumentFragment中，经过一番处理之后，再将DocumentFragment整体返回插入挂载目标。

如下所示：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>forvue</title>
</head>
<body>
    <div id="app">
        <input type="text" id="a">
        <span id="b"></span>
    </div>
    <script>
        var dom = nodeToFragment(document.getElementById('app'));
        console.log(dom);
        function nodeToFragment(node) {
            var flag = document.createDocumentFragment();
            var child;
            while (child = node.firstChild) {
                flag.appendChild(child);
            }
            return flag;
        }
        document.getElementById('app').appendChild(dom);
    </script>
</body>
</html>

即首先获取到div，然后通过documentFragment劫持，接着再把这个文档片段添加到div上去。

五、初始化数据绑定

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>forvue</title>
</head>
<body>
    <div id="app">
        <input type="text" v-model="text">
        {{ text }}
    </div>
    <script>
        function compile(node, vm) {
            var reg = /{{(.*)}}/;
            // 节点类型为元素
            if (node.nodeType === 1) {
                var attr = node.attributes;
                // 解析属性
                for (var i = 0; i < attr.length; i++) {
                    if (attr[i].nodeName == 'v-model') {
                        var name = attr[i].nodeValue; // 获取v-model绑定的属性名
                        node.value = vm.data[name]; // 将data的值赋值给该node
                        node.removeAttribute('v-model');
                    }
                }
            }
            // 节点类型为text
            if (node.nodeType === 3) {
                if (reg.test(node.nodeValue)) {
                    var name = RegExp.$1; // 获取匹配到的字符串
                    name = name.trim();
                    node.nodeValue = vm.data[name]; // 将data的值赋值给该node
                }
            }
        }
        function nodeToFragment(node, vm) {
            var flag = document.createDocumentFragment();
            var child;
            while (child = node.firstChild) {
                compile(child, vm);
                flag.appendChild(child); // 将子节点劫持到文档片段中
            }
            return flag;
        }
        function Vue(options) {
            this.data = options.data;
            var id = options.el;
            var dom = nodeToFragment(document.getElementById(id), this);
            // 编译完成后，将dom返回到app中。
            document.getElementById(id).appendChild(dom);
        }
        var vm  = new Vue({
            el: 'app',
            data: {
                text: 'hello world'
            }
        });
    </script>
</body>
</html>

以上的代码实现而立任务一，我们可以看到，hello world 已经呈现在了输入框和文本节点中了。

六、响应式的数据绑定

我们再来看看任务二的实现思路：当我们在输入框输入数据的时候，首先触发的时input事件（或者keyup、change事件），在相应的事件处理程序中，我们获取输入框的value并赋值给vm实例的text属性。我们会利用defineProperty将data中的text设置为vm的访问器属性，因此给vm.text赋值，就会触发set方法。在set方法中主要做两件事情，第一是更新属性的值，第二留在任务三种说。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>forvue</title>
</head>
<body>
    <div id="app">
        <input type="text" v-model="text">
        {{ text }}
    </div>
    <script>
        function compile(node, vm) {
            var reg = /{{(.*)}}/;
            // 节点类型为元素
            if (node.nodeType === 1) {
                var attr = node.attributes;
                // 解析属性
                for (var i = 0; i < attr.length; i++) {
                    if (attr[i].nodeName == 'v-model') {
                        var name = attr[i].nodeValue; // 获取v-model绑定的属性名
                        node.addEventListener('input', function (e) {
                            // 给相应的data属性赋值，进而触发属性的set方法
                            vm[name] = e.target.value;
                        })
                        node.value = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                        node.removeAttribute('v-model');
                    }
                }
            }
            // 节点类型为text
            if (node.nodeType === 3) {
                if (reg.test(node.nodeValue)) {
                    var name = RegExp.$1; // 获取匹配到的字符串
                    name = name.trim();
                    node.nodeValue = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                }
            }
        }
        function nodeToFragment(node, vm) {
            var flag = document.createDocumentFragment();
            var child;
            while (child = node.firstChild) {
                compile(child, vm);
                flag.appendChild(child); // 将子节点劫持到文档片段中
            }
            return flag;
        }
        function Vue(options) {
            this.data = options.data;
            var data = this.data;
            observe(data, this);
            var id = options.el;
            var dom = nodeToFragment(document.getElementById(id), this);
            // 编译完成后，将dom返回到app中。
            document.getElementById(id).appendChild(dom);
        }
        var vm  = new Vue({
            el: 'app',
            data: {
                text: 'hello world'
            }
        });
        function defineReactive(obj, key, val) {
            // 响应式的数据绑定
            Object.defineProperty(obj, key, {
                get: function () {
                    return val;
                },
                set: function (newVal) {
                    if (newVal === val) {
                        return; 
                    } else {
                        val = newVal;
                        console.log(val); // 方便看效果
                    }
                }
            });
        }
        function observe (obj, vm) {
            Object.keys(obj).forEach(function (key) {
                defineReactive(vm, key, obj[key]);
            });
        }
    </script>
</body>
</html>

以上，任务二也就完成了，text属性值会和输入框的内容同步变化。

七、订阅/发布模式（subscribe & publish）

text属性变化了，set方法触发了，但是文本节点的内容没有变化。如何才能让同样绑定到text的文本节点也同步变化呢？这里又有一个知识点：订阅发布模式。

订阅发布模式又称为观察者模式，定义了一种一对多的关系，让多个观察者同时监听某一个主题对象，这个主题对象的状态发生改变时就会通知所有的观察者对象。

发布者发出通知 =>主题对象收到通知并推送给订阅者 => 订阅者执行相应的操作。

// 一个发布者 publisher，功能就是负责发布消息 - publish
        var pub = {
            publish: function () {
                dep.notify();
            }
        }
        // 多个订阅者 subscribers， 在发布者发布消息之后执行函数
        var sub1 = { 
            update: function () {
                console.log(1);
            }
        }
        var sub2 = { 
            update: function () {
                console.log(2);
            }
        }
        var sub3 = { 
            update: function () {
                console.log(3);
            }
        }
        // 一个主题对象
        function Dep() {
            this.subs = [sub1, sub2, sub3];
        }
        Dep.prototype.notify = function () {
            this.subs.forEach(function (sub) {
                sub.update();
            });
        }
        // 发布者发布消息， 主题对象执行notify方法，进而触发订阅者执行Update方法
        var dep = new Dep();
        pub.publish();

不难看出，这里的思路还是很简单的：发布者负责发布消息、订阅者负责接收接收消息，而最重要的是主题对象，他需要记录所有的订阅这特消息的人，然后负责吧发布的消息通知给哪些订阅了消息的人。

所以，当set方法触发后做的第二件事情就是作为发布者发出通知： “我是属性text，我变了”。文本节点作为订阅者，在接收到消息之后执行相应的更新动作。

八、双向绑定的实现

回顾一下，每当new一个Vue，主要做了两件事情：第一是监听数据：observe(data)，第二是编译HTML：nodeToFragment(id)

在监听数据的过程中，会为data中的每一个属性生成一个主题对象dep。

在编译HTML的过程中，会为每一个与数据绑定相关的节点生成一个订阅者 watcher，watcher会将自己添加到相应属性的dep中。

我们已经实现了：修改输入框内容 => 在事件回调函数中修改属性值 => 触发属性的set方法。

接下来我们要实现的是：发出通知 dep.notify() => 触发订阅者update方法 => 更新视图。

这里的关键逻辑是：如何将watcher添加到关联属性的dep中。

function compile(node, vm) {
            var reg = /{{(.*)}}/;
            // 节点类型为元素
            if (node.nodeType === 1) {
                var attr = node.attributes;
                // 解析属性
                for (var i = 0; i < attr.length; i++) {
                    if (attr[i].nodeName == 'v-model') {
                        var name = attr[i].nodeValue; // 获取v-model绑定的属性名
                        node.addEventListener('input', function (e) {
                            // 给相应的data属性赋值，进而触发属性的set方法
                            vm[name] = e.target.value;
                        })
                        node.value = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                        node.removeAttribute('v-model');
                    }
                }
            }
            // 节点类型为text
            if (node.nodeType === 3) {
                if (reg.test(node.nodeValue)) {
                    var name = RegExp.$1; // 获取匹配到的字符串
                    name = name.trim();
                    // node.nodeValue = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                    new Watcher(vm, node, name);
                }
            }
        }

在编译HTML的过程中，为每个和data关联的节点生成一个Watcher。那么Watcher函数中发生了什么呢？

function Watcher(vm, node, name) {
            Dep.target = this;
            this.name = name;
            this.node = node;
            this.vm = vm;
            this.update();
            Dep.target = null;
        }
        Watcher.prototype = {
            update: function () {
                this.get();
                this.node.nodeValue = this.value;
            },
            // 获取data中的属性值
            get: function () {
                this.value = this.vm[this.name]; // 触发相应属性的get
            }
        }

首先，将自己赋值给了一个全局变量 Dep.target;

其次，执行了update方法，进而执行了 get 方法，get方法读取了vm的访问器属性，从而触发了访问器属性的get方法，get方法将该watcher添加到对应访问器属性的dep中；

再次，获取顺序性的值，然后更新视图。

最后将Dep.target设置为空。因为他是全局变量，也是watcher和dep关联的唯一桥梁，任何时候，都必须保证Dep.target只有一个值。

最终如下

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>forvue</title>
</head>
<body>
    <div id="app">
        <input type="text" v-model="text"> <br>
        {{ text }} <br>
        {{ text }}
    </div>
    <script>
        function observe(obj, vm) {
            Object.keys(obj).forEach(function (key) {
                defineReactive(vm, key, obj[key]);
            });
        }
        function defineReactive(obj, key, val) {
            var dep = new Dep();
            // 响应式的数据绑定
            Object.defineProperty(obj, key, {
                get: function () {
                    // 添加订阅者watcher到主题对象Dep
                    if (Dep.target) {
                        dep.addSub(Dep.target);
                    }
                    return val;
                },
                set: function (newVal) {
                    if (newVal === val) {
                        return; 
                    } else {
                        val = newVal;
                        // 作为发布者发出通知
                        dep.notify()                        
                    }
                }
            });
        }
        function nodeToFragment(node, vm) {
            var flag = document.createDocumentFragment();
            var child;
            while (child = node.firstChild) {
                compile(child, vm);
                flag.appendChild(child); // 将子节点劫持到文档片段中
            }
            return flag;
        }
        function compile(node, vm) {
            var reg = /{{(.*)}}/;
            // 节点类型为元素
            if (node.nodeType === 1) {
                var attr = node.attributes;
                // 解析属性
                for (var i = 0; i < attr.length; i++) {
                    if (attr[i].nodeName == 'v-model') {
                        var name = attr[i].nodeValue; // 获取v-model绑定的属性名
                        node.addEventListener('input', function (e) {
                            // 给相应的data属性赋值，进而触发属性的set方法
                            vm[name] = e.target.value;
                        })
                        node.value = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                        node.removeAttribute('v-model');
                    }
                }
            }
            // 节点类型为text
            if (node.nodeType === 3) {
                if (reg.test(node.nodeValue)) {
                    var name = RegExp.$1; // 获取匹配到的字符串
                    name = name.trim();
                    // node.nodeValue = vm[name]; // 将data的值赋值给该node
                    new Watcher(vm, node, name);
                }
            }
        }
        function Watcher(vm, node, name) {
            Dep.target = this;
            this.name = name;
            this.node = node;
            this.vm = vm;
            this.update();
            Dep.target = null;
        }
        Watcher.prototype = {
            update: function () {
                this.get();
                this.node.nodeValue = this.value;
            },
            // 获取data中的属性值
            get: function () {
                this.value = this.vm[this.name]; // 触发相应属性的get
            }
        }
        function Dep () {
            this.subs = [];
        }
        Dep.prototype = {
            addSub: function (sub) {
                this.subs.push(sub);
            },
            notify: function () {
                this.subs.forEach(function (sub) {
                    sub.update();
                });
            }
        }
        function Vue(options) {
            this.data = options.data;
            var data = this.data;
            observe(data, this);
            var id = options.el;
            var dom = nodeToFragment(document.getElementById(id), this);
            // 编译完成后，将dom返回到app中。
            document.getElementById(id).appendChild(dom);
        }
        var vm  = new Vue({
            el: 'app',
            data: {
                text: 'hello world'
            }
        });
    </script>
</body>
</html>

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