Vue2 和 Vue3 的数据绑定原理和实现

介绍

数据绑定是一种把用户界面元素（控件）的属性绑定到特定对象上面并使其同步的机制，使开发人员免于编写同步视图模型和视图的逻辑。

观察者模式.webp

观察者模式又称为发布-订阅模式，定义对象间的一种一对多的依赖关系，当它本身的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。比如用户界面可以作为一个观察者，业务数据是被观察者，用户界面观察业务数据的变化，发现数据变化后，就同步显示在界面上。这样可以确保界面和数据之间划清界限，假定应用程序的需求发生变化，需要修改界面的表现，只需要重新构建一个用户界面，业务数据不需要发生变化。有以下几个角色：

抽象主题（Subject）：提供一个接口，把所有观察者对象的引用保存到一个集合里，可以增加和删除观察者对象。
具体主题（Concrete Subject）：将有关状态信息存入观察者对象，在本身的内部状态改变时，给所有登记过的观察者发出通知。
抽象观察者（Observer）：为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题通知时更新自己。
具体观察者（Concrete Observer）：实现更新接口。

Vue2 和 Vue3 的数据绑定都是观察者模式的实现，前者使用 Object.defineProperty，后者使用的是 Proxy。

有以下 HTML：

<div id="app">
  <input type="radio" name="hello" id="hello" value="hello" v-model="title">
  <label for="hello">hello</label>
  <input type="radio" name="hello" id="hello2" value="hello2" v-model="title">
  <label for="hello2">hello2</label>
  <div v-bind="title"></div>
  <input v-model="content">
  <select v-model="content">
    <option>world</option>
    <option>world1</option>
    <option>world2</option>
  </select>
  <div v-bind="content"></div>
  <input type="checkbox" id="hobby1" value="hobby1" v-model="hobby">
  <label for="hobby1">hobby1</label>
  <input type="checkbox" id="hobby2" value="hobby2" v-model="hobby">
  <label for="hobby2">hobby2</label>
  <input type="checkbox" id="hobby3" value="hobby3" v-model="hobby">
  <label for="hobby3">hobby3</label>
  <br>
  {{ hobby }}
</div>
<script>
  const vm = new Vue({
    el: '#app',
    data: {
      title: 'hello',
      content: 'world2',
      hobby: ['hobby2'],
    }
  });
</script>

下面使用两种方法进行简单实现上面的双向绑定。

Object.defineProperty

语法：

1	Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)

obj
- 要定义属性的对象。
prop
- 要定义或修改的属性的名称或 Symbol 。
descriptor
- 要定义或修改的属性描述符。
返回值
- 被传递给函数的对象。

首先定义一个观察者构造函数，并实现得到主题通知时更新自己的逻辑。第一行将当前观察者绑定到函数属性上面，是为了避免全局作用域变量。

function Observer(vm, node, name, nodeType) {
  // 构造函数被调用时，将当前对象绑定到函数属性上面，接下来触发 getter 时使用
  Observer.target = this;
  this.update = () => {
    // 这里 vm[name] 读取操作会触发 getter
    if (node.type === 'radio') node.checked = node.value === vm[name];
    else if (node.type !== 'checkbox') node[nodeType] = vm[name];
  };
  this.update();
  Observer.target = null; // 设置为空，避免首次触发get后重复添加
}

然后定义 Vue 构造函数，遍历 options.data 对象，为每个属性都生成一个主题（包含当前属性的观察者数组），然后使用 Object.defineProperty 劫持属性的读取和写入操作，在首次读取时添加一个对应的观察者对象，为了避免后面读取操作重复添加，在观察者构造函数里面首次更新操作完成后设置了空。

function Vue(options) {
  const obj = options.data;
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    const subjects = [];
    Object.defineProperty(this, key, {
      get() {
        if (Observer.target) subjects.push(Observer.target);
        return obj[key];
      },
      set(newVal) {
        if (newVal === obj[key]) return;
        obj[key] = newVal;
        // 给当前主题所有登记过的观察者发出通知
        subjects.forEach(observer => observer.update());
      }
    });
  });
}

接下来就是遍历根节点（这里只遍历一层），根据子节点的类型，传入不同的参数调用 Observer 构造函数，然后首次更新视图，并触发 getter 将观察者对象都对应放到 options.data 的每个属性主题中，然后按属性类型添加不同的事件监听。

const el = document.querySelector(options.el);
el.childNodes.forEach(node => {
  if (node.nodeType === 1) {
    if (node.hasAttribute('v-model')) {
      const name = node.getAttribute('v-model');
      if (node.type === 'checkbox') node.checked = this[name].includes(node.value);
      const eventType = (node.tagName === 'INPUT' && node.type === 'text') || node.tagName == 'TEXTAREA' ? 'input' : 'change';
      node.addEventListener(eventType, e => {
        // 这里 this[name] 写入操作会触发 setter
        if (node.type === 'checkbox') {
          if (node.checked) this[name] = this[name].concat(node.value).sort();
          else this[name] = this[name].filter(v => v !== node.value).sort();
        } else this[name] = node.value;
      });
      new Observer(this, node, name, 'value');
    } else if (node.hasAttribute('v-bind')) {
      new Observer(this, node, node.getAttribute('v-bind'), 'textContent');
    }
  } else if (node.nodeType === 3 && /\{\{(.*)\}\}/.test(node.nodeValue)) {
    new Observer(this, node, RegExp.$1.trim(), 'nodeValue');
  }
});

Proxy

语法：

1	new Proxy(target, handler)

target
- 被代理的对象
handler
- 被代理对象上的自定义行为，和 Reflect 对象的所有静态方法对应，所以可以在其中调用对应的 Reflect 方法，完成默认行为，然后再部署额外的功能。

第一步定义观察者构造函数，和 Object.defineProperty 方式相同。

第二步也是定义 Vue 构造函数，不同的是使用 Proxy 劫持属性的读取和写入操作，不需要为 options.data 对象每个属性都添加主题了。其他和 Object.defineProperty 方式相同。

function Vue(options) {
  const subjects = [];
  this.proxy = new Proxy(options.data, {
    get(obj, key, receiver) {
      if (Observer.target) subjects.push(Observer.target);
      const value = Reflect.get(...arguments);
      return value;
    },
    set(obj, key, value, receiver) {
      if (value === obj[key]) return;
      const result = Reflect.set(...arguments);
      subjects.forEach(observer => observer.update());
      return result;
    }
  });
}

第三步遍历根节点，触发 getter 将观察者对象都放到主题的数组中，然后添加事件监听时，要触发 Proxy 的写入操作，而不是原对象。

const el = document.querySelector(options.el);
el.childNodes.forEach(node => {
  if (node.nodeType === 1) {
    if (node.hasAttribute('v-model')) {
      const name = node.getAttribute('v-model');
      if (node.type === 'checkbox') node.checked = this.proxy[name].includes(node.value);
      const eventType = (node.tagName === 'INPUT' && node.type === 'text') || node.tagName == 'TEXTAREA' ? 'input' : 'change';
      node.addEventListener(eventType, e => {
        // 这里 this.proxy[name] 写入操作会触发 setter
        if (node.type === 'checkbox') {
          let value = this.proxy[name];
          if (node.checked) {
            this.proxy[name] = value.concat(node.value).sort();
          } else this.proxy[name] = value.filter(v => v !== node.value).sort();
        } else this.proxy[name] = node.value;
      });
      new Observer(this.proxy, node, name, 'value');
    } else if (node.hasAttribute('v-bind')) {
      new Observer(this.proxy, node, node.getAttribute('v-bind'), 'textContent');
    }
  } else if (node.nodeType === 3 && /\{\{(.*)\}\}/.test(node.nodeValue)) {
    new Observer(this.proxy, node, RegExp.$1.trim(), 'nodeValue');
  }
});