vue数据双向绑定的原理

一、vue的实现原理
在这里插入图片描述

Vue.js采用ES5提供的属性特性功能，结合发布-订阅模式，通过Object.defineOrototype()为各个定义set、get特性方法，在数据发生变化时给订阅者发布消息，触发相应的监听回调。

具体步骤如下：

对需要观察的数据对象进行递归遍历，包括子属性对象的属性，设置set和get特性方法。当给这个对象的某个值赋值时，会触发绑定的set特性方法，于是就能监听到数据变化。
用complie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，并将各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，就会收到通知，并更新视图。
Watcher订阅者是Observer发布者和complie解析模板指令之间通信的桥梁，主要功能如下：

在自身实例化时像属性订阅器（Dep）里面添加自己；
自身必须有一个update()方法；
在dep.notice()发布通知时，能调用自身的update()方法，并触发complie中绑定的回调函数。

MVVM是数据绑定的入口，整合了Watcher、Observer、Complie三者，通过Observer来监听自己的model数据变化，通过Complie来解析模板指令，最终利用Watcher搭起Observer和Complie之间的通信桥梁，达到数据变化通知视图更新的的效果。利用视图交互，变化更新数据model变更的双向绑定效果。

[补充]：

具体的Object.defineProperty()的用法：https://mp.csdn.net/mdeditor/99162136#
订阅者和发布者模式：

（1）所谓的订阅者，就像我们在日常生活中，订阅报纸一样。我们订阅报纸的时候，通常都得需要在报社或者一些中介机构进行注册。当有新版的报纸发刊的时候，邮递员就需要向订阅该报纸的人，依次发放报纸。

（2）用代码实现该模式，需要进行两个步骤：

初始化发布者、订阅者。
订阅者需要注册到发布者，发布者发布消息时，依次向订阅者发布消息。

二、通过vue原理实现一个简单的mvvm双向绑定的demo：

思路分析

要想实现mvvm，主要包含两个方面，视图变化更新数据，数据变化更新视图．
view变化更新data其实可以通过事件监听实现，比如input标签监听input事件，所有我们着重分析data变化更新view.
data变化更新view的重点是如何知道view什么时候变化了，只要知道什么时候view变化了，那么接下来的就好处理了．这个时候我们上文提到的Object.defineProperty()就起作用了。通过Object.defineProperty()对属性设置一个set函数，当属性变化时就会触发这个函数，所以我们只需要将一些更新的方法放在set函数中就可以实现data变化更新view了．

实现过程

首先要对数据进行劫持监听，所以我们首先要设置一个监听器Observer，用来监听所有的属性，当属性变化时，就需要通知订阅者Watcher,看是否需要更新。
因为属性可能是多个，所以会有多个订阅者，故我们需要一个消息订阅器Dep来专门收集这些订阅者，并在监听器Observer和订阅者Watcher之间进行统一的管理.。因为在节点元素上可能存在一些指令，所以我们还需要有一个指令解析器Compile，对每个节点元素进行扫描和解析，将相关指令初始化成一个订阅者Watcher，并替换模板数据并绑定相应的函数，这时候当订阅者Watcher接受到相应属性的变化，就会执行相对应的更新函数，从而更新视图。

整理上面的思路，我们需要实现三个步骤，来完成双向绑定：

（1）实现一个监听器Observer，用来劫持并监听所有属性，如果有变动的，就通知订阅者。

（2）实现一个订阅者Watcher，可以收到属性的变化通知并执行相应的函数，从而更新视图。

（3）实现一个解析器Compile，可以扫描和解析每个节点的相关指令，并根据初始化模板数据以及初始化相应的订阅器。

实现

（1）实现一个监听器Observer

数据监听器的核心方法就是Object.defineProperty()，通过遍历循环对所有属性值进行监听，并对其进行Object.defineProperty()处理，代码如下：

//对所有属性都要监听,递归遍历所有属性
function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);  //递归遍历所有的属性
    Object.defineProperty(data,key,{
        enumerable:true,    
        configurable:true,   
        get:function() {
            return val;
        },
        set:function(newVal) {
            val = newVal;
            console.log('属性'+key+'已经被监听,现在值为:"'+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权威指南';  
library.book2 = '没有此书籍';

通过observe()方法遍历向下找到所有的属性，并通过defineReactive()方法进行数据劫持监听。
在上面的思路中，我们需要一个可以容纳消息订阅者的消息订阅器Dep，消息订阅器Dep主要收集消息订阅者，然后在属性变化时执行相应订阅者的更新函数，那么Dep需要有一个容器，用来存放消息订阅者。

将上面的监听器Observer进行修改：

function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);
    var dep = new Dep();
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if (是否需要添加订阅者) {    //Watcher初始化触发
                dep.addSub(watcher);  //添加一个订阅者
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者
        }
    });
}
function observe(data) {
    if(!data || typeof data !== 'object') {
        return;
    }
    Object.keys(data).forEach(function(key){
        defineReactive(data,key,data[key]);
    });
}
function Dep() {
    this.subs = [];
}
Dep.prototype = {                        
    addSub:function(sub) {
        this.subs.push(sub);
    },
    notify:function() {
        this.subs.forEach(function(sub) {
            sub.update();  //通知每个订阅者检查更新
        })
    }
}
Dep.target = null;

将订阅器Dep添加一个订阅者设计在get里面，这是为了让Watcher在初始化时触发，因此判断是否需要需要添加订阅者。
在set方法中，如果函数变化，就会通知所有的订阅者，订阅者将会执行相对应的更新函数。
[补充] Object.keys()的用法：https://mp.csdn.net/mdeditor/99232258#

（2）实现订阅者Watcher

订阅者Watcher在初始化时要将自己添加到订阅器Dep中，那么如何进行添加？

监听器Observer是在get函数中执行了添加订阅者的操作的，所以只需要在订阅者Watcher初始化时触发相对应的get函数来执行添加订阅者的操作即可。

如何触发对应的get函数？
获取对应的属性值，就可以通过Object.defineProperty( )触发对应的get。
注意，只需要在订阅者初始化时才执行添加订阅者，所以我们需要一个判断，在Dep.target上缓存一下订阅者，添加成功后去除就行了，代码如下：

function Watcher(vm,exp,cb) {
    this.vm = vm;    //指向SelfVue的作用域
    this.exp = exp;  //绑定属性的key值
    this.cb = cb;    //闭包
    this.value = this.get();
}
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;                   // 缓存自己
        var value = this.vm.data[this.exp];  // 强制执行监听器里的get函数
        Dep.target = null;                   // 释放自己
        return value;
    }
}

这个时候我们需要对监听器Observer中的defineReactive()做稍微的调整：

function defineReactive(data,key,val) {
    observe(val);
    var dep = new Dep();
    Object.defineProperty(data, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function() {
            if(Dep.target) {   //判断是否需要添加订阅者
                 dep.addSub(Dep.target);
            }
            return val;
        },
        set: function(newVal) {
            if (val === newVal) {
                return;
            }
            val = newVal;
            console.log('属性' + key + '已经被监听了，现在值为：“' + newVal.toString() + '”');
            dep.notify(); // 如果数据变化，通知所有订阅者
        }
    });
}

到目前为止，一个简易版的Watcher已经成型了，我们只需要将订阅者Watcher和监听器Observer关联起来，就可以实现一个简单的双向绑定．因为这里还没有设计指令解析器，所以对于模板数据我们都进行写死处理，假设模板上有一个节点元素，且id为＇name＇,并且双向绑定的绑定变量也是’name’，且是通过两个大双括号包起来（暂时没有什么用处），模板代码如下：

<body>
    <h1 id="name">{{name}}</h1>
</body>

我们需要定义一个SelfVue类，来实现observer和watcher的关联，代码如下：

//将Observer和Watcher关联起来
function SelfVue(data,el,exp) {
    this.data = data;
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];
    new Watcher(this,exp,function(value) {
        el.innerHTML = value;
    });
    return this;
}

然后在页面上new一个SelfVue，就可以实现双向绑定了：

<body>
    <h1 id="name"{{name}}></h1>
</body>
<script src="../js/observer.js"></script>
<script src="../js/Watcher.js"></script>
<script src="../js/SelfVue.js"></script>
<script>
     var ele = document.querySelector('#name');
     var selfVue = new SelfVue({
         name:'hello world'
     },ele,'name');

     window.setTimeout(function() {
         console.log('name值改变了');
         selfVue.name = 'byebye world';
     },2000);
</script>

这时我们打开页面，显示的是’hello world’,２s后变成了’byebye world’,一个简单的双向绑定实现了．

对比vue,我们发现了有一个问题，我们在为属性赋值的时候形式是： ’ selfVue.data.name = ‘byebye world’ ‘,而我们理想的形式是：’ selfVue.name = ‘byebye world’ '，那么怎么实现这种形式呢，只需要在new SelfVue时做一个代理处理，让访问SelfVue的属性代理为访问selfVue.data的属性，原理还是使用Object.defineProperty( )对属性在包装一层．代码如下：

function SelfVue(data,el,exp) {
    var self = this;
    this.data = data;
    //Object.keys() 方法会返回一个由一个给定对象的自身可枚举属性组成的数组
    Object.keys(data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);     //绑定代理属性
    });
    observe(data);
    el.innerHTML = this.data[exp];   // 初始化模板数据的值
    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;
            } 
        });
    }
}

这样我们就可以用理想的形式改变模板数据了．

（3）实现指令解析器Compile

在上面的双向绑定demo中，我们发现整个过程都没有解析dom节点，而是固定某个节点进行替换数据，所以接下来我们要实现一个解析器Compile来解析和绑定工作，分析解析器的作用，实现步骤如下：

解析模板指令，并替换模板数据，初始化视图
将模板指令对应的节点绑定对应的更新函数，初始化相应的订阅器

为了解析模板，首先要获得dom元素，然后对含有dom元素上含有指令的节点进行处理，这个过程对dom元素的操作比较繁琐，所以我们可以先建一个fragment片段，将需要解析的dom元素存到fragment片段中在做处理：

nodeToFragment:function(el) {
    var fragment = document.createDocumentFragment();   //createdocumentfragment()方法创建了一虚拟的节点对象，节点对象包含所有属性和方法。
    var child = el.firstChild;
    while(child) {
        // 将Dom元素移入fragment中
        fragment.appendChild(child);
        child = el.firstChild;
    }
    return fragment;
}

接下来需要遍历所有节点，对含有指令的节点进行特殊的处理，这里我们先处理最简单的情况，只对带有 ‘{{变量}}’ 这种形式的指令进行处理，代码如下：

//遍历各个节点,对含有相关指定的节点进行特殊处理
    compileElement:function(el) {
        var childNodes = el.childNodes;   //childNodes属性返回节点的子节点集合，以 NodeList 对象。
        var self = this;
        //slice() 方法可从已有的数组中返回选定的元素。
        [].slice.call(childNodes).forEach(function(node) {
            var reg = /\{\{(.*)\}\}/;
            var text = node.textContent;  //textContent 属性设置或返回指定节点的文本内容
            if(self.isTextNode(node) && reg.test(text)) {      //判断是否符合{{}}的指令
                //exec() 方法用于检索字符串中的正则表达式的匹配。
                //返回一个数组，其中存放匹配的结果。如果未找到匹配，则返回值为 null。
                self.compileText(node,reg.exec(text)[1]);
            }
            if(node.childNodes && node.childNodes.length) {
                self.compileElement(node);    //继续递归遍历子节点
            }
        });
    },
    compileText:function(node,exp) {
        var self = this;
        var initText = this.vm[exp];
        this.updateText(node,initText);    // 将初始化的数据初始化到视图中
        new Watcher(this.vm,exp,function(value) {
            self.updateText(node,value);
        });

    },
    updateText:function(node,value) {
        node.textContent = typeof value == 'undefined' ? '': value;
    },

获取到最外层节点后，调用compileElement函数，对所有子节点进行判断，如果节点是文本节点且匹配{{}}这种形式指令的节点就开始进行编译处理，编译处理首先需要初始化视图数据，对应上面所说的步骤1，接下去需要生成一个并绑定更新函数的订阅器，对应上面所说的步骤2。这样就完成指令的解析、初始化、编译三个过程，一个解析器Compile也就可以正常的工作了。

为了将解析器Compile与监听器Observer和订阅者Watcher关联起来，需要修改一下类SelfVue函数：

function SelfVue(options) {
    var self = this;
    this.vm = this;
    this.data = options.data;
    Object.keys(this.data).forEach(function(key) {
        self.proxyKeys(key);     //绑定代理属性
    });
    observe(options.data);
    new Compile(options.el,this.vm);
    return this;
}

更改后，不要像之前通过传入固定的元素值进行双向绑定了，可以随便命名各种变量进行双向绑定了：

<body>
    <div id="app">
        <h1>{{title}}</h1>
        <h2>{{name}}</h2>
        <h3>{{content}}</h3>
    </div>
</body>
<script src="../js/observer2.js"></script>
<script src="../js/Watcher1.js"></script>
<script src="../js/compile1.js"></script>
<script src="../js/index3.js"></script>
<script>
    var selfVue = new SelfVue({
        el:'#app',
        data:{
            title:'aaa',
            name:'bbb',
            content:'ccc'
        }
    });
    window.setTimeout(function() {
        selfVue.title = 'ddd';
        selfVue.name = 'eee';
        selfVue.content = 'fff'
    },2000);
</script>

到这里，一个数据双向绑定功能已经基本完成了，接下去就是需要完善更多指令的解析编译，在哪里进行更多指令的处理呢？
只要在上文说的compileElement函数加上对其他指令节点进行判断，然后遍历其所有属性，看是否有匹配的指令的属性，如果有的话，就对其进行解析编译。这里我们再添加一个v-model指令和事件指令的解析编译，对于这些节点我们使用函数compile进行解析处理：

compile:function(node) {
        var nodeAttrs = node.attributes;   //attributes 属性返回指定节点的属性集合，即 NamedNodeMap。
        var self = this;
        //Array.prototype属性表示Array构造函数的原型，并允许为所有Array对象添加新的属性和方法。
        //Array.prototype本身就是一个Array
        Array.prototype.forEach.call(nodeAttrs,function(attr) {
            var attrName = attr.name;      //添加事件的方法名和前缀:v-on:click="onClick" ,则attrName = 'v-on:click' id="app" attrname= 'id'
            if(self.isDirective(attrName)) {     
                var exp = attr.value;      //添加事件的方法名和前缀:v-on:click="onClick" ,exp = 'onClick'

                //substring() 方法用于提取字符串中介于两个指定下标之间的字符。返回值为一个新的字符串
                //dir = 'on:click'
                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函数是挂载Compile原型上的，它首先遍历所有节点属性，然后再判断属性是否是指令属性，如果是的话再区分是哪种指令，再进行相应的处理.

最后我们再次改造一下SelfVue，是它的格式看上去更像vue:

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(options.data);
    new Compile(options.el,this);
    options.mounted.call(this);
}

测试一下：

<body>
    <div id="app">
            <h2>{{title}}</h2>
            <input v-model="name">
            <h1>{{name}}</h1>
            <button v-on:click="clickMe">click me!</button>
    </div>
</body>
<script src="../js/observer3.js"></script>
<script src="../js/Watcher1.js"></script>
<script src="../js/compile2.js"></script>
<script src="../js/index4.js"></script>
<script>
    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>

效果如下：
在这里插入图片描述