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六千字詳解！講透Vue3響應(yīng)式是如何實現(xiàn)的

前言

十載的尼開遠網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗，針對設(shè)計、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時及時工作處理。營銷型網(wǎng)站的優(yōu)勢是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動調(diào)整尼開遠建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計，從而大程度地提升瀏覽體驗。創(chuàng)新互聯(lián)從事“尼開遠網(wǎng)站設(shè)計”,“尼開遠網(wǎng)站推廣”以來，每個客戶項目都認(rèn)真落實執(zhí)行。

本文使用 ref 對 vue 的響應(yīng)性進行解讀，僅僅是響應(yīng)性原理解析，不涉及 vue 組件等概念。

vue 的響應(yīng)性的實現(xiàn)，在 @vue/reactivity 包下，對應(yīng)的源碼目錄為 packages/reactivity。如何調(diào)試 vue 源碼，可查看該文章[1]

為什么使用 ref 進行講解，而不是 reactive？

ref 比 reactive 的實現(xiàn)簡單，且不需要用到 es6 的 Proxy，僅僅需要使用到對象的 getter 和 setter 函數(shù)

因此，講述響應(yīng)性原理，我們用簡單的 ref ，盡量減少大家的理解成本

什么是響應(yīng)性？

這部分的響應(yīng)性定義，來自 vue3 官方文檔[2]

這個術(shù)語在程序設(shè)計中經(jīng)常被提及，但這是什么意思呢？響應(yīng)性是一種允許我們以聲明式的方式去適應(yīng)變化的編程范例。人們通常展示的典型例子，是一份 excel 電子表格 (一個非常好的例子)。

如果將數(shù)字 2 放在第一個單元格中，將數(shù)字 3 放在第二個單元格中并要求提供 SUM，則電子表格會將其計算出來給你。不要驚奇，同時，如果你更新第一個數(shù)字，SUM 也會自動更新。

JavaScript 通常不是這樣工作的——如果我們想用 JavaScript 編寫類似的內(nèi)容：

let val1 = 2
let val2 = 3
let sum = val1 + val2
console.log(sum) // 5
val1 = 3
console.log(sum) // 仍然是 5
復(fù)制代碼

如果我們更新第一個值，sum 不會被修改。

那么我們?nèi)绾斡?JavaScript 實現(xiàn)這一點呢？

我們這里直接看 @vue/reactive 的測試用例，來看看怎么使用，才會做到響應(yīng)性的效果

ref 的測試用例

it 包裹的是測試用例的具體內(nèi)容，我們只需要關(guān)注回調(diào)里面的代碼即可。

it('should be reactive', () => {
    const a = ref(1)
    let dummy
    let calls = 0
    effect(() => {
        calls++
        dummy = a.value
    })
    expect(calls).toBe(1)
    expect(dummy).toBe(1)
    a.value = 2
    expect(calls).toBe(2)
    expect(dummy).toBe(2)
    // same value should not trigger
    a.value = 2
    expect(calls).toBe(2)
    expect(dummy).toBe(2)
})
復(fù)制代碼

我們從測試用例中，可以看出有以下幾點結(jié)論：

被 effect 包裹的函數(shù)，會自動執(zhí)行一次。
被 effect 函數(shù)包裹的函數(shù)體，擁有了響應(yīng)性 —— 當(dāng) effect 內(nèi)的函數(shù)中的 ref 對象 a.value 被修改時，該函數(shù)會自動重新執(zhí)行。
當(dāng) a.value 被設(shè)置成同一個值時，函數(shù)并不會自動的重新執(zhí)行。

effect 是什么？

官方文檔中的描述[3]：Vue 通過一個副作用 (effect) 來跟蹤函數(shù)。副作用是一個函數(shù)的包裹器，在函數(shù)被調(diào)用之前就啟動跟蹤。Vue 知道哪個副作用在何時運行，并能在需要時再次執(zhí)行它。

簡單地說，要使一個函數(shù)擁有響應(yīng)性，就應(yīng)該將它包裹在（傳入）effect 函數(shù)里。

那么這里也可以稍微猜一下，如果有這么一個 updateDom 函數(shù)：

const a_ref = ref('aaaa')
function updateDom(){
    return document.body.innerText = a_ref.value
}
effect(updateDom)
setTimeout(()=>{
    a_ref.value = 'bbb'
},1000)
復(fù)制代碼

只要用 effect 包裹一下，當(dāng) a_ref.value 改變，就會自動設(shè)置 document.body.innerText，從而更新界面。

（當(dāng)然這里也只是猜一下，實際上基本的原理，也與這個差不多，但會復(fù)雜很多。由于本文篇幅優(yōu)先，并沒有涉及到這部分）

依賴收集和觸發(fā)更新

要實現(xiàn)響應(yīng)性，就需要在合適的時機，再次執(zhí)行副作用 effect。如何確定這個合適的時機？就需要依賴收集（英文術(shù)語：track）和觸發(fā)更新（英文術(shù)語：trigger）

仍然看這個測試用例的例子

it('should be reactive', () => {
    const a = ref(1)
    let dummy
    let calls = 0
    effect(() => {
        calls++
        dummy = a.value
    })
    expect(calls).toBe(1)
    expect(dummy).toBe(1)
    a.value = 2
    expect(calls).toBe(2)
    expect(dummy).toBe(2)
    // same value should not trigger
    a.value = 2
    expect(calls).toBe(2)
    expect(dummy).toBe(2)
})
復(fù)制代碼

我們已經(jīng)知道，effect 包裹的函數(shù)，要在合適的時機被再次執(zhí)行，那么在這個例子中，合適的時機就是，a.value 這個 ref 對象被修改。

由于副作用函數(shù)，使用了 a.value，因此副作用函數(shù)，依賴 a 這個 ref 變量。我們應(yīng)該把這個依賴記錄下來。

假如是自己實現(xiàn)，可以這么寫：

const a = {
    // 當(dāng) a 被訪問時，可以將副作用函數(shù)存儲在 a 對象的 dependency 屬性中，實際上 @vue/reactivity 會稍微復(fù)雜一點  
 get value(){
        const fn = // 假設(shè)有辦法拿到 effect 的副作用函數(shù)
        // fn 就是以下這個函數(shù)
        // () => {
        //    calls++
        //    dummy = a.value
        // })
        a.dependence = fn
    }
    // 當(dāng) a.value 被修改時，可以這么觸發(fā)更新
    set value(){
        this.dependence()
    }
}
復(fù)制代碼

這樣就可以做到，當(dāng) ref 被獲取時，收集依賴（即將副作用函數(shù)保存起來）；當(dāng) ref 被修改時，觸發(fā)更新（即調(diào)用副作用函數(shù)）

當(dāng)然這個實現(xiàn)非常簡單，實際上還要考慮很多情況，例如：

一個副作用函數(shù)，可能依賴多個 ref。如 computed，就可能依賴多個 ref，才能算出最終的值，因此依賴是一組的副作用函數(shù)。
不是任何時候都收集依賴。僅僅在 effect 包裹的時候，才收集依賴
一開始依賴 a 這個 ref 的，但后來不依賴了
……

這些情況都是我們沒有考慮進去的，那么，接下來，我們就看看真正的 ref 的實現(xiàn)

概念約定

在講解源碼前，我們這里先對一些概念進行約定：

副作用對象：在接下來的源碼解析中，特指 effect 函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建的一個對象，類型為 ReactiveEffect（先記住有這么名字即可）。被收集依賴的實際對象。先介紹這么多，后面還會有詳細(xì)介紹
副作用函數(shù)：在接下來的源碼解析中，特指傳入 effect 的函數(shù)，也是被觸發(fā)再次執(zhí)行的函數(shù)。

effect(() => {
effect(() => {
effect(() => {
    calls++
    dummy = a.value
})
復(fù)制代碼
    // 當(dāng) a 被訪問時，可以將副作用函數(shù)存儲在 a 對象的 dependency 屬性中，實際上 @vue/reactivity 會稍微復(fù)雜一點  
 get value(){
const a = {

響應(yīng)式變量：ref、reactive、computed 等函數(shù)返回的變量。
get value(){
trigger：觸發(fā)更新
副作用對象依賴響應(yīng)式變量。如：ReactiveEffect 依賴某個 ref
響應(yīng)式變量，擁有多個依賴，依賴的值副作用對象。如：某個 ref 擁有（收集到） n 個 ReactiveEffect 依賴

image-20211231112331231

ref 源碼解析

通過 ref 的實現(xiàn)，看依賴是什么，是怎么被收集的

ref 對象的實現(xiàn)

export function ref(value?: unknown) {
  return createRef(value)
}
// shallowRef，只是將 createRef 的第二個參數(shù) shallow，標(biāo)記為 true
export function shallowRef(value?: unknown) {
  return createRef(value, true)
}
function createRef(rawValue: unknown, shallow = false) {
  // 如果已經(jīng)是ref，則直接返回
  if (isRef(rawValue)) {
    return rawValue
  }
  return new RefImpl(rawValue, shallow)
}
復(fù)制代碼

ref 和 shallowRef，本質(zhì)都是 RefImpl 對象實例，只是 shallow 屬性不同

為了便于理解，我們可以只關(guān)注 ref 的實現(xiàn)，即默認(rèn) shallow === false

接下來，我們看看 RefImpl 是什么

class RefImpl {
  private _value: T
  private _rawValue: T
  // 用于存儲依賴的副作用函數(shù)
  public dep?: Dep = undefined
  public readonly __v_isRef = true
  constructor(value: T, public readonly _shallow = false) {
    // 保存原始 value 到 _rawValue
    this._rawValue = _shallow ? value : toRaw(value)
    // convert函數(shù)的作用是，如果 value 是對象，則使用 reactive(value) 處理，否則返回value
    // 因此，將一個對象傳入 ref，實際上也是調(diào)用了 reactive
    this._value = _shallow ? value : convert(value)
  }
  get value() {
    // 收集依賴
    trackRefValue(this)
    return this._value
  }
  set value(newVal) {
    newVal = this._shallow ? newVal : toRaw(newVal)
    // 如果值改變，才會觸發(fā)依賴
    if (hasChanged(newVal, this._rawValue)) {
      this._rawValue = newVal
      this._value = this._shallow ? newVal : convert(newVal)
      // 觸發(fā)依賴
      triggerRefValue(this, newVal)
    }
  }
}
復(fù)制代碼

在 RefImpl 對象中

getter 獲取 value 屬性時，trace 收集依賴
setter 設(shè)置 value 屬性時，trigger 觸發(fā)依賴

因此，只有訪問/修改 ref 的 value 屬性，才會收集/觸發(fā)依賴

依賴是怎么被收集的

export function trackRefValue(ref: RefBase) {
  // 判斷是否需要收集依賴
  if (isTracking()) {
    ref = toRaw(ref)
    // 如果沒有 dep 屬性，則初始化 dep，dep 是一個 Set，存儲副作用函數(shù)
    if (!ref.dep) {
      ref.dep = createDep()
    }
    // 收集 effect 依賴
    trackEffects(ref.dep)
  }
}
// 判斷是否需要收集依賴
export function isTracking() {
  // shouldTrack 是一個全局變量，代表當(dāng)前是否需要 track 收集依賴
  // activeEffect 也是個全局變量，代表當(dāng)前的副作用對象 ReactiveEffect
  return shouldTrack && activeEffect !== undefined
}
復(fù)制代碼

為什么需要使用 isTracking，來判斷是否收集依賴？

不是任何情況 ref 被訪問時，都需要收集依賴。例如：

沒有被 effect 包裹時，由于沒有副作用函數(shù)（即沒有依賴，activeEffect === undefined），不應(yīng)該收集依賴
某些特殊情況，即使包裹在 effect，也不應(yīng)該收集依賴（即 shouldTrack === false）。如：組件生命周期執(zhí)行、組件 setup 執(zhí)行

ref.dep 有什么作用？

ref.dep 的類型是Set ，關(guān)于 ReactiveEffect 的細(xì)節(jié)會在后面詳細(xì)闡述

ref.dep 用于存儲副作用對象，這些副作用對象，依賴該 ref，ref 被修改時就會觸發(fā)

我們再來看看 trackEffects：

// 代表當(dāng)前的副作用 effect
let activeEffect: ReactiveEffect | undefined
export function trackEffects(
  dep: Dep
) {
  // 這個是局部變量的 shouldTrack，跟上一部分的全局 shouldTrack 不一樣
  let shouldTrack = false
  // 已經(jīng) track 收集過依賴，就可以跳過了
  shouldTrack = !dep.has(activeEffect!)
  if (shouldTrack) {
    // 收集依賴，將 effect 存儲到 dep
    dep.add(activeEffect!)
    // 同時 effect 也記錄一下 dep
    // 用于 trigger 觸發(fā) effect 后，刪除 dep 里面對應(yīng)的 effect，即 dep.delete(activeEffect)
    activeEffect!.deps.push(dep)
  }
}
復(fù)制代碼

收集依賴，就是把 activeEffect（當(dāng)前的副作用對象），保存到 ref.dep 中（當(dāng)觸發(fā)依賴時，遍歷 ref.dep 執(zhí)行 effect ）

然后把 ref.dep，也保存到 effect.deps 中（用于在觸發(fā)依賴后， ref.dep.delete(effect)，雙向刪除依賴）

image-20211230205303018

依賴是怎么被觸發(fā)的

看完 track 收集依賴，那看看依賴是怎么被觸發(fā)的

export function triggerRefValue(ref: RefBase, newVal?: any) {
  // ref 可能是 reactive 對象的某個屬性的值
  // 這時候在 triggerRefValue(this, newVal) 時取 this，拿到的是一個 reactive 對象
  // 需要獲取 Proxy 代理背后的真實值 ref 對象
  ref = toRaw(ref)
  // 有依賴才觸發(fā) effect
  if (ref.dep) {
     triggerEffects(ref.dep)
  }
}
復(fù)制代碼

再來看看 triggerEffects

export function triggerEffects(
  dep: Dep | ReactiveEffect[]
) {
  // 循環(huán)遍歷 dep，去取每個依賴的副作用對象 ReactiveEffect
  for (const effect of isArray(dep) ? dep : [...dep]) {
    // 默認(rèn)不允許遞歸，即當(dāng)前 effect 副作用函數(shù)，如果遞歸觸發(fā)當(dāng)前 effect，會被忽略
    if (effect !== activeEffect || effect.allowRecurse) {
      // effect.scheduler可以先不管，ref 和 reactive 都沒有
      if (effect.scheduler) {
        effect.scheduler()
      } else {
        // 執(zhí)行 effect 的副作用函數(shù)
        effect.run()
      }
    }
  }
}
復(fù)制代碼

這里省略了一些代碼，這樣結(jié)構(gòu)更清晰。

當(dāng) ref 被修改時，會 trigger 觸發(fā)依賴，即執(zhí)行了 ref.dep 里的所有副作用函數(shù)（effect.run 運行副作用函數(shù)）

為什么默認(rèn)不允許遞歸？

const foo = ref([])
effect(()=>{
    foo.value.push(1)
})
復(fù)制代碼

在這個副作用函數(shù)中，即會使用到 foo.value（getter 收集依賴），又會修改 foo 數(shù)組（觸發(fā)依賴）。如果允許遞歸，會無限循環(huán)。

至此，ref 依賴收集和觸發(fā)的邏輯，已經(jīng)比較清晰了。

那么，接下來，我們需要進一步了解的是，effect 函數(shù)、ReactiveEffect 副作用對象、副作用函數(shù)，它們是什么，它們之間有什么關(guān)系？

effect 函數(shù)

我們來看一下 effect 的實現(xiàn)

// 傳入一個 fn 函數(shù)
export function effect(
  fn: () => T
){
  // 參數(shù) fn，可能也是一個 effect，所以要獲取到最初始的 fn 參數(shù)
  if ((fn as ReactiveEffectRunner).effect) {
    fn = (fn as ReactiveEffectRunner).effect.fn
  }
  // 創(chuàng)建 ReactiveEffect 對象
  const _effect = new ReactiveEffect(fn)
  _effect.run()
  const runner = _effect.run.bind(_effect)
  runner.effect = _effect
  return runner
}
復(fù)制代碼

effect 函數(shù)接受一個函數(shù)作為參數(shù)，該函數(shù)，我們稱之為副作用函數(shù)

effect 函數(shù)內(nèi)部，會創(chuàng)建 ReactiveEffect 對象，我們稱之為副作用對象

effect 函數(shù)，返回一個 runner，是一個函數(shù)，直接調(diào)用就是調(diào)用副作用函數(shù)；runner 的屬性 effect，保存著它對應(yīng)的 ReactiveEffect 對象。

因此，它們的關(guān)系如下：

effect 函數(shù)的入?yún)楦弊饔煤瘮?shù)，在 effect 函數(shù)內(nèi)部會創(chuàng)建副作用對象

我們繼續(xù)深入看看 ReactiveEffect 對象的實現(xiàn)

ReactiveEffect 副作用對象

該部分（effect.run 函數(shù)）代碼有比較大的刪減，點擊查看未刪減的源碼[4]

為什么要刪減這部分代碼？

在 vue 3.2 版本以后，effect.run 做了優(yōu)化，提升性能，其中涉及到位運算。

優(yōu)化方案在極端的情況下（effect 非常多次嵌套），會降級到原來的老方案（優(yōu)化前，3.2版本前的方案）

因此，為了便于理解，我這里先介紹優(yōu)化前的方案，深入了解，并闡述該方案的缺點，以便更好地理解為什么需要進行優(yōu)化。

刪減部分為優(yōu)化后的方案，這部分的方案會在下一小節(jié)進行介紹。

下面是 ReactiveEffect 代碼解析：

// 全局公用的 effect 棧，由于可以 effect 嵌套，因此需要用棧保存 ReactiveEffect 副作用對象
const effectStack: ReactiveEffect[] = []
export class ReactiveEffect {
  active = true
  // 存儲 Dep 對象，如上一小節(jié)的 ref.dep
  deps: Dep[] = []
  constructor(
    public fn: () => T,
    public scheduler: EffectScheduler | null = null,
    scope?: EffectScope | null
  ) {
    // 可以暫時不看，與 effectScope API 相關(guān) https://v3.cn.vuejs.org/api/effect-scope.html#effectscope
    // 將當(dāng)前 ReactiveEffect 副作用對象，記錄到 effectScope 中
    // 當(dāng) effectScope.stop() 被調(diào)用時，所有的 ReactiveEffect 對象都會被 stop
    recordEffectScope(this, scope)
  }
  run() {
    // 如果當(dāng)前 ReactiveEffect 副作用對象，已經(jīng)在棧里了，就不需要再處理了
    if (!effectStack.includes(this)) {
      try {
        // 保存上一個的 activeEffect，因為 effect 可以嵌套
        effectStack.push((activeEffect = this))
        // 開啟 shouldTrack 開關(guān)，緩存上一個值
        enableTracking()
        // 在該 effect 所在的所有 dep 中，清除 effect，下面會詳細(xì)闡述
        cleanupEffect(this)
        // 執(zhí)行副作用函數(shù)，執(zhí)行過程中，又會 track 當(dāng)前的 effect 進來，依賴重新被收集
        return this.fn()
      } finally {
        // 關(guān)閉shouldTrack開關(guān)，恢復(fù)上一個值
        resetTracking()
        // 恢復(fù)上一個的 activeEffect
        effectStack.pop()
        const n = effectStack.length
        activeEffect = n > 0 ? effectStack[n - 1] : undefined
      }
    }
  }
}
// 允許 track
export function enableTracking() {
  // trackStack 是個全局的棧，由于 effect 可以嵌套，所以是否 track 的標(biāo)記，也需要用棧保存
  trackStack.push(shouldTrack)
  // 打開全局 shouldTrack 開關(guān)
  shouldTrack = true
}
// 重置上一個 track 狀態(tài)
export function resetTracking() {
  const last = trackStack.pop()
  // 恢復(fù)上一個 track 狀態(tài)
  shouldTrack = last === undefined ? true : last
}
復(fù)制代碼

為什么要用棧保存 effect 和 track 狀態(tài)？

因為effect可能會嵌套，需要保存之前的狀態(tài)，effect執(zhí)行完成后恢復(fù)

cleanupEffect 做了什么？

回顧下圖：

image-20220102234627353

effect.deps，也存儲著響應(yīng)式變量的 dep（dep 是一個依賴集合， ReactiveEffect 對象的集合），目的是在effect 執(zhí)行后，在所有的 dep 中刪除當(dāng)前執(zhí)行過的 effect，雙向刪除

刪除代碼如下：

function cleanupEffect(effect: ReactiveEffect) {
  const { deps } = effect
  if (deps.length) {
    for (let i = 0; i < deps.length; i++) {
      // 從 ref.dep 中刪除 ReactiveEffect
      deps[i].delete(effect)
    }
    // 從 ReactiveEffect.deps 中刪除 dep
    deps.length = 0
  }
}
復(fù)制代碼

刪除的 ReactiveEffect 如何被重新收集？

在 cleanupEffect 中，在各個 dep 中，刪除該 ReactiveEffect 對象。

在執(zhí)行 this.fn() 時，執(zhí)行副作用函數(shù)，副作用函數(shù)的執(zhí)行中，當(dāng)使用到響應(yīng)式變量（如 ref.value）時，又會 trackEffect，重新收集依賴。

為什么要先刪除，再重新收集依賴？

因為執(zhí)行前后的依賴可能不一致，考慮一下情況：

const switch = ref(true)
const foo = ref('foo')
effect( () = {
  if(switch.value){
    console.log(foo.value)
  }else{
    console.log('else condition')
  }
})
switch.value = false
復(fù)制代碼

當(dāng) switch 為 true 時，triggerEffect，雙向刪除后，執(zhí)行副作用函數(shù)，switch、foo 會重新收集到依賴 effect

當(dāng) switch 變成 false 后，triggerEffect，雙向刪除后，執(zhí)行副作用函數(shù)，僅有 switch 能重新收集到依賴 effect

image-20211231110604009

由于 effect 副作用函數(shù)執(zhí)行前后，依賴的響應(yīng)式變量（這里是 ref ）可能不一致，因此 vue 會先刪除全部依賴，再重新收集。

細(xì)心的你，可能會發(fā)現(xiàn)：自己寫 vue 代碼時，很少會出現(xiàn)前后依賴不一致的情況。那既然這樣，刪除全部依賴這個實現(xiàn)就有優(yōu)化的空間，能不能只刪除失效的依賴呢？

依賴更新算法優(yōu)化

該優(yōu)化是 vue 3.2 版本引入的，原因即上一小節(jié)所說的，可以只刪除失效的依賴。并且在極端的嵌套深度下，能夠降級到 cleanupEffect 方法，對所有依賴進行刪除。

先想想，假如是自己實現(xiàn)，要怎么寫好呢？

不使用 cleanupEffect 刪除所有依賴
執(zhí)行副作用函數(shù)前，給 ReactiveEffect 依賴的響應(yīng)式變量，加上 was 的標(biāo)記（was 是 vue 給的名稱，過去的意思）
執(zhí)行 this.fn()，track 重新收集依賴時，給 ReactiveEffect 的每個依賴，加上 new 的標(biāo)記
最后，對失效（有 was 但是沒有 new）依賴進行刪除

為什么是標(biāo)記在響應(yīng)式對象，而不是 ReactiveEffect ？

再回顧一下響應(yīng)式變量和 ReactiveEffect 的關(guān)系：

image-20211231112331231

ReactiveEffect 依賴響應(yīng)式變量（ref），響應(yīng)式變量（ref）擁有多個 ReactiveEffect 依賴。

只刪除失效的依賴。就要確定哪些依賴（響應(yīng)式變量）需要被刪除（實際上是響應(yīng)式變量的 dep 被刪除）

因此，需要在響應(yīng)式變量上做標(biāo)記，對已經(jīng)不依賴的響應(yīng)式變量，將它們的 dep，從 ReactiveEffect.deps 中刪除

如何給響應(yīng)式變量做標(biāo)記

實現(xiàn)如下：

export const initDepMarkers = ({ deps }: ReactiveEffect) => {
  if (deps.length) {
    // 循環(huán) deps，對每個 dep 進行標(biāo)記
    for (let i = 0; i < deps.length; i++) {
      // 標(biāo)記 dep 為 was，w 是 was 的意思
      deps[i].w |= trackOpBit
    }
  }
}
復(fù)制代碼

這部分代碼其實比較難理解，尤其是使用了位運算符，如果一開始就解析這些代碼的話，很容易就勸退了。

下面我們對問題進行分析：

為什么這里標(biāo)記的是 dep？

這里的 dep，對于 ref，就是 ref.dep，它是一個 Set 。

dep 跟 ref 的關(guān)系是一一對應(yīng)的，一個 ref僅僅有一個 dep，因此，標(biāo)記在 dep 和標(biāo)記在 ref，是等價的

那為什么不在響應(yīng)式變量上標(biāo)記呢？

因為響應(yīng)式變量的類型有幾種：ref、computed、reactive，它們都使用 dep 對象存儲依賴，對它們都有的 dep 對象進行標(biāo)記，可以將標(biāo)記代碼更好的進行復(fù)用（否則要判斷不同的類型，執(zhí)行不同的標(biāo)記邏輯）。

如果未來新增一種響應(yīng)式變量，只需要也是用 dep 進行存儲依賴即可

這個按位與位運算的作用是什么？

先來看看 dep 的真實結(jié)構(gòu)，它其實還有兩個屬性 w 和 n：

export type Dep = Set & TrackedMarkers
type TrackedMarkers = {
  /**
   * wasTracked，代表副作用函數(shù)執(zhí)行前被 track 過
   */
  w: number
  /**
   * newTracked，代表副作用函數(shù)執(zhí)行后被 track
   */
  n: number
}
復(fù)制代碼

那這個 w 和 n 是怎么做標(biāo)記的？我們先來看看位運算做了什么，不了解位運算的同學(xué) ，可以先看看這里的介紹[5]

dep.w |= trackOpBit // 即 dep.w = dep.w | trackOpBit
復(fù)制代碼

image-20220103205852303

將響應(yīng)式變量標(biāo)記，就是將對應(yīng)整數(shù)的二進制位，設(shè)置成 1

dep.n 的標(biāo)記方法也是如此。

為什么要使用位運算？

位運算速度快
只需要使用一個 number 類型的數(shù)據(jù)，就能存儲不同深度的標(biāo)記（was / new）

如果不使用位運算，需要實現(xiàn)同樣的標(biāo)記能力，需要用數(shù)組存儲不同深度的標(biāo)記，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

export type Dep = Set & TrackedMarkers
type TrackedMarkers = {
  /**
   * wasTrackedList，代表副作用函數(shù)執(zhí)行前被 track 過
   * 設(shè)計為數(shù)組，是因為 effect 可以嵌套，代表響應(yīng)式變量在所在的 effect 深度（嵌套層級）中是否被 track
   */
  wasTrackedList: boolean[]
  /**
   * newTracked，代表副作用函數(shù)執(zhí)行后被 track
   * 設(shè)計為數(shù)組，是因為 effect 可以嵌套，代表響應(yīng)式變量在所在的 effect 深度（嵌套層級）中是否被 track
   */
  newTrackedList: boolean[]
}
復(fù)制代碼

使用數(shù)組存儲標(biāo)記位，修改處理沒有直接位運算快。由于 vue 每次執(zhí)行副作用函數(shù)（一個頁面有非常多的副作用函數(shù)），都需要頻繁進行標(biāo)記，這開銷也是非常大的。因此，這里使用了運算符，提升了標(biāo)記的速度，也節(jié)省了運行內(nèi)存

trackOpBit 是什么？

trackOpBit 是代表當(dāng)前操作的位，它是由 effect 嵌套深度決定的。

// 全局變量嵌套深度一開始為 0  
effectTrackDepth = 0
// 每次執(zhí)行 effect 副作用函數(shù)前，全局變量嵌套深度會自增 1，執(zhí)行完成 effect 副作用函數(shù)后會自減
trackOpBit = 1 << ++effectTrackDepth
復(fù)制代碼

當(dāng)深度為 1 時，trackOpBit 是 2（二進制：00000010），操作的是第二位，將 dep.w 的第二位變成 1

因此如圖所說，dep.w 的第一位是不使用的

為什么最大標(biāo)記嵌套深度為 30？

從圖中我們可以看到，深度受存儲類型的位數(shù)限制，否則就會溢出。

在JavaScript內(nèi)部，數(shù)值都是以64位浮點數(shù)的形式儲存，但是做位運算的時候，是以32位帶符號的整數(shù)進行運算的，并且返回值也是一個32位帶符號的整數(shù)。

1 << 30
// 1073741824
1 << 31
// -2147483648，溢出
復(fù)制代碼

因此，深度最大為 30，超過 30，則需要降級方案，使用全部清除再全部重新收集依賴的方案

判斷響應(yīng)式變量是否被標(biāo)記

export const wasTracked = (dep: Dep): boolean => (dep.w & trackOpBit) > 0
export const newTracked = (dep: Dep): boolean => (dep.n & trackOpBit) > 0
復(fù)制代碼

使用 wasTracked 和 newTracked 判斷 dep 是否在當(dāng)前深度被標(biāo)記

trackOpBit 是一個全局變量，根據(jù)當(dāng)前深度生成的

image-20220103210036377

如圖，如果需要判斷深度為 2 時（trackOpBit 第 3 位為 1），是否被標(biāo)記，僅當(dāng) dep.w 的第 3 位為 1 時， wasTracked 或 newTracked 才會返回 true

vue 通過這樣巧妙的位運算，快速算出依賴在當(dāng)前深度是否被標(biāo)記

副作用對象的優(yōu)化實現(xiàn)

// 當(dāng)前 effect 的嵌套深度，每次執(zhí)行會 ++effectTrackDepth
let effectTrackDepth = 0
// 最大的 effect 嵌套層數(shù)為 30
const maxMarkerBits = 30      
// 位運算操作的第 trackOpBit 位
export let trackOpBit = 1
export class ReactiveEffect {
  run() {
    if (!effectStack.includes(this)) {
      try {
        // 省略代碼: 保存上一個 activeEffect
        // trackOpBit: 根據(jù)深度生成 trackOpBit
        trackOpBit = 1 << ++effectTrackDepth
        // maxMarkerBits: 可支持的最大嵌套深度，為 30
        // 這里就是之前說到的，正常情況下使用優(yōu)化方案，極端嵌套場景下，使用降級方案
        if (effectTrackDepth <= maxMarkerBits) {
          // 標(biāo)記所有的 dep 為 was
          initDepMarkers(this)
        } else {
          // 降級方案，刪除所有的依賴，再重新收集
          cleanupEffect(this)
        }
         // 執(zhí)行過程中標(biāo)記新的 dep 為 new
        return this.fn()
      } finally {
        if (effectTrackDepth <= maxMarkerBits) {
          // 對失效依賴進行刪除
          finalizeDepMarkers(this)
        }
  // 恢復(fù)上一次的狀態(tài)
        // 嵌套深度 effectTrackDepth 自減
        // 重置操作的位數(shù)
        trackOpBit = 1 << --effectTrackDepth
        // 省略代碼: 恢復(fù)上一個 activeEffect
      }
    }
  }
}
復(fù)制代碼

整體的思路如下：

如果當(dāng)前深度不超過 30，使用優(yōu)化方案

1.執(zhí)行副作用函數(shù)前，給 ReactiveEffect 依賴的響應(yīng)式變量，加上 was 的標(biāo)記（was 是 vue 給的名稱，表示過去依賴）

2.對失效依賴進行刪除（有 was 但是沒有 new）

3.恢復(fù)上一個深度的狀態(tài)

如果深度超過 30 ，超過部分，使用降級方案：

1.雙向刪除 ReactiveEffect 副作用對象的所有依賴（effect.deps.length = 0）

2.執(zhí)行 this.fn()，track 重新收集依賴時

3.恢復(fù)上一個深度的狀態(tài)

標(biāo)記 ReactiveEffect 的所有的 dep 為 was 的實現(xiàn)：

export const initDepMarkers = ({ deps }: ReactiveEffect) => {
  if (deps.length) {
    for (let i = 0; i < deps.length; i++) {
      deps[i].w |= trackOpBit // 遍歷每個 dep 標(biāo)記為 was
    }
  }
}
復(fù)制代碼

對失效依賴進行刪除的實現(xiàn)如下（有 was 但是沒有 new）：

vue 通過這樣巧妙的位運算，快速算出依賴在當(dāng)前深度是否被標(biāo)記
  const { deps } = effect
  if (deps.length) {
    let ptr = 0
    for (let i = 0; i < deps.length; i++) {
      const dep = deps[i]
      //有 was 標(biāo)記但是沒有 new 標(biāo)記，應(yīng)當(dāng)刪除
      if (wasTracked(dep) && !newTracked(dep)) {
        dep.delete(effect)
      } else {
        // 需要保留的依賴，放到數(shù)據(jù)的較前位置，因為在最后會刪除較后位置的所有依賴
        deps[ptr++] = dep
      }
      // 清理 was 和 new 標(biāo)記，將它們對應(yīng)深度的 bit，置為 0
      dep.w &= ~trackOpBit
      dep.n &= ~trackOpBit
    }
    // 刪除依賴，只保留需要的
    deps.length = ptr
  }
}
復(fù)制代碼

參考文章

vue 官方文檔[6]
vue-next 源碼[7]

最后

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網(wǎng)站欄目：六千字詳解！講透Vue3響應(yīng)式是如何實現(xiàn)的
路徑分享：http://www.fisionsoft.com.cn/article/cccdocg.html

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