本文根据Vue源码v2.x进行分析。这里只梳理最源码中最主要的部分，略过非核心的一些部分。响应式更新主要涉及到Watcher，Dep，Observer这几个主要类。
本文主要弄清楚以下几个容易搞混的问题：
- Watcher，Dep，Observer这几个类之间的关系？
- Dep中的 subs 存储的是什么？
- Watcher中的 deps 存储的是什么？
- Dep.target 是什么，该值是何处赋值的？
本文直接从新建Vue实例入手，一步一步揭开Vue的响应式原理，假设有以下简单的Vue代码：
var vue = new Vue({
el: "#app",
data: {
counter: 1
},
watch: {
counter: function(val, oldVal) {
console.log('counter changed...')
}
}
})
1. Vue实例初始化
从Vue的生命周期可知，首先进行init初始化操作，这部分代码在instance/init.js中。
src/core/instance/init.js
initLifecycle(vm) // vm生命周期相关变量初始化操作 initEvents(vm) // vm事件相关初始化 initRender(vm) // 模板解析相关初始化 callHook(vm, 'beforeCreate') // 调用beforeCreate钩子函数 initInjections(vm) // resolve injections before data/props initState(vm) // vm状态初始化(重点在这里) initProvide(vm) // resolve provide after data/props callHook(vm, 'created') // 调用created钩子函数
上述源码中的initState(vm)是要研究的重点，里面实现了props，methods，data，computed，watch的初始化操作。这里根据上述例子，重点看data和watch，源码位置在instance/state.js
src/core/instance/state.js
export function initState (vm: Component) {
vm._watchers = []
const opts = vm.$options
if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
if (opts.data) {
initData(vm) // 对vm的data进行初始化，主要是通过Observer设置对应getter/setter方法
} else {
observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
}
if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
// 对添加的watch进行初始化
if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
initWatch(vm, opts.watch)
}
}
2. initData
Vue实例为它的每一个data都实现了getter/setter方法，这是实现响应式的基础。关于getter/setter可查看MDN web docs。 简单来说，就是在取值this.counter的时候，可以自定义一些操作，再返回counter的值；在修改值this.counter = 10的时候，也可以在设置值的时候自定义一些操作。initData(vm)的实现在源码中的instance/state.js。
src/core/instance/state.js
while (i--) {
...
// 这里将data，props，methods上的数据全部代理到vue实例上
// 使得vm.counter可以直接访问
}
// 这里略过上面的代码，直接看最核心的observe方法
// observe data
observe(data, true /* asRootData */)
这里observe()方法将data变成可观察的，为什么说是可观察的？主要是实现了getter/setter方法，让Watcher可以观察到该数据的变化。下面看看observe的实现。
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
return
}
let ob: Observer | void
if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
ob = value.__ob__
} else if (
observerState.shouldConvert &&
!isServerRendering() &&
(Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
Object.isExtensible(value) &&
!value._isVue
) {
ob = new Observer(value) // 重点在这里，响应式的核心所在
}
if (asRootData && ob) {
ob.vmCount++
}
return ob
}
这里只关注new Observer(value)，这是该方法的核心所在，通过Observer类将vue的data变成响应式。 根据我们的例子，此时入参value的值是{ counter: 1 }。 下面就具体看看Observer类。
3. Observer
首先看看该类的构造方法，new Observer(value)首先执行的是该构造方法。作者的注释说了，Observer Class将每个目标对象的键值（即data中的数据）转换成getter/setter形式，用于进行依赖收集和通过依赖通知更新。
/**
* Observer class that are attached to each observed
* object. Once attached, the observer converts target
* object's property keys into getter/setters that
* collect dependencies and dispatches updates.
*/
export class Observer {
value: any;
dep: Dep;
vmCount: number; // number of vms that has this object as root $data
constructor (value: any) {
this.value = value
this.dep = new Dep()
this.vmCount = 0
def(value, '__ob__', this)
if (Array.isArray(value)) {
const augment = hasProto
? protoAugment
: copyAugment
augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
this.observeArray(value)
} else {
this.walk(value) // 遍历data对象中{counter : 1, ..} 中的每个键值（如counter），设置其setter/getter方法。
}
}
...
}
这里最核心的就是this.walk(value)方法，this.observeArray(value)是对数组数据的处理，实现对应的变异方法，这里先不考虑。
继续看walk()方法，注释中已说明walk()做的是遍历data对象中的每一设置的数据，将其转为setter/getter。
/**
* Walk through each property and convert them into
* getter/setters. This method should only be called when
* value type is Object.
*/
walk (obj: Object) {
const keys = Object.keys(obj)
for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
defineReactive(obj, keys[i], obj[keys[i]])
}
}
那么最终将对应数据转为getter/setter的方法就是defineReactive()方法。从方法命名上也容易知道该方法是定义为可响应的，结合最开始的例子，这里调用就是defineReactive(...)如图所示：
源码如下：
export function defineReactive (
obj: Object,
key: string,
val: any,
customSetter?: ?Function,
shallow?: boolean
) {
// dep 为当前数据的依赖实例
// dep 维护着一个subs列表，保存依赖与当前数据(此时是当前数据是counter)的观察者(或者叫订阅者)。观察者即是Watcher实例。
const dep = new Dep() ---------------(1)
const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
if (property && property.configurable === false) {
return
}
// cater for pre-defined getter/setters
const getter = property && property.get
const setter = property && property.set
let childOb = !shallow && observe(val)
// 定义getter与setter
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: function reactiveGetter () {
const value = getter ? getter.call(obj) : val
// 这里在获取值之前先进行依赖收集，如果Dep.target有值的话。
if (Dep.target) { -----------------(2)
dep.depend()
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
if (Array.isArray(value)) {
dependArray(value)
}
}
}
// 依赖收集完后返回值
return value
},
...
}
先看getter方法，该方法最重要的有两处。
1.为每个data声明一个dep实例对象，随后dep就被对应的data给闭包引用了。举例来说就是每次对counter取值或修改时，它的dep实例都可以访问到，不会消失。
2.根据Dep.target来判断是否收集依赖，还是普通取值。这里Dep.target的赋值后面再将，这里先知道有这么一回事。
然后再看下setter方法，源码如下：
set: function reactiveSetter (newVal) {
const value = getter ? getter.call(obj) : val
/* eslint-disable no-self-compare */
if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
return
}
/* eslint-enable no-self-compare */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
customSetter()
}
// 这里对数据的值进行修改
if (setter) {
setter.call(obj, newVal)
} else {
val = newVal
}
childOb = !shallow && observe(newVal)
// 最重要的是这一步，即通过dep实例通知观察者我的数据更新了
dep.notify()
}
到这里基本上Vue实例data的初始化就基本结束，通过下图回顾下initData的过程：
随后要进行的是watch的初始化：
src/core/instance/state.js
export function initState (vm: Component) {
...
if (opts.data) {
initData(vm) // 对vm的data进行初始化，主要是通过Observer设置对应getter/setter方法
}
// initData(vm) 完成后进行 initWatch(..)
...
// 对添加的watch进行初始化
if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
initWatch(vm, opts.watch)
}
}
4. initWatch
这里initWatch(vm, opts.watch)对应到我们的例子中如下所示：
initWatch源码如下：
function initWatch (vm: Component, watch: Object) {
for (const key in watch) {
// handler 是观察对象的回调函数
// 如例子中counter的回调函数
const handler = watch[key]
if (Array.isArray(handler)) {
for (let i = 0; i < handler.length; i++) {
createWatcher(vm, key, handler[i])
}
} else {
createWatcher(vm, key, handler)
}
}
}
createWatcher(vm, key, handler)是根据入参构建Watcher实例信息，源码如下：
function createWatcher (
vm: Component,
keyOrFn: string | Function,
handler: any,
options?: Object
) {
// 判断是否是对象，是的话提取对象里面的handler方法
if (isPlainObject(handler)) {
options = handler
handler = handler.handler
}
// 判断handler是否是字符串，是的话说明是vm实例上的一个方法
// 通过vm[handler]获取该方法
// 如 handler='sayHello', 那么handler = vm.sayHello
if (typeof handler === 'string') {
handler = vm[handler]
}
// 最后调用vm原型链上的$watch(...)方法创建Watcher实例
return vm.$watch(keyOrFn, handler, options)
}
$watch是定义在Vue原型链上的方法，源码如下：
Vue.prototype.$watch = function (
expOrFn: string | Function,
cb: any,
options?: Object
): Function {
const vm: Component = this
if (isPlainObject(cb)) {
return createWatcher(vm, expOrFn, cb, options)
}
options = options || {}
options.user = true
// 创建Watcher实例对象
const watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options)
if (options.immediate) {
cb.call(vm, watcher.value)
}
// 该方法返回一个函数的引用，直接调用该函数就会调用watcher对象的teardown()方法，从它注册的列表中(subs)删除自己。
return function unwatchFn () {
watcher.teardown()
}
}
经过一系列的封装，这里终于看到了创建Watcher实例对象了。下面将详细讲解Watcher类。
5. Watcher
根据我们的例子，new Watcher(...)如下图所示：
首先执行Watcher类的构造方法，源码如下所示，省略了部分代码：
constructor (
vm: Component,
expOrFn: string | Function,
cb: Function,
options?: ?Object,
isRenderWatcher?: boolean
) {
...
this.cb = cb // 保存传入的回调函数
this.id = ++uid // uid for batching
this.active = true
this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
this.deps = [] // 保存观察数据当前的dep实例对象
this.newDeps = [] // 保存观察数据最新的dep实例对象
this.depIds = new Set()
this.newDepIds = new Set()
// parse expression for getter
// 获取观察对象的get方法
// 对于计算属性, expOrFn为函数
if (typeof expOrFn === 'function') {
this.getter = expOrFn
} else {
// 通过parsePath方法获取观察对象expOrFn的get方法
this.getter = parsePath(expOrFn)
...
}
// 最后通过调用watcher实例的get()方法，
// 该方法是watcher实例关联观察对象的关键之处
this.value = this.lazy
? undefined
: this.get()
}
parsePath(expOrFn)的具体实现方法如下：
/**
* Parse simple path.
*/
const bailRE = /[^\w.$]/ // 匹配不符合包含下划线的任意单词数字组合的字符串
export function parsePath (path: string): any {
// 非法字符串直接返回
if (bailRE.test(path)) {
return
}
// 举例子如 'counter'.split('.') --> ['counter']
const segments = path.split('.')
// 这里返回一个函数给this.getter
// 那么this.getter.call(vm, vm)，这里vm就是返回函数的入参obj
// 实际上就是调用vm实例的数据，如 vm.counter，这样就触发了counter的getter方法。
return function (obj) {
for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
if (!obj) return
obj = obj[segments[i]]
}
return obj
}
}
这里很巧妙的返回了一个方法给this.getter, 即:
this.getter = function(obj) {
for (let i = 0; i < segments.length; i++) {
if (!obj) return
obj = obj[segments[i]]
}
return obj
}
this.getter将在this.get()方法内调用，用来获取观察对象的值，并触发它的依赖收集，这里即是获取counter的值。
Watcher构造方法的最后一步，调用了this.get()方法，该方法源码如下：
/**
* Evaluate the getter, and re-collect dependencies.
*/
get () {
// 该方法实际上是设置Dep.target = this
// 把Dep.target设置为该Watcher实例
// Dep.target是个全局变量，一旦设置了在观察数据中的getter方法就可使用了
pushTarget(this)
let value
const vm = this.vm
try {
// 调用观察数据的getter方法
// 进行依赖收集和取得观察数据的值
value = this.getter.call(vm, vm)
} catch (e) {
if (this.user) {
handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
} else {
throw e
}
} finally {
// "touch" every property so they are all tracked as
// dependencies for deep watching
if (this.deep) {
traverse(value)
}
// 此时观察数据的依赖已经收集完
// 重置Dep.target=null
popTarget()
// 清除旧的deps
this.cleanupDeps()
}
return value
}
关键步骤已经在上面代码中注释了，下面给出一个Observer，Watcher类之间的关联关系，图中还是以我们的例子进行描述：
- 红色箭头：Watcher类实例化，调用watcher实例的get()方法，并设置Dep.target为当前watcher实例，触发观察对象的getter方法。
- 蓝色箭头：counter对象的getter方法被触发，调用dep.depend()进行依赖收集并返回counter的值。依赖收集的结果：1.counter闭包的dep实例的subs添加观察它的watcher实例w1；2. w1的deps中添加观察对象counter的闭包dep。
- 橙色箭头：当counter的值变化后，触发subs中观察它的w1执行update()方法，最后实际上是调用w1的回调函数cb。
Watcher类中的其他相关方法都比较直观这里就直接略过了，详细请看Watcher类的源码。
6. Dep
上图中关联Observer和Watcher类的是Dep，那么Dep是什么呢？
Dep可以比喻为出版社，Watcher好比读者，Observer好比东野圭吾相关书籍。比如读者w1对东野圭吾的白夜行（我们例子中的counter）感兴趣，读者w1一旦买了东野圭吾的书，那么就会自动在这本书的出版社（Dep实例）里面注册填w1信息，一旦该出版社有了东野圭吾这本书最新消息（比如优惠折扣）就会通知w1。
现在看下Dep的源码：
export default class Dep {
static target: ?Watcher;
id: number;
subs: Array<Watcher>;
constructor () {
this.id = uid++
// 保存观察者watcher实例的数组
this.subs = []
}
// 添加观察者
addSub (sub: Watcher) {
this.subs.push(sub)
}
// 移除观察者
removeSub (sub: Watcher) {
remove(this.subs, sub)
}
// 进行依赖收集
depend () {
if (Dep.target) {
Dep.target.addDep(this)
}
}
// 通知观察者数据有变化
notify () {
// stabilize the subscriber list first
const subs = this.subs.slice()
for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
subs[i].update()
}
}
}
Dep类比较简单，对应方法也非常直观，这里最主要的就是维护了保存有观察者实例watcher的一个数组subs。
7. 总结
到这里，主要的三个类都研究完了，现在基本可以回答文章开头的几个问题了。
Q1：Watcher，Dep，Observer这几个类之间的关系？
A1：Watcher是观察者观察经过Observer封装过的数据，Dep是Watcher和观察数据间的纽带，主要起到依赖收集和通知更新的作用。
Q2：Dep中的subs存储的是什么？
A2: subs存储的是观察者Watcher实例。
Q3：Watcher中的deps存储的是什么？
A3：deps存储的是观察数据闭包中的dep实例。
Q4：Dep.target是什么， 该值是何处赋值的？
A4：Dep.target是全局变量，保存当前的watcher实例，在new Watcher()的时候进行赋值，赋值为当前Watcher实例。
8. 扩展
这里看一个计算属性的例子：
var vue = new Vue({
el: "#app",
data: {
counter: 1
},
computed: {
result: function() {
return 'The result is :' + this.counter + 1;
}
}
})
这里的result的值是依赖与counter的值，通过result更能体现出Vue的响应式计算。计算属性是通过initComputed(vm, opts.computed)初始化的，跟随源码追踪下去会发现，这里也有Watcher实例的创建：
core/instance/state.js
watchers[key] = new Watcher(
vm, // 当前vue实例
getter || noop, // result对应的方法 function(){ return 'The result is :' + this.counter + 1;}
noop, // noop是定义的一个空方法，这里没有回调函数用noop代替
computedWatcherOptions // { lazy: true }
)
示意图如下所示：
这里计算属性result因为依赖于this.counter，因此设置一个watcher用来观察result的值。随后通过definedComputed(vm, key, userDef)来定义计算属性。在计算获取result的时候，又会触发this.counter的getter方法，这样使得result的值依赖于this.counter的值。
最后会为计算属性result定义它的setter/getter属性：Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)。
