vue中MVVM原理及其实现

摘要：实现订阅中心和之间通信的桥梁是订阅中心，其主要职责是在自身实例化时往属性订阅器里面添加自己，与建立连接自身必须有一个方法，与建立连接当属性变化时，中通知，然后能调用自身的方法，并触发中绑定的回调，实现更新。

MVVM是Model-View-ViewModel的简写。它本质上就是MVC 的改进版。MVVM 就是将其中的View 的状态和行为抽象化，让我们将视图 UI 和业务逻辑分开。

要实现一个mvvm的库，我们首先要理解清楚其实现的整体思路。先看看下图的流程：

1.实现compile,进行模板的编译，包括编译元素（指令）、编译文本等，达到初始化视图的目的，并且还需要绑定好更新函数；
2.实现Observe,监听所有的数据，并对变化数据发布通知；
3.实现watcher,作为一个中枢，接收到observe发来的通知，并执行compile中相应的更新方法。
4.结合上述方法，向外暴露mvvm方法。

首先编辑一个html文件，如下：

  
  



  
  
{{message}}
  

新建一个mvvm.js,将参数通过options传入mvvm中，并取出el和data绑定到mvvm的私有变量$el和$data中。

// mvvm.js
class MVVM {
  constructor(options) {
    this.$el = options.el
    this.$data = options.data
  }
}

新建一个compile.js文件，在mvvm.js中调用compile。compile.js接收mvvm中传过来的el和vm实例。

// mvvm.js
class MVVM {
  constructor(options) {
    this.$el = options.el
    this.$data = options.data
    // 如果有要编译的模板 =>编译
    if(this.$el) {
      // 将文本+元素模板进行编译
      new Compile(this.$el, this)
    }
  }
}

（1）初始化传值

// compile.js
export default class Compile {
  constructor(el, vm) {
    // 判断是否是元素节点，是=》取该元素 否=》取文本
    this.el = this.isElementNode(el) ? el:document.querySelector(el)
    this.vm = vm
  },
  // 判断是否是元素节点
  isElementNode(node) {
    return node.nodeType === 1
  }
}

（2）先把真实DOM移入到内存中 fragment，因为fragment在内存中，操作比较快

// compile.js
class Compile {
  constructor(el, vm) {
    // 判断是否是元素节点，是=》取该元素 否=》取文本
    this.el = this.isElementNode(el) ? el:document.querySelector(el)
    this.vm = vm
    // 如果这个元素能获取到 我们才开始编译
    if(this.el) {
      // 1. 先把真实DOM移入到内存中 fragment
      let fragment = this.node2fragment(this.el)
    }
  },
  // 判断是否是元素节点
  isElementNode(node) {
    return node.nodeType === 1
  }
  // 将el中的内容全部放到内存中
  node2fragment(el) { 
    let fragment = document.createDocumentFragment()
    let firstChild
    // 遍历取出firstChild，直到firstChild为空
    while (firstChild = el.firstChild) {
      fragment.appendChild(firstChild)
    }
    return fragment // 内存中的节点
  }
}

（3）编译 =》 在fragment中提取想要的元素节点 v-model 和文本节点

// compile.js
class Compile {
  constructor(el, vm) {
    // 判断是否是元素节点，是=》取该元素 否=》取文本
    this.el = this.isElementNode(el) ? el:document.querySelector(el)
    this.vm = vm
    // 如果这个元素能获取到 我们才开始编译
    if(this.el) {
      // 1. 先把真实DOM移入到内存中 fragment
      let fragment = this.node2fragment(this.el)
      // 2. 编译 =》 在fragment中提取想要的元素节点 v-model 和文本节点
      this.compile(fragment)
      // 3. 把编译好的fragment在放回到页面中
      this.el.appendChild(fragment)
    }
  }
  // 判断是否是元素节点
  isElementNode(node) {
    return node.nodeType === 1
  }
  // 是不是指令
  isDirective(name) {
    return name.includes("v-")
  }
  // 将el中的内容全部放到内存中
  node2fragment(el) {
    let fragment = document.createDocumentFragment()
    let firstChild
    // 遍历取出firstChild，直到firstChild为空
    while (firstChild = el.firstChild) {
      fragment.appendChild(firstChild)
    }
    return fragment // 内存中的节点
  }
  //编译 =》 提取想要的元素节点 v-model 和文本节点
  compile(fragment) {
    // 需要递归
    let childNodes = fragment.childNodes
    Array.from(childNodes).forEach(node => {
      // 是元素节点 直接调用文本编译方法 还需要深入递归检查
      if(this.isElementNode(node)) {
        this.compileElement(node)
        // 递归深入查找子节点
        this.compile(node)
      // 是文本节点 直接调用文本编译方法
      } else {
        this.compileText(node)
      }
    })
  }
  // 编译元素方法
  compileElement(node) {
    let attrs = node.attributes
    Array.from(attrs).forEach(attr => {
      let attrName = attr.name
      // 判断属性名是否包含 v-指令
      if(this.isDirective(attrName)) {
        // 取到v-指令属性中的值（这个就是对应data中的key）
        let expr = attr.value
        // 获取指令类型
        let [,type] = attrName.split("-")
        // node vm.$data expr
        compileUtil[type](node, this.vm, expr)
      }
    })
  }
  // 这里需要编译文本
  compileText(node) {
    //取文本节点中的文本
    let expr = node.textContent
    let reg = /{{([^}]+)}}/g
    if(reg.test(expr)) {
      // node this.vm.$data text
      compileUtil["text"](node, this.vm, expr)
    }
  }
}
// 解析不同指令或者文本编译集合
const compileUtil = {
  text(node, vm, expr) { // 文本
    let updater = this.updater["textUpdate"]
    updater && updater(node, getTextValue(vm, expr))
  },
  model(node, vm, expr){ // 输入框
    let updater = this.updater["modelUpdate"]
    updater && updater(node, getValue(vm, expr))
  },
  // 更新函数
  updater: {
    // 文本赋值
    textUpdate(node, value) {
      node.textContent = value
    },
    // 输入框value赋值
    modelUpdate(node, value) {
      node.value = value
    }
  }
}
// 辅助工具函数
// 绑定key上对应的值，从vm.$data中取到
const getValue = (vm, expr) => {
  expr = expr.split(".") // [message, a, b, c]
  return expr.reduce((prev, next) => {
    return prev[next]
  }, vm.$data)
}
// 获取文本编译后的对应的数据
const getTextValue = (vm, expr) => {
  return expr.replace(/{{([^}]+)}}/g, (...arguments) => {
    return getValue(vm, arguments[1])
  })
}

(3) 将编译后的fragment放回到dom中

  let fragment = this.node2fragment(this.el)
  this.compile(fragment)
  // 3. 把编译好的fragment在放回到页面中
  this.el.appendChild(fragment)

进行到这一步，页面上初始化应该渲染完成了。如下图：

不同于发布者-订阅者模式和脏值检测，vue采用的observe + sub/pub 实现数据的劫持，通过js原生的方法Object.defineProperty()来劫持各个属性的setter，getter，在属性对应数据改变时，发布消息给订阅者，然后触发相应的监听回调。
主要内容：observe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。

// observe.js
class Observe {
  constructor(data) {
    this.observe(data)
  }
  // 把data数据原有的属性改成 get 和 set方法的形式
  observe(data) {
    if(!data || typeof data!== "object") {
      return
    }
    console.log(data)
    // 将数据一一劫持
    // 先获取到data的key和value
    Object.keys(data).forEach((key) => {
      // 数据劫持
      this.defineReactive(data, key, data[key])
      this.observe(data[key]) // 深度递归劫持，保证子属性的值也会被劫持
    })
  }
  // 定义响应式
  defineReactive(obj, key, value) {
    let _this = this
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get() { // 当取值时调用
        return value
      },
      set(newValue) { //当data属性中设置新值得时候 更改获取的新值
        if(newValue !== value) {
          _this.observe(newValue) // 如果是对象继续劫持
          console.log("监听到值变化了,旧值：", value, " --> 新值：", newValue);
          value = newValue
        }
      }
    })
  }
}

完成observe.js后，修改mvvm.js文件,将属性传入observe中

// mvvm.js
class MVVM {
  constructor(options) {
    console.log(options)
    this.$el = options.el
    this.$data = options.data
    // 如果有要编译的模板 =》编译
    if(this.$el) {
      // 数据劫持 就是把对象的所有属性改成 get 和 set方法
      new Observe(this.$data)
      // 将文本+元素模板进行编译
      new Compile(this.$el, this)
    }
  }
}

可以在控制台查看到以下信息，说明劫持属性成功。

实现数据劫持后，接下来的任务怎么通知订阅者了，我们需要在监听数据时实现一个消息订阅器，具体的方法是：定义一个数组，用来存放订阅者，数据变动通知（notify）订阅者，再调用订阅者的update方法。
在observe.js添加Dep类：

//observe.js

// ...
    let _this = this
    let dep = new Dep()
    Object.defineProperty(obj, key, {
      enumerable: true,
      configurable: true,
      get() { // 当取值时调用
        return value
      },
      set(newValue) { //当data属性中设置新值得时候 更改获取的新值
        if(newValue !== value) {
          _this.observe(newValue) // 如果是对象继续劫持
          console.log("监听到值变化了,旧值：", value, " --> 新值：", newValue);
          value = newValue
          dep.notify() //通知所有人 数据更新了
        }
      }
    })
// ...
// 消息订阅器Dep()
class Dep {
  constructor() {
    // 订阅的数组
    this.subs = []
  }
  addSub(watcher) {
    // push到订阅数组
    this.subs.push(watcher)
  }
  notify() {
    // 通知订阅者，并执行订阅者的update回调
    this.subs.forEach(watcher => watcher.update())
  }
}

实现了消息订阅器，并且能够执行订阅者的回调，那么订阅者怎么获取，并push到订阅器数组中呢？这个要和watcher结合。

Observer和Compile之间通信的桥梁是Watcher订阅中心，其主要职责是:
1、在自身实例化时往属性订阅器(Dep)里面添加自己，与Observer建立连接；
2、自身必须有一个update()方法，与Compile建立连接；
3、当属性变化时，Observer中dep.notice()通知，然后能调用自身（Watcher）的update()方法，并触发Compile中绑定的回调，实现更新。

// watcher.js
// 订阅中心（观察者）： 给需要变化的那个元素 增加一个观察者， 当数据变化后，执行对应的方法
class Watcher {
  constructor(vm, expr, cb) {
    this.vm = vm
    this.expr = expr
    this.cb = cb
    // 先获取一下老值
    this.value = this.get()
  }
  getValue(vm, expr) { // 获取实例上对应的数据
    expr = expr.split(".") // [message, a, b, c]
    return expr.reduce((prev, next) => {
      return prev[next]
    }, vm.$data)
  }
  get() { // 获取文本编译后的对应的数据
    // 获取当前订阅者
    Dep.target = this
    // 触发getter，当前订阅者添加订阅器中 在 劫持数据时，将订阅者放到订阅者数组
    let value = this.getValue(this.vm, this.expr)
    // 重置订阅者
    Dep.target = null
    return value
  }
  // 对外暴露的方法
  update() {
    let newValue = this.getValue(this.vm, this.expr)
    let oldValue = this.value
    // 更新的值 与 以前的值 进行比对， 如果发生变化就更新方法
    if(newValue !== oldValue) {
      this.cb(newValue)
    }
  }
}

// observe.js 
// ... 省略
Object.defineProperty(data, key, {
    get: function() {
        // 在取值时将订阅者push入订阅者数组
        Dep.target && dep.addDep(Dep.target);
        return val;
    }
    // ... 省略
});
// ... 省略

上面步骤搭建了watcher与observe之间的连接，还需要搭建watcher与之间的连接。
我们需要在compile中解析不同指令或者文本编译集合的时候绑定watcher.

// compile.js
// ...省略
 model(node, vm, expr){ // 输入框
    let updater = this.updater["modelUpdate"]
    // 这里加一个监控 数据变化了 应该调用这个watcher的callback
    new Watcher(vm, expr, (newValue) => {
      // 当值变化后 会调用cb ，将新值传递过来
      updater && updater(node, this.getValue(vm, expr))
    })
    node.addEventListener("input", (e) => {
      let newValue = e.target.value
      this.setVal(vm, expr, newValue)
    })
    updater && updater(node, this.getValue(vm, expr))
 },
// ...省略

此时，在浏览器控制台执行下图操作，手动改变 message 属性的值，发现输入框的值也随之变化，v-model 绑定完成。