MVVM框架的实现

作者: MickeyMcneil | 来源:发表于2019-04-23 13:36 被阅读0次

最近总被问到vue双向绑定的原理，所以整理实现一下

MVVM框架

M：Model，模型层
V：View，视图层
VM：ViewModel，视图模型，VM连接的桥梁

M层修改时，VM层会监测到变化，并通知V层修改；V层修改则会通知M层数据进行修改。

双向数据绑定的方式

发布-订阅者模式
通过pub、sub来实现数据和视图的绑定，使用麻烦。
脏值检查
通过定时器轮训检测数据是否发生变化。angular.js用此方法。
数据劫持
通过Object.defineProperty()来劫持各个属性的setter、getter。vue.js采用数据劫持 + 发布-订阅者模式，在数据变动时发布消息给订阅者。

实现思路

Compile：模板解析器，对模板中的指令和插值表达式进行解析，赋予不同的操作
Observe：数据监听器，对数据对象的所有属性进行监听
Watcher：将Compile的解析结果，与Observe的观察对象连接起来

Compile

对模板中的指令和插值表达式进行解析，并赋予不同的操作。

document.createDocumentFragment()
[].slice.call(likeArr)
将伪数组转换为数组的方法。具体参考这里
getVMValue方法主要为了解决复杂数据类型带来的问题
代码
compile.js

// 负责解析模板内容
class Compile {
  constructor(el, vm) {
    this.el = typeof el === 'string' ? document.querySelector(el) : el
    this.vm = vm
    // 编译模板
    if (this.el) {
      // 1.把子节点存入内存 -- fragment
      let fragment = this.node2fragment(this.el)
      // 2.在内存中编译fragment
      this.compile(fragment)
      // 3.把fragment一次性添加到页面
      this.el.appendChild(fragment)
    }
  }
  // 核心方法
  node2fragment(node) { // 把el中的子节点添加到文档碎片中
    let fragment = document.createDocumentFragment()
    let childNodes = node.childNodes
    this.toArray(childNodes).forEach(element => {
      fragment.appendChild(element)
    });
    return fragment
  }
  compile(fragment) { // 编译文档碎片
    let childNodes = fragment.childNodes
    this.toArray(childNodes).forEach(node => {
      // 元素节点 - 解析指令
      if (this.isElementNode(node)) {
        this.compileElement(node)
      }
      // 文本节点 - 解析插值表达式
      if (this.isTextNode(node)) {
        this.compileText(node)
      }
      // 若还有子节点，递归解析
      if (node.childNodes && node.childNodes.length > 0) {
        this.compile(node)
      }
    })

  }
  compileElement(node) {
    // 获取当前节点所有属性
    let attr = node.attributes
    this.toArray(attr).forEach(attr => {
      // 解析vue指令
      let attrName = attr.name
      if (this.isDirective(attrName)) {
        let type = attrName.slice(2)
        let attrVal = attr.value
        if (this.isEventDirective(type)) {
          CompileUtil["eventHandler"](node, this.vm, type, attrVal)
        } else {
          CompileUtil[type] && CompileUtil[type](node, this.vm, attrVal)
        }
      }
    })
  }
  compileText(node) {
    CompileUtil.mustache(node, this.vm)
  }
  // 工具方法
  toArray(likeArr) { // 把伪数组转换成数组
    return [].slice.call(likeArr)
  }
  isElementNode(node) { // 判断元素节点
    return node.nodeType === 1
  }
  isTextNode(node) { // 判断文本节点
    return node.nodeType === 3
  }
  isDirective(attrName) { // 判断指令
    return attrName.startsWith('v-')
  }
  isEventDirective(attrName) { // 判断事件
    return attrName.split(":")[0] === "on"
  }
}
let CompileUtil = {
  mustache(node, vm) {
    let txt = node.textContent
    let reg = /\{\{(.+)\}\}/
    if (reg.test(txt)){
      let expr = RegExp.$1
      node.textContent = txt.replace(reg, CompileUtil.getVMValue(vm, expr))      
    }
  },
  text(node, vm, attrVal) {
    node.textContent = this.getVMValue(vm, attrVal)
  },
  html(node, vm, attrVal) {
    node.innerHTML = this.getVMValue(vm, attrVal)
  },
  model(node, vm, attrVal) {
    node.value = this.getVMValue(vm, attrVal)
  },
  eventHandler(node, vm, type, attrVal) {
    let eventType = type.split(":")[1]
    let fn = vm.$methods[attrVal]
    if (eventType && fn) {
      node.addEventListener(eventType, fn.bind(vm))
    }
  },
  // 获取VM中的数据
  getVMValue(vm, expr) {
    let data = vm.$data
    expr.split(".").forEach(key => {
      data = data[key]
    });
    return data
  }
}

vue.js

class Vue {
  constructor(options = {}) {
    // 给vue增加实例属性
    this.$el = options.el
    this.$data = options.data
    this.$methods = options.methods

    if (this.$el) {
      new Compile(this.$el, this)
    }
  }
}

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Document</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    <p>复杂数据</p>
    <p>{{car.color}}</p>
    <div v-text="car.brand"></div>
    <p>简单数据</p>
    <p>大家好,{{text}}</p>
    <p>{{msg}}</p>
    <div v-text="msg" title="hhhh"></div>
    <div v-html="msg" title="aaaa"></div>
    <input type="text" v-model="msg">
    <button v-on:click="clickFn">点击</button>
  </div>
  <script src="./src/compile.js"></script>
  <script src="./src/vue.js"></script>
  <script>
    const vm = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        msg: 'hello world',
        text: 'hello text',
        car: {
          color: 'red',
          brand: 'polo'
        }
      },
      methods: {
        clickFn () {
          console.log(this.$data.msg)
        }
      }
    })
    console.log(vm)
  </script>
</body>
</html>

observe

数据劫持主要使用了object.defineProperty(obj, prop, descriptor)，MDN链接

结合下面的小案例，来综合说明过程

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Document</title>
</head>
<body>
  <script>
    let obj = {
      name: 'fxd'
    }
    let temp = obj.name
    Object.defineProperty(obj, 'name', {
      configurable: true, // 属性可配置
      enumerable: true, // 属性可遍历
      get () {
        // 每次获取属性时，会被此方法劫持到
        console.log('获取属性')
        return temp
      },
      set (newValue) {
        console.log('改变属性')
        temp = newValue
      }
    })
  </script>
</body>
</html>

执行结果如下

在vue的源码中，大概实现思路如下

新建observe.js

/* 
  observe给data中的所有数据添加getter和setter
  在获取或设置data数据时，方便实现逻辑
*/

class Observe {
  constructor(data) {
    this.data = data
    this.walk(data)
  }

  // 核心方法
  walk (data) { // 遍历数据，添加上getter和setter
    if (!data || typeof data !== "object") {
      return
    }
    Object.keys(data).forEach(key => {
      // 给key设置getter和setter
      this.defineReactive(data, key, data[key])
      // 如果data是复杂类型，递归walk
      this.walk(data[key])
    })
  }
  // 数据劫持
  defineReactive(obj, key, value) {
    let that = this
    Object.defineProperty(obj, key, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get () {
        console.log('获取',value)
        return value
      },
      set (newValue) {
        if (value === newValue) {
          return
        }
        console.log('设置', newValue)
        value = newValue
        // 如果value是对象
        that.walk(newValue)
      }
    })
  }
}

在index.html中引入observe.js

<script src="./src/observe.js"></script>

在vue.js中添加

    // 监视data中的数据
    new Observe(this.$data)

Watcher

update是watcher.js中对外暴露的更新页面的方法，在observe.js的set中调用。因为set劫持的是数据改变，这样当数据改变时，就会调用update实现页面更新
在compile.js的指令/插值表达式处理的部分，new了Watcher，用来将Watcher中新值填入对应的指令/插值表达式中

上述方法的缺点：不同的指令/插值表达式各自new了不同Watcher，这样在在observe.js的set中不确定要调用哪一个Watcher的update方法
解决方法：发布-订阅者模式

发布-订阅者模式
订阅者：只需要订阅
发布者：状态改变时，通知并自动更新给所有的订阅者
优点：解耦合

基本思路如下：

watch.js中设置Dep对象，用来管理、添加、通知订阅者；将Watcher中的this存储到Dep.target中
observe.js的数据劫持中new了Dep，判断并调用添加和通知订阅者的方法

最后，优化下复杂数据的更新，model指令中input双向绑定，以及把data和methods中的数据挂载到vm实例上即可

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>Document</title>
</head>
<body>
  <div id="app">
    <p>复杂数据</p>
    <p>{{car.color}}</p>
    <div v-text="car.brand"></div>
    <p>简单数据</p>
    <p>大家好,{{text}}</p>
    <p>{{msg}}</p>
    <div v-text="msg" title="hhhh"></div>
    <div v-html="msg" title="aaaa"></div>
    <input type="text" v-model="msg">
    <button v-on:click="clickFn">点击</button>
  </div>
  <script src="./src/watcher.js"></script>
  <script src="./src/observe.js"></script>
  <script src="./src/compile.js"></script>
  <script src="./src/vue.js"></script>
  <script>
    const vm = new Vue({
      el: '#app',
      data: {
        msg: 'hello world',
        text: 'hello text',
        car: {
          color: 'red',
          brand: 'polo'
        }
      },
      methods: {
        clickFn () {
          // this.$data.msg = '2222'
          this.msg = '2222222'
        }
      }
    })
    console.log(vm)
  </script>
</body>
</html>

observe.js

/* 
  observe给data中的所有数据添加getter和setter
  在获取或设置data数据时，方便实现逻辑
*/

class Observe {
  constructor(data) {
    this.data = data
    this.walk(data)
  }

  // 核心方法
  walk (data) { // 遍历数据，添加上getter和setter
    if (!data || typeof data !== "object") {
      return
    }
    Object.keys(data).forEach(key => {
      // 给key设置getter和setter
      this.defineReactive(data, key, data[key])
      // 如果data是复杂类型，递归walk
      this.walk(data[key])
    })
  }
  // 数据劫持
  // data中的每一个数据都维护一个dep对象，保存了所有订阅了该数据的订阅者
  defineReactive(obj, key, value) {
    let that = this
    let dep = new Dep()
    Object.defineProperty(obj, key, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get () {
        // 如果Dep.target中有watcher，存储到订阅者数组中
        Dep.target && dep.addSub(Dep.target)
        return value
      },
      set (newValue) {
        if (value === newValue) {
          return
        }
        value = newValue
        // 如果value是对象
        that.walk(newValue)
        // 发布通知，让所有的订阅者更新内容
        dep.notify()
      }
    })
  }
}

watch.js

/* 
  watcher负责将compile和observe关联起来
*/
class Watcher {
  // 参数分别是：当前实例，data中的名字，数据改变时的回调函数
  constructor(vm, expr, cb) {
    this.vm = vm
    this.expr = expr
    this.cb = cb

    // 将this存储到Dep.target上
    Dep.target = this

    // 将expr的旧值存储
    this.oldVal = this.getVMValue(vm, expr)

    // 清空Dep.target
    Dep.target = null
  }
  // 对外暴露更新页面的方法
  update () {
    let oldVal = this.oldVal
    let newVal = this.getVMValue(this.vm, this.expr)
    if (oldVal != newVal) {
      this.cb(newVal, oldVal)
    }
  }
  // 获取VM中的数据
  getVMValue(vm, expr) {
    let data = vm.$data
    expr.split(".").forEach(key => {
      data = data[key]
    });
    return data
  }
}
// dep对象 - 管理订阅者，通知订阅者
class Dep {
  constructor () {
    // 管理订阅者
    this.subs = []
  }
  // 添加订阅者
  addSub (watcher) {
    this.subs.push(watcher)
  }
  // 通知订阅者
  notify () {
    // 遍历所有订阅者，调用watcher的update方法
    this.subs.forEach(sub => {
      sub.update()
    })
  }
}

compile.js

// 负责解析模板内容
class Compile {
  constructor(el, vm) {
    this.el = typeof el === 'string' ? document.querySelector(el) : el
    this.vm = vm
    // 编译模板
    if (this.el) {
      // 1.把子节点存入内存 -- fragment
      let fragment = this.node2fragment(this.el)
      // 2.在内存中编译fragment
      this.compile(fragment)
      // 3.把fragment一次性添加到页面
      this.el.appendChild(fragment)
    }
  }
  // 核心方法
  node2fragment(node) { // 把el中的子节点添加到文档碎片中
    let fragment = document.createDocumentFragment()
    let childNodes = node.childNodes
    this.toArray(childNodes).forEach(element => {
      fragment.appendChild(element)
    });
    return fragment
  }
  compile(fragment) { // 编译文档碎片
    let childNodes = fragment.childNodes
    this.toArray(childNodes).forEach(node => {
      // 元素节点 - 解析指令
      if (this.isElementNode(node)) {
        this.compileElement(node)
      }
      // 文本节点 - 解析插值表达式
      if (this.isTextNode(node)) {
        this.compileText(node)
      }
      // 若还有子节点，递归解析
      if (node.childNodes && node.childNodes.length > 0) {
        this.compile(node)
      }
    })

  }
  compileElement(node) {
    // 获取当前节点所有属性
    let attr = node.attributes
    this.toArray(attr).forEach(attr => {
      // 解析vue指令
      let attrName = attr.name
      if (this.isDirective(attrName)) {
        let type = attrName.slice(2)
        let attrVal = attr.value
        if (this.isEventDirective(type)) {
          CompileUtil["eventHandler"](node, this.vm, type, attrVal)
        } else {
          CompileUtil[type] && CompileUtil[type](node, this.vm, attrVal)
        }
      }
    })
  }
  compileText(node) {
    CompileUtil.mustache(node, this.vm)
  }
  // 工具方法
  toArray(likeArr) { // 把伪数组转换成数组
    return [].slice.call(likeArr)
  }
  isElementNode(node) { // 判断元素节点
    return node.nodeType === 1
  }
  isTextNode(node) { // 判断文本节点
    return node.nodeType === 3
  }
  isDirective(attrName) { // 判断指令
    return attrName.startsWith('v-')
  }
  isEventDirective(attrName) { // 判断事件
    return attrName.split(":")[0] === "on"
  }
}
let CompileUtil = {
  mustache(node, vm) {
    let txt = node.textContent
    let reg = /\{\{(.+)\}\}/
    if (reg.test(txt)){
      let expr = RegExp.$1
      node.textContent = txt.replace(reg, CompileUtil.getVMValue(vm, expr))  
      new Watcher(vm, expr, newVal => {
        node.textContent = txt.replace(reg, newVal)
      })    
    }
  },
  text(node, vm, attrVal) {
    node.textContent = this.getVMValue(vm, attrVal)
    // 通过Watcher监听attrVal，一旦变化，执行回调
    new Watcher(vm, attrVal, newVal => {
      node.textContent = newVal
    })
  },
  html(node, vm, attrVal) {
    node.innerHTML = this.getVMValue(vm, attrVal)
    new Watcher(vm, attrVal, newVal => {
      node.innerHTML = newVal
    })
  },
  model(node, vm, attrVal) {
    let that = this
    node.value = this.getVMValue(vm, attrVal)
    // 实现双向的数据绑定
    node.addEventListener('input', function () {
      that.setVMValue(vm, attrVal, this.value)
    })
    new Watcher(vm, attrVal, newVal => {
      node.value = newVal
    })
  },
  eventHandler(node, vm, type, attrVal) {
    let eventType = type.split(":")[1]
    let fn = vm.$methods[attrVal]
    if (eventType && fn) {
      node.addEventListener(eventType, fn.bind(vm))
    }
  },
  // 获取VM中的数据
  getVMValue(vm, expr) {
    let data = vm.$data
    expr.split(".").forEach(key => {
      data = data[key]
    });
    return data
  },
  setVMValue(vm, expr, value) {
    let data = vm.$data
    let arr = expr.split(".")
    arr.forEach((key, index) => {
      if (index < arr.length - 1) {
        data = data[key]
      } else {
        data[key] = value
      }
    })
  }
}

vue.js

class Vue {
  constructor(options = {}) {
    // 给vue增加实例属性
    this.$el = options.el
    this.$data = options.data
    this.$methods = options.methods

    // 监视data中的数据
    new Observe(this.$data)

    // 将data和methods中的数据代理到vm上
    this.proxy(this.$data)
    this.proxy(this.$methods)

    if (this.$el) {
      new Compile(this.$el, this)
    }
  }
  proxy (data) {
    Object.keys(data).forEach(key => {
      Object.defineProperty(this, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get () {
          return data[key]
        }, 
        set (newVal) {
          if (data[key] == newVal) {
            return
          }
          data[key] = newVal
        }
      })
    })
  }
}

MVVM框架的实现

MVVM框架

双向数据绑定的方式

实现思路

Compile

observe

Watcher

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