深入了解Vue中的Watcher和Scheduler
本篇文章带大家了解一下Vue中的Watcher和Scheduler，介绍一下Vue的Watcher实现原理，希望对大家有所帮助。
Vue通过数据侦测机制感知状态的变化，上一篇《Vue如何实现数据侦测》有提到Watcher对象，当数据更新有更新，例如当执行this.title = '监听我变化了没'，在setter函数调用dep.notify通知watcher执行更新(具体执行watcher.update函数)。
那么Vue在何时创建Watcher，如何通过Scheduler来调度Watcher队列，watcher的更新最终如何体现到视图的渲染，本篇内容主要围绕这三个问题来介绍Vue的Watcher实现原理。【相关推荐：《vue.js教程》】
1.何时创建Watcher
组件从创建到销毁会经历一系列生命周期，其中我们比较熟悉的有beforeMount、mounted、beforeUpdate、updated, 了解了生命周期，理解Watcher在何时被创建就会容易很多。Vue共三处地方会创建Watcher对象，mount事件、$watch函数、computed和watch属性, mount事件创建Watcher用于渲染通知，watch和computed创建的Watcher都用于监听用户自定义的属性变化。
1.1 mount事件
文件core/instance/lifecycle.js包含了Vue生命周期相关的函数，例如$forupdate、$destroy以及实例化Watcher的mountComponent函数，mountComponent函数在组件挂载完成执行$mount时触发，函数首先触发beforeMount钩子事件，在实例化Watcher时有传入before函数，before将触发beforeUpdate hook。当组件有属性更新时，watcher在更新(watcher.run)之前会触发beforeUpdate事件。isRenderWatcher表明创建的是渲染Watcher，直接挂在vm._watcher属性上，当强制执行$forceUpdate刷新渲染，会执行vm._watcher.update触发渲染过程以及对应的update hook。
/**
* 生命周期mount事件触发函数
* @param {*} vm
* @param {*} el
* @param {*} hydrating
* @returns
*/
export function mountComponent (
vm: Component,
el: ?Element,
hydrating?: boolean
): Component {
vm.$el = el
callHook(vm, 'beforeMount')
let updateComponent = () => {
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
// 实例化Watcher对象，在Watcher构造函数中建立Watcher和vm的关系
new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
// 在执行wather.run函数之前触发before hook事件
before () {
if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
callHook(vm, 'beforeUpdate')
}
}
// isRenderWatcher表示用于渲染的Watcher，在执行$forceupdate时会手动触发watcher.update
}, true /* isRenderWatcher */)
return vm
}
export default class Watcher {
constructor (
vm: Component,
expOrFn: string | Function,
cb: Function,
options?: ?Object,
isRenderWatcher?: boolean
) {
this.vm = vm
if (isRenderWatcher) {
vm._watcher = this
}
vm._watchers.push(this)
this.getter = expOrFn
this.value = this.lazy
? undefined
: this.get()
}
}
Vue.prototype.$forceUpdate = function () {
const vm: Component = this
if (vm._watcher) {
vm._watcher.update()
}
}1.2.$watch函数
在组件中，除了使用watch、computed方法监听属性变化，Vue定义了$watch函数用于监听属性变化，例如当a.b.c嵌套属性变化，可以$watch来实现监听做后续处理，$watch相当于在组件中直接写watch属性的函数式写法，可支持在运行时动态的添加依赖监听，例如Vue源码中的keep-alive组件在mounted事件中使用$watch监听include、exclude属性变化。
vm.$watch( expOrFn, callback, [options] )
参数：
{string | Function} expOrFn
{Function | Object} callback
{Object} [options]
{boolean} deep
{boolean} immediate
返回值：{Function} unwatch
// 键路径
vm.$watch('a.b.c', function (newVal, oldVal) {
// 做点什么
})
// keep-alive.js文件
mounted () {
this.cacheVNode()
this.$watch('include', val => {
pruneCache(this, name => matches(val, name))
})
this.$watch('exclude', val => {
pruneCache(this, name => !matches(val, name))
})
}$watch函数和mountComponent函数的区别是，mountComponent用于渲染监听，会触发相关的hook事件，而$watch的职责比较专一，就处理expOrFn的监听。另外，$watch的cb参数可以是函数、对象或字符串，当为字符串时表示定义在Vue对象的函数名，例如在Vue组件中定义了nameChange函数，那么定义vm.$watch('name', 'nameChange')后，如果name有更新会触发Vue实体的nameChange函数。
// 监听属性变化 Vue.prototype.$watch = function ( expOrFn: string | Function, cb: any, options?: Object ): Function { const vm: Component = this // cb可能是纯JS对象，那么回调为cb.handler if (isPlainObject(cb)) { return createWatcher(vm, expOrFn, cb, options) } const watcher = new Watcher(vm, expOrFn, cb, options) // 返回watch注销监听函数 return function unwatchFn () { watcher.teardown() } } function createWatcher ( vm: Component, expOrFn: string | Function, handler: any, options?: Object ) { // 当执行函数是一个对象的时候， 将 handler 的 handler调用给执行函数 // 这里的 options 是 watch 函数的配置信息 if (isPlainObject(handler)) { options = handler handler = handler.handler } if (typeof handler === 'string') { handler = vm[handler] } return vm.$watch(expOrFn, handler, options) }
1.3.watch和computed属性
使用Vue开发组件，这两个属性一定不陌生，例如使用watch定义firstName、secondName属性的监听，使用computed定义fullName属性监听，当firstName和secondName更新时fullName也随之触发更新。
new Vue({ el: '#app', data() { return { firstName: 'Li', secondName: 'Lei' } }, watch: { secondName: function (newVal, oldVal) { console.log('second name changed: ' + newVal) } }, computed: { fullName: function() { return this.firstName + this.secondName } }, mounted() { this.firstName = 'Han' this.secondName = 'MeiMei' } })
当我们在watch和computed定义了对属性的监听，Vue在何时将其转换为Watcher对象执行监听？Vue的构造函数会调用_init(options)执行初始化，源码core/components/instance/init.js文件定义了_init函数，执行了一些列初始化操作，例如初始化生命周期、事件、状态等，其中initState函数就包含了watch和computed的初始化。
// core/components/instance/init.js // Vue构造函数 function Vue (options) { this._init(options) } // core/components/instance/init.js Vue.prototype._init = function (options?: Object) { initLifecycle(vm) initEvents(vm) initRender(vm) callHook(vm, 'beforeCreate') initInjections(vm) // resolve injections before data/props initState(vm) initProvide(vm) // resolve provide after data/props callHook(vm, 'created') } // // core/components/state.js export function initState (vm: Component) { vm._watchers = [] const opts = vm.$options ... if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed) if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) { initWatch(vm, opts.watch) } }
1.3.1 computed属性
initComputed初始化computed属性，每一个Vue实体都包含_computedWatchers对象用于存储所有computed属性的watcher对象。首先遍历computed对象，为每个key创建一个新的Watcher对象，其lazy属性为true，表示Watcher会缓存计算值，如果依赖其依赖的属性(如firstName、secondName)没有更新，当前computed属性(例如fullName)也不会触发更新。computed中定义的属性可以通过this(例如this.fullName)访问，defineComputed将所有computed属性挂载到Vue实体上。
// lazy为true表示需要缓存，一般只有computed属性才会用到
const computedWatcherOptions = { lazy: true }
function initComputed (vm: Component, computed: Object) {
const watchers = vm._computedWatchers = Object.create(null)
for (const key in computed) {
const userDef = computed[key]
// 用户定义的执行函数可能是{ get: function() {} }形式
const getter = typeof userDef === 'function' ? userDef : userDef.get
// 为用户定义的每个computed属性创建watcher对象
watchers[key] = new Watcher(
vm,
getter || noop,
noop,
computedWatcherOptions
)
// 组件自身的computed属性已经定义在组件原型链上，我们只需要定义实例化的computed属性。
// 例如我们在computed定义了fullName，defineComputed会将其挂接到Vue对象的属性上
if (!(key in vm)) {
defineComputed(vm, key, userDef)
}
}defineComputed函数将计算属性转换为{ get, set }形式，但计算属性不需要set，所以代码直接为其赋值了noop空函数。计算属性的get函数通过createComputedGetter封装，首先找到对应属性的watcher对象，如果watcher的dirty为true，表示依赖属性有更新，需要调用evaluate函数重新计算新值。
// 将computed定义的属性转换为{ get, set }形式并挂接到Vue实体上，这样就可以通过this.fullName形式调用
export function defineComputed (
target: any,
key: string,
userDef: Object | Function
) {
if (typeof userDef === 'function') {
sharedPropertyDefinition.get = createComputedGetter(key)
sharedPropertyDefinition.set = noop
} else {
sharedPropertyDefinition.get = userDef.get
? createComputedGetter
: noop
sharedPropertyDefinition.set = userDef.set || noop
}
Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}
// 定义computed的专属getter函数
function createComputedGetter (key) {
return function computedGetter () {
// _computedWatchers上为每个computed属性定义了Watcher对象
const watcher = this._computedWatchers && this._computedWatchers[key]
if (watcher) {
// dirty为true，表示依赖的属性有变化
if (watcher.dirty) {
// 重新计算值
watcher.evaluate()
}
if (Dep.target) {
// 将Dep.target(watcher)附加到当前watcher的依赖中
watcher.depend()
}
return watcher.value
}
}
}如果Dep.target有值，将其他依赖当前计算属性的Watcher(例如使用到fullName的依赖Watcher)附加到当前计算属性所依赖的属性的dep集合中。如下面的代码创建了对fullName计算属性的监听, 我们将其命名为watcher3。那么firstName和secondName的dep对象都会附加上watcher3观察者，只要其属性有任何变化，都会触发watcher3的update函数，重新读取fullName属性值。
vm.$watch('fullName', function (newVal, oldVal) {
// 做点什么
})1.3.2 watch属性
initWatch函数逻辑相对简单些，遍历每个属性的依赖项，如果依赖项为数组，则遍历数组，为每个依赖项单独创建Watcher观察者，createWatcher函数在前文中有提到，它使用$watch创建新的watcher实体。
// 初始化Watch属性
function initWatch (vm: Component, watch: Object) {
for (const key in watch) {
const handler = watch[key]
// 如果对应属性key有多个依赖项，则遍历为每个依赖项创建watcher
if (Array.isArray(handler)) {
for (let i = 0; i < handler.length; i++) {
createWatcher(vm, key, handler[i])
}
} else {
createWatcher(vm, key, handler)
}
}
}2.Scheduler调度处理
Vue在core/observer/scheduler.js文件定义了调度函数，一共有两处使用，Watcher对象以及core/vdom/create-component.js文件。watcher对象在执行更新时，会被附加到调度队列中等待执行。create-component.js主要处理渲染过程，使用scheduler的主要作用是触发activated hook事件。这里重点阐述Watcher对Scheduler的使用。
当执行watcher的update函数，除了lazy(计算属性watcher)、sync(同步watcher)，所有watcher都将调用queueWatcher函数附加到调度队列中。
export default class Watcher { /** * 通知订阅，如果依赖项有更新，该函数会被触发 */ update () { /* istanbul ignore else */ if (this.lazy) { this.dirty = true } else if (this.sync) { this.run() } else { queueWatcher(this) } } }
queueWatcher函数定义如下，函数的目的是将watcher附加到调度队列中，对调度队列创建微任务(microTask)，等待执行。关于microTask和macroTask的区别，看查看参考8“宏任务macroTask和微任务microTask的区别”。如果微任务flushSchedulerQueue还未执行(flushing为false)，直接将watcher附加到queue即可。否则，还需判断当前微任务的执行进度，queue会按watcher的id做升序排序，保证先创建的watcher先执行。index为微任务中正在被执行的watcher索引，watcher将会插入到大于index且符合id升序排列的位置。最后队列执行函数flushSchedulerQueue将通过nextTick创建一个微任务等待执行。
/* * 附加watcher到队列中，如果有重复的watcher直接跳过。 * 如果调度队列正在执行(flushing为true)，将watcher放到合适的位置 */ export function queueWatcher (watcher: Watcher) { // 所有watcher都有一个递增的唯一标识， const id = watcher.id // 如果watcher已经在队列中，不做处理 if (has[id] == null) { has[id] = true if (!flushing) { // 如果队列还未执行，则直接附加到队列尾部 queue.push(watcher) } else { // 如果正在执行，基于id将其附加到合适的位置。 // index为当前正在执行的watcher索引，并且index之前的watcher都被执行了。 // 先创建的watcher应该被先执行，和队列中的watcher比较id大小，插入到合适的位置。 let i = queue.length - 1 while (i > index && queue[i].id > watcher.id) { i-- } // i的位置，表明 watcher[i - 1].id < watcher[i].id < watcher[i + 1].id queue.splice(i + 1, 0, watcher) } // 如果未排队，开始排队，nextick将执行调度队列。 if (!waiting) { waiting = true nextTick(flushSchedulerQueue) } } }
nextTick将会选择适合当前浏览器的微任务执行队列，例如MutationObserver、Promise、setImmediate。flushSchedulerQueue函数将遍历所有watcher并执行更新，首先需要将queue做升序排序，确保先创建的watcher先被执行，例如父组件的watcher优先于子组件执行。接着遍历queue队列，先触发watcher的before函数，例如前文中介绍mountComponent函数在创建watcher时会传入before事件，触发callHook(vm, 'beforeUpdate')。接下来就具体执行更新(watcher.run)操作。当队列执行完后，调用resetSchedulerState函数清空队列、重置执行状态。最后callActivatedHooks和callUpdatedHooks将触发对应的activated、updated hook事件。
/**
* 遍历执行所有的watchers
*/
function flushSchedulerQueue () {
currentFlushTimestamp = getNow()
flushing = true
let watcher, id
// 遍历之前先排序队列
// 排序的队列能确保:
// 1.父组件先于子组件更新，因为父组件肯定先于子组件创建。
// 2.组件自定义的watcher将先于渲染watcher执行，因为自定义watcher先于渲染watcher创建。
// 3.如果组件在父组件执行wtcher期间destroyed了，它的watcher集合可以直接被跳过。
queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
// 不要缓存length，因为在遍历queue执行wacher的同时，queue队列一直在调整。
for (index = 0; index < queue.length; index++) {
watcher = queue[index]
if (watcher.before) {
// 通过before可触发hook，例如执行beforeUpdated hook
watcher.before()
}
id = watcher.id
has[id] = null
// 执行watcher的更新
watcher.run()
}
// 由于activatedChildren和queue两个队列一直在更新，因为需要拷贝处理
const activatedQueue = activatedChildren.slice()
const updatedQueue = queue.slice()
// 重置掉队队列状态
resetSchedulerState()
// 触发activated和updated hooks
callActivatedHooks(activatedQueue)
callUpdatedHooks(updatedQueue)
}3.Watcher更新
调度队列会执行watcher的run函数触发更新，每个watcher有active状态，表明当前watcher是否处于激活状态，当组件执行$destroy函数，会调用watcher的teardown函数将active设置为false。在执行更新通知回调cb之前，有三个条件判断，首先判断值是否相等，对于简单值string或number类型的可直接判断；如果value为对象或需要深度遍历(deep为true)，例如用户自定义了person属性，其值为对象{ age: number, sex: number }，我们使用$watch('person', cb)监听了person属性，但当person.age发生变化时，cb不会被执行。如果改成$watch('person', cb, { deep: true })，任何嵌套的属性发生变化，cb都会被触发。满足三个条件其中之一，cb回调函数将被触发。
export default class Watcher { /** * 调度接口，将被调度器执行 */ run () { // 仅当watcher处于激活状态，才会执行更新通知 // 当组件destroyed时，会调用watcher的teardown将其重置到非激活状态 if (this.active) { // 调用get获取值 const value = this.get() if ( // 如果新计算的值更新了 value !== this.value || // 如果value为对象或数组，不管value和this.value相等否，则其深度watchers也应该被触发 // 因为其嵌套属性可能发生变化了 isObject(value) || this.deep ) { const oldValue = this.value this.cb.call(this.vm, value, oldValue) } } } } this.$watch('person', () => { this.message = '年龄为:' + this.person.age }, // 当deep为true，当age更新，回调会被触发；如果deep为false,age更新不会触发回调 { deep: true } )
run函数有调用get获取最新值，在get函数中，首先调用pushTarget函数将当前Watcher附加到全局Dep.target上，然后执行getter获取最新值。在finally模块中，如果deep为true，则调用traverse递归遍历最新的value，value可能为Object或者Array，所以需要遍历子属性并触发其getter函数，将其dep属性附加上Dep.target(当前Watcher)，这样任何子属性的值发生变化都会通知到当前watcher，至于为什么，可以回顾下上篇《Vue如何实现数据状态的侦测》。
export default class Watcher { /** * 执行getter，重新收集依赖项 */ get () { // 将当前Watcher附加到全局Dep.target上，并存储targetStack堆栈中 pushTarget(this) let value const vm = this.vm try { // 执行getter读取value value = this.getter.call(vm, vm) } catch (e) { if (this.user) { handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`) } else { throw e } } finally { // 如果deep为true，将遍历+递归value对象 // 将所有嵌套属性的dep都附加上当前watcher，所有子属性对应的dep都会从push(Dep.target) if (this.deep) { // 递归遍历所有嵌套属性，并触发其getter，将其对应的dep附加当前watcher traverse(value) } // 退出堆栈 popTarget() // 清理依赖 this.cleanupDeps() } return value } }
在get函数中为什么要执行traverse递归遍历子属性，我们可以通过实际的例子来说明，例如在data中定义了{ person: { age: 18, sex: 0, addr: { city: '北京', detail: '五道口' } }, Vue会调用observe将person转换为如下Observer对象，子属性(如果为对象)也会转换为Observer对象，简单属性都会定义get、set函数。
当watcher.get执行traverse函数时，会递归遍历子属性，当遍历到addr属性时，触发get函数，该函数将调用其dep.depend将当前Watcher附加到依赖项中，这样我们在执行执行this.person.age = 18，其set函数调用dep.notify触发watcher的update函数，实现person对象的监听。
get: function reactiveGetter () {
const value = getter ? getter.call(obj) : val
if (Dep.target) {
dep.depend()
...
}
return value
}
set: function reactiveSetter (newVal) {
...
dep.notify()
}4.总结
本文首先介绍Watcher从创建到最终组件渲染经历的流程，然后就"何时创建Watcher"、"Scheduler调度处理"、"Watcher更新"三部分作了详细介绍。通过"何时创建Watcher"了解到Vue在哪些地方会创建Watcher对象，"Scheduler调度处理"介绍了Vue如何通过微任务来执行wacher队列的更新，"Watcher更新"简单讲述了每一个watcher如何执行更新。由于篇幅原因，watcher的更新最终如何体现到视图的渲染，将在下一篇做具体介绍。篇幅有点长，能看到这里，说明大家对Vue是真爱。
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以上就是深入了解Vue中的Watcher和Scheduler的详细内容，更多请关注其它相关文章！