Vue.js设计与实现之watch属性的实现

1.写在前面

2.watch的实现原理

watch本质就是去观测一个响应式数据，当数据变化时通知并执行相应的回调函数。watch的实现本质和computed类似，基于effect函数和options.scheduler选项。

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const data = {
  name:"pingping",
  age:18,
  flag:true
};

const state = new Proxy(data,{
  /*...*/
})

watch(state,()=>{
  console.log("数据变化了呀...");
});

//在响应数据的age值被修改了，就会导致回调函数执行
state.age++;

watch函数的实现代码如下所示，副作用函数存在scheduler选项中，当响应数据发生变化时，会触发scheduler调度函数执行，而非直接触发副作用函数执行。

//watch 函数接收source响应数据和回调函数cb
function watch(source, cb){
  effect(
    //触发读取操作，建立联系
    ()=>source.age,
    {
      scheduler(){
        // 当数据发生变化，调用回调函数cb
        cb();
      }
    }
  )
}

上面代码片段中，我们在使用watch对数据进行监听时，只能对soure.age的变化进行观测，不具有通用性，对此需要进行进一步封装。

function watch(source, cb){
  effect(
    //调用traverse函数递归读取操作，建立联系
    ()=>traverse(source),
    {
      scheduler(){
        // 当数据发生变化，调用回调函数cb
        cb();
      }
    }
  )
}
const isObject = (value:any) => typeof value === "object" && value !== null;

function traverse(value, seen = new Set()){
  //如果读取的数据是原始值，或已经读取过响应数据，则什么也不做
  if(!isObject(value) || seen.has(value)) return;
  //将数据添加到seen中，表示遍历读取过数据，避免循环引用导致死循环
  seen.add(value);
  //对数据对象进行遍历递归读取，用于依赖收集
  for(const k in value){
    traverse(value[k],seen);
  }
  return value;
}

在上面代码中，单独封装了一个递归函数traverse可以对响应数据进行遍历递归读取操作，这样就可以读取到对象的上所有属性，从而监听任意属性值发生变化时都能够触发回调函数。

事实上，使用watch进行数据观测时，不仅可以观测响应数据，还可以观测getter函数。那么，我们只需要先对输入的被观测数据判断数据类型是否为function，如果是则赋值给getter，否则还是监听响应式数据。

function watch(source,cb){
    let getter;
    if(typeof source === "function"){ // 如果是函数表示是getter，可以直接赋值
       getter = source;
    }else{
       getter = () => traverse(source)// 包装成effect对应的effectFn, 函数内部进行遍历达到依赖收集的目的
    }
    let oldValue, newValue;
    const effectFn = effect(
      ()=>getter(),
      {
        //开启lazy选项，将返回值存储到effectFn中以便于之后手动调用
        lazy: true,
        scheduler(){
          newValue = effectFn(); // 值变化时再次运行effect函数,获取新值
          cb(newValue,oldValue);
          //更新旧值，不然下次得到的是错误的旧值
          oldValue = newValue;
        }
      }
    )
    //手动调用副作用函数，拿到的值是旧值
    oldValue = effectFn();
}

其实，上面代码中充分了利用了lazy选项的特性，利用其创建一个懒执行的effect。通过手动执行effectFn函数得到的返回值是旧值，当数据变化并触发scheduler调度器执行时，会重新执行effectFn函数并且得到新值。

这样，我们获取到了数据变化前后的新值和旧值，可以将其作为参数传递给回调函数cb，在变化执行副作用函数后需要将新值赋值给oldValue，方便后续执行计算，否则后续变更会获取到错误的旧值。

写个demo使用下：

watch(
  ()=>state.age,
  (newValue, oldValue)=>{
      console.log(newValue, oldValue);
  }
)

state.age++

3.立即执行的watch与回调执行时机

watch本质上对effect的二次封装，其具有两个特性：立即执行的回调函数、回调函数的执行时机。

立即执行的回调函数

立即执行的回调函数，默认情况下，一个watch的回调函数只会在响应数据发生变化时才执行，但是在Vue.js中可以通过options.immediate来指定回调是否立即执行。

当options.immediate存在且为true时，回调函数在该watch创建时立即执行一次。事实上，回调函数的立即执行和后续执行在本质上区别不大，对此可以将其调度器scheduler进行封装为通用函数，通过options.immediate的存在与否判断是在初始化还是变更时进行执行。

function watch(source, cb, options={}){
  let getter;
  if(type === "function"){
    getter = source;
  }else{
    getter = ()=>traverse(source);
  }
  
  let oldValue, newValue;
  
  // 提取调度函数为独立的函数
  const scheduler = ()=>{
    newValue = effectFn(); // 值变化时再次运行effect函数,获取新值
    cb(newValue,oldValue);
    //更新旧值，不然下次得到的是错误的旧值
    oldValue = newValue;
  }
  
  const effectFn = effect(
    ()=>getter(),
    {
      //开启lazy选项，将返回值存储到effectFn中以便于之后手动调用
      lazy: true,
      scheduler: scheduler
    }
  )
  if(options.immediate){
    //当immediate为true时，立即执行scheduler函数从而触发回调执行
    scheduler()
  }else{
    //手动调用副作用函数，拿到的值是旧值
    oldValue = effectFn();
  }
}

上面代码中，回调函数是立即执行的，在第一次回调函数执行时没有所谓的旧值，此时回调函数的oldValue值是undefined。

回调函数的执行时机

当然，除了上面的可以指定回调函数为立即执行外，还可以通过options参数来指定回调函数的执行时机。在Vue.js3中可以通过flush选项来指定调度函数的执行时机，当flush的值为"post"时，表示调度函数需要将副作用函数放在微任务队列中，等待DOM更新结束后执行。

function watch(source, cb, options={}){
  let getter;
  if(type === "function"){
    getter = source;
  }else{
    getter = ()=>traverse(source);
  }
  
  let oldValue, newValue;
  
  // 提取调度函数为独立的函数
  const obj = ()=>{
    newValue = effectFn(); // 值变化时再次运行effect函数,获取新值
    cb(newValue,oldValue);
    //更新旧值，不然下次得到的是错误的旧值
    oldValue = newValue;
  }
  
  const effectFn = effect(
    ()=>getter(),
    {
      //开启lazy选项，将返回值存储到effectFn中以便于之后手动调用
      lazy: true,
      scheduler(){
        if(options.flush === "post"){
          const p = Promise.resolve();
          p.then(obj);
        }else{
          obj();
        }
      }
    }
  )
  if(options.immediate){
    //当immediate为true时，立即执行scheduler函数从而触发回调执行
    scheduler()
  }else{
    //手动调用副作用函数，拿到的值是旧值
    oldValue = effectFn();
  }
}

其实就是根据options.flush是否等于"post"，来实现是否需要将obj函数进行异步处理。

4.过期的副作用函数和cleanup

在讲到watch过期的副作用函数，就要提到在多进程或多线程编程中经常被提及的竞态问题。在下面代码片段中，使用watch观测state对象的变化，每次state对象发生变化时都会发送网络请求。

let finalData;

watch(state, async ()=>{
  //发送等待网络请求
  const res = await fetch("/user/info");
  finalData = res;
})

在上面代码看起来是没啥问题，但其实会发生竞态问题，在第一次修改state对象的字段值后，会导致回调执行，同时发送第一次请求A;在A请求返回结果之前，我们继续修改state的字段值，同时发送第二次请求B。但是请求A和请求B谁的结果先返回，我们并不知道?

将A的请求结果覆盖B的请求结果

在理论分析下，我们先后发送A、B请求，按道理应该是先返回A，再返回B请求的结果。这是因为请求A是副作用函数第一次执行产生的副作用，而请求B是副作用函数第二次执行产生的副作用。请求B在请求A后发生，请求A应当在这之前就过期了，返回的结果应该是无效的。

但是，在前面没有对watch的执行时机进行调度的情况下，就会发生请求A的值后返回覆盖B请求返回值的错误。

要想解决这种问题，我们只需要提供一个副作用过期的手段即可。事实上，watch函数的回调函数可以传入第三个参数onInvalidate函数，让其注册一个回调在当前副作用函数过期时执行：

function watch(source, cb, options={}){
  let getter;
  if(type === "function"){
    getter = source;
  }else{
    getter = ()=>traverse(source);
  }
  
  let oldValue, newValue;
  
  let cleanupFn;//用于存储用户注册的过期回调
  //定义onInvalidate函数
  const onInvalidate = (fn)=>{
    //将过期的回调函数存储到cleanupFn中
    fn();
  }
  
  // 提取调度函数为独立的函数
  const obj = ()=>{
    newValue = effectFn(); // 值变化时再次运行effect函数,获取新值
    
    //在调用回调函数cb之前，先调用过期的回调函数
    if(cleanupFn){
      cleanupFn();
    }
    cb(newValue,oldValue,onInvalidate);
    //更新旧值，不然下次得到的是错误的旧值
    oldValue = newValue;
  }
  
  const effectFn = effect(
    ()=>getter(),
    {
      //开启lazy选项，将返回值存储到effectFn中以便于之后手动调用
      lazy: true,
      scheduler(){
        if(options.flush === "post"){
          const p = Promise.resolve();
          p.then(obj);
        }else{
          obj();
        }
      }
    }
  )
  if(options.immediate){
    //当immediate为true时，立即执行scheduler函数从而触发回调执行
    scheduler()
  }else{
    //手动调用副作用函数，拿到的值是旧值
    oldValue = effectFn();
  }
}

在上面代码片段中，定义变量存储用户通过onInvalidate函数注册的回调函数，将过期的回调赋值给cleanupFn，在job函数中每次执行回调函数cb前都会检查是否存在过期回调。存在过期回调则执行cleanupFn函数清理，最后将onInvalidate返回给用户使用。

写个demo实践下：

watch(state, async (newValue, oldValue, onInvalidate)=>{
  let expired = false;
  onInvalidate(()=>{
    expired = true;
  })
  
  const res = await fetch("/user/info");
  
  if(!expired){
    finaleData = res;
  }
});

//第一次修改
state.age++;
setTimeout(()=>{
  state.age++;
},200)

示意图如下：

请求过期

5.写在最后

本文中，讨论了watch函数是如何利用副作用函数和options进行封装实现的，也通过调度函数去控制回调函数的立即执行和执行时机，还可以解决竞态问题。

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