JavaScript进阶之深入理解数据双向绑定
前言
谈起当前前端最热门的进阶解数据双 js 框架，必少不了 Vue、入理React、向绑Angular，进阶解数据双对于大多数人来说，入理我们更多的向绑是在使用框架，对于框架解决痛点背后使用的进阶解数据双基本原理往往关注不多，近期在研读 Vue.js 源码，入理也在写源码解读的向绑系列文章。和多数源码解读的进阶解数据双文章不同的是，我会尝试从一个初级前端的入理角度入手，由浅入深去讲解源码实现思路和基本的向绑语法知识，通过一些基础事例一步步去实现一些小功能。进阶解数据双
本场 Chat 是入理系列 Chat 的开篇，我会首先讲解一下数据双向绑定的向绑基本原理，介绍对比一下三大框架的不同实现方式，同时会一步步完成一个简单的mvvm示例。读源码不是目的源码库，只是一种学习的方式，目的是在读源码的过程中提升自己，学习基本原理，拓展编码的思维方式。
模板引擎实现原理
对于页面渲染，一般分为服务器端渲染和浏览器端渲染。一般来说服务器端吐html页面的方式渲染速度更快、更利于SEO，但是浏览器端渲染更利于提高开发效率和减少维护成本，是一种相关舒服的前后端协作模式，后端提供接口，前端做视图和交互逻辑。前端通过Ajax请求数据然后拼接html字符串或者使用js模板引擎、数据驱动的框架如Vue进行页面渲染。
在ES6和Vue这类框架出现以前，前端绑定数据的方式是动态拼接html字符串和js模板引擎。模板引擎起到数据和视图分离的作用，模板对应视图，高防服务器关注如何展示数据，在模板外头准备的数据， 关注那些数据可以被展示。模板引擎的工作原理可以简单地分成两个步骤：模板解析 / 编译(Parse / Compile)和数据渲染(Render)两部分组成，当今主流的前端模板有三种方式：
String-based templating (基于字符串的parse和compile过程) Dom-based templating (基于Dom的link或compile过程) Living templating (基于字符串的parse 和 基于dom的compile过程)String-based templating
基于字符串的模板引擎，本质上依然是字符串拼接的形式，只是一般的库做了封装和优化，提供了更多方便的语法简化了我们的工作。基本原理如下：
典型的库：
art-template mustache.js doT之前的一篇文章中我介绍了js模板引擎的实现思路，感兴趣的朋友可以看看这里：JavaScript进阶学习(一)—— 基于正则表达式的简单js模板引擎实现。这篇文章中我们利用正则表达式实现了一个简单的js模板引擎，利用正则匹配查找出模板中{ { }}之间的内容，亿华云计算然后替换为模型中的数据，从而实现视图的渲染。
var template = function(tpl, data) { var re = /{ { (.+?)}}/g, cursor = 0, reExp = /(^( )?(var|if|for|else|switch|case|break|{ |}|;))(.*)?/g, code = var r=[];\n; // 解析html function parsehtml(line) { // 单双引号转义，换行符替换为空格,去掉前后的空格 line = line.replace(/(|")/g, \\$1).replace(/\n/g, ).replace(/(^\s+)|(\s+$)/g,""); code +=r.push(" + line + ");\n; } // 解析js代码 function parsejs(line) { // 去掉前后的空格 line = line.replace(/(^\s+)|(\s+$)/g,""); code += line.match(reExp)? line + \n : r.push( + this. + line + );\n; } // 编译模板 while((match = re.exec(tpl))!== null) { // 开始标签 { { 前的内容和结束标签 }} 后的内容 parsehtml(tpl.slice(cursor, match.index)); // 开始标签 { { 和 结束标签 }} 之间的内容 parsejs(match[1]); // 每一次匹配完成移动指针 cursor = match.index + match[0].length; } // ***一次匹配完的内容 parsehtml(tpl.substr(cursor, tpl.length - cursor)); code += return r.join("");; return new Function(code.replace(/[\r\t\n]/g, )).apply(data); }源代码：http://jsfiddle.net/zhaomenghuan/bw468orv/embedded/
现在ES6支持了模板字符串，我们可以用比较简单的代码就可以实现类似的功能：
const template = data => ` <p>name: ${ data.name}</p> <p>age: ${ data.profile.age}</p> <ul> ${ data.skills.map(skill => ` <li>${ skill}</li> `).join()} </ul>` const data = { name: zhaomenghuan, profile: { age: 24 }, skills: [html5, javascript, android] } document.body.innerHTML = template(data)Dom-based templating
Dom-based templating 则是从DOM的角度去实现数据的渲染，我们通过遍历DOM树，提取属性与DOM内容，然后将数据写入到DOM树中，从而实现页面渲染。一个简单的例子如下：
function MVVM(opt) { this.dom = document.querySelector(opt.el); this.data = opt.data || { }; this.renderDom(this.dom); } MVVM.prototype = { init: { sTag: { { , eTag: }} }, render: function (node) { var self = this; var sTag = self.init.sTag; var eTag = self.init.eTag; var matchs = node.textContent.split(sTag); if (matchs.length){ var ret = ; for (var i = 0; i < matchs.length; i++) { var match = matchs[i].split(eTag); if (match.length == 1) { ret += matchs[i]; } else { ret = self.data[match[0]]; } node.textContent = ret; } } }, renderDom: function(dom) { var self = this; var attrs = dom.attributes; var nodes = dom.childNodes; Array.prototype.forEach.call(attrs, function(item) { self.render(item); }); Array.prototype.forEach.call(nodes, function(item) { if (item.nodeType === 1) { return self.renderDom(item); } self.render(item); }); } } var app = new MVVM({ el: #app, data: { name: zhaomenghuan, age: 24, color: red } });源代码：http://jsfiddle.net/zhaomenghuan/6e3yg6Lq/embedded/
页面渲染的函数 renderDom 是直接遍历DOM树，而不是遍历html字符串。遍历DOM树节点属性(attributes)和子节点(childNodes)，然后调用渲染函数render。当DOM树子节点的类型是元素时，递归调用遍历DOM树的方法。根据DOM树节点类型一直遍历子节点，直到文本节点。
render的函数作用是提取{ { }}中的关键词，然后使用数据模型中的数据进行替换。我们通过textContent获取Node节点的nodeValue，然后使用字符串的split方法对nodeValue进行分割，提取{ { }}中的关键词然后替换为数据模型中的值。
DOM 的相关基础
注：元素类型对应NodeType
元素类型 NodeType 元素 1 属性 2 文本 3 注释 8 文档 9childNodes 属性返回包含被选节点的子节点的 NodeList。childNodes包含的不仅仅只有html节点，所有属性，文本、注释等节点都包含在childNodes里面。children只返回元素如input, span, script, div等，不会返回TextNode，注释。
数据双向绑定实现原理
js模板引擎可以认为是一个基于MVC的结构，我们通过建立模板作为视图，然后通过引擎函数作为控制器实现数据和视图的绑定，从而实现实现数据在页面渲染，但是当数据模型发生变化时，视图不能自动更新;当视图数据发生变化时，模型数据不能实现更新，这个时候双向数据绑定应运而生。检测视图数据更新实现数据绑定的方法有很多种，目前主要分为三个流派，Angular使用的是脏检查，只在特定的事件下才会触发视图刷新，Vue使用的是Getter/Setter机制，而React则是通过 Virtual DOM 算法检查DOM的变动的刷新机制。
本文限于篇幅和内容在此只探讨一下 Vue.js 数据绑定的实现，对于 angular 和 react 后续再做说明，读者也可以自行阅读源码。Vue 监听数据变化的机制是把一个普通 JavaScript 对象传给 Vue 实例的 data 选项，Vue 将遍历此对象所有的属性，并使用 Object.defineProperty 把这些属性全部转为 getter/setter。Vue 2.x 对 Virtual DOM 进行了支持，这部分内容后续我们再做探讨。
引子
为了更好的理解Vue中视图和数据更新的机制，我们先看一个简单的例子：
var o = { a: 0 } Object.defineProperty(o, "b", { get: function () { return this.a + 1; }, set: function (value) { this.a = value / 2; } }); console.log(o.a); // "0" console.log(o.b); // "1" // 更新o.a o.a = 5; console.log(o.a); // "5" console.log(o.b); // "6" // 更新o.b o.b = 10; console.log(o.a); // "5" console.log(o.b); // "6"这里我们可以看出对象o的b属性的值依赖于a属性的值，同时b属性值的变化又可以改变a属性的值，这个过程相关的属性值的变化都会影响其他相关的值进行更新。反过来我们看看如果不使用Object.defineProperty()方法，上述的问题通过直接给对象属性赋值的方法实现，代码如下
var o = { a: 0 } o.b = o.a + 1; console.log(o.a); // "0" console.log(o.b); // "1" // 更新o.a o.a = 5; o.b = o.a + 1; console.log(o.a); // "5" console.log(o.b); // "6" // 更新o.b o.b = 10; o.a = o.b / 2; o.b = o.a + 1; console.log(o.a); // "5" console.log(o.b); // "6"很显然使用Object.defineProperty()方法可以更方便的监听一个对象的变化。当我们的视图和数据任何一方发生变化的时候，我们希望能够通知对方也更新，这就是所谓的数据双向绑定。既然明白这个道理我们就可以看看Vue源码中相关的处理细节。
Object.defineProperty()
Object.defineProperty()方法可以直接在一个对象上定义一个新属性，或者修改一个已经存在的属性， 并返回这个对象。
语法：Object.defineProperty(obj, prop, descriptor)
参数：
obj：需要定义属性的对象。 prop：需被定义或修改的属性名。 descriptor：需被定义或修改的属性的描述符。返回值：返回传入函数的对象，即***个参数obj
该方法重点是描述，对象里目前存在的属性描述符有两种主要形式：数据描述符和存取描述符。数据描述符是一个拥有可写或不可写值的属性。存取描述符是由一对 getter-setter 函数功能来描述的属性。描述符必须是两种形式之一;不能同时是两者。
数据描述符和存取描述符均具有以下可选键值：
configurable：当且仅当该属性的 configurable 为 true 时，该属性才能够被改变，也能够被删除。默认为 false。 enumerable：当且仅当该属性的 enumerable 为 true 时，该属性才能够出现在对象的枚举属性中。默认为 false。数据描述符同时具有以下可选键值：
value：该属性对应的值。可以是任何有效的 JavaScript 值(数值，对象，函数等)。默认为 undefined。 writable：当且仅当仅当该属性的writable为 true 时，该属性才能被赋值运算符改变。默认为 false。存取描述符同时具有以下可选键值：
get：一个给属性提供 getter 的方法，如果没有 getter 则为 undefined。该方法返回值被用作属性值。默认为undefined。 set：一个给属性提供 setter 的方法，如果没有 setter 则为 undefined。该方法将接受唯一参数，并将该参数的新值分配给该属性。默认为undefined。我们可以通过Object.defineProperty()方法精确添加或修改对象的属性。比如，直接赋值创建的属性默认情况是可以枚举的，但是我们可以通过Object.defineProperty()方法设置enumerable属性为false为不可枚举。
var obj = { a: 0, b: 1 } for (var prop in obj) { console.log(`obj.${ prop} = ${ obj[prop]}`); }结果：
"obj.a = 0" "obj.b = 1"我们通过Object.defineProperty()修改如下：
var obj = { a: 0, b: 1 } Object.defineProperty(obj, b, { enumerable: false }) for (var prop in obj) { console.log(`obj.${ prop} = ${ obj[prop]}`); }结果：
"obj.a = 0"这里需要说明的是我们使用Object.defineProperty()默认情况下是enumerable属性为false，例如：
var obj = { a: 0 } Object.defineProperty(obj, b, { value: 1 }) for (var prop in obj) { console.log(`obj.${ prop} = ${ obj[prop]}`); }结果：
"obj.a = 0"其他描述属性使用方法类似，不做赘述。Vue源码core/util/lang.jsS中定义了这样一个方法：
/** * Define a property. */ export function def (obj: Object, key: string, val: any, enumerable?: boolean) { Object.defineProperty(obj, key, { value: val, enumerable: !!enumerable, writable: true, configurable: true }) }Object.getOwnPropertyDescriptor()
Object.getOwnPropertyDescriptor() 返回指定对象上一个自有属性对应的属性描述符。(自有属性指的是直接赋予该对象的属性，不需要从原型链上进行查找的属性)
语法：Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, prop)
参数：
obj：在该对象上查看属性 prop：一个属性名称，该属性的属性描述符将被返回返回值：如果指定的属性存在于对象上，则返回其属性描述符(property descriptor)，否则返回 undefined。可以访问“属性描述符”内容，例如前面的例子：
var o = { a: 0 } Object.defineProperty(o, "b", { get: function () { return this.a + 1; }, set: function (value) { this.a = value / 2; } }); var des = Object.getOwnPropertyDescriptor(o,b); console.log(des); console.log(des.get);Vue源码分析
本次我们主要分析一下Vue 数据绑定的源码，这里我直接将 Vue.js 1.0.28 版本的代码稍作删减拿过来进行，2.x 的代码基于 flow 静态类型检查器书写的，代码除了编码风格在整体结构上基本没有太大改动，所以依然基于 1.x 进行分析，对于存在差异的部分加以说明。
监听对象变动
// 观察者构造函数 function Observer (value) { this.value = value this.walk(value) } // 递归调用，为对象绑定getter/setter Observer.prototype.walk = function (obj) { var keys = Object.keys(obj) for (var i = 0, l = keys.length; i < l; i++) { this.convert(keys[i], obj[keys[i]]) } } // 将属性转换为getter/setter Observer.prototype.convert = function (key, val) { defineReactive(this.value, key, val) } // 创建数据观察者实例 function observe (value) { // 当值不存在或者不是对象类型时，不需要继续深入监听 if (!value || typeof value !== object) { return } return new Observer(value) } // 定义对象属性的getter/setter function defineReactive (obj, key, val) { var property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key) if (property && property.configurable === false) { return } // 保存对象属性预先定义的getter/setter var getter = property && property.get var setter = property && property.set var childOb = observe(val) Object.defineProperty(obj, key, { enumerable: true, configurable: true, get: function reactiveGetter () { var value = getter ? getter.call(obj) : val console.log("访问："+key) return value }, set: function reactiveSetter (newVal) { var value = getter ? getter.call(obj) : val if (newVal === value) { return } if (setter) { setter.call(obj, newVal) } else { val = newVal } // 对新值进行监听 childOb = observe(newVal) console.log(更新： + key + = + newVal) } }) }定义一个对象作为数据模型，并监听这个对象。
let data = { user: { name: zhaomenghuan, age: 24 }, address: { city: beijing } } observe(data) console.log(data.user.name) // 访问：user // 访问：name data.user.name = ZHAO MENGHUAN // 访问：user // 更新：name = ZHAO MENGHUAN效果如下：
监听数组变动
上面我们通过Object.defineProperty把对象的属性全部转为 getter/setter 从而实现监听对象的变动，但是对于数组对象无法通过Object.defineProperty实现监听。Vue 包含一组观察数组的变异方法，所以它们也将会触发视图更新。
const arrayProto = Array.prototype const arrayMethods = Object.create(arrayProto) function def(obj, key, val, enumerable) { Object.defineProperty(obj, key, { value: val, enumerable: !!enumerable, writable: true, configurable: true }) } // 数组的变异方法 ;[ push, pop, shift, unshift, splice, sort, reverse ] .forEach(function (method) { // 缓存数组原始方法 var original = arrayProto[method] def(arrayMethods, method, function mutator () { var i = arguments.length var args = new Array(i) while (i--) { args[i] = arguments[i] } console.log(数组变动) return original.apply(this, args) }) })Vue.js 1.x 在Array.prototype原型对象上添加了$set 和 $remove方法，在2.X后移除了，使用全局 API Vue.set 和 Vue.delete代替了，后续我们再分析。
定义一个数组作为数据模型，并对这个数组调用变异的七个方法实现监听。
let skills = [JavaScript, Node.js, html5] // 原型指针指向具有变异方法的数组对象 skills.__proto__ = arrayMethods skills.push(java) // 数组变动 skills.pop() // 数组变动效果如下：
我们将需要监听的数组的原型指针指向我们定义的数组对象，这样我们的数组在调用上面七个数组的变异方法时，能够监听到变动从而实现对数组进行跟踪。
对于__proto__属性，在ES2015中正式被加入到规范中，标准明确规定，只有浏览器必须部署这个属性，其他运行环境不一定需要部署，所以 Vue 是先进行了判断，当__proto__属性存在时将原型指针__proto__指向具有变异方法的数组对象，不存在时直接将具有变异方法挂在需要追踪的对象上。
我们可以在上面Observer观察者构造函数中添加对数组的监听，源码如下：
const hasProto = __proto__ in { } const arrayKeys = Object.getOwnPropertyNames(arrayMethods) // 观察者构造函数 function Observer (value) { this.value = value if (Array.isArray(value)) { var augment = hasProto ? protoAugment : copyAugment augment(value, arrayMethods, arrayKeys) this.observeArray(value) } else { this.walk(value) } } // 观察数组的每一项 Observer.prototype.observeArray = function (items) { for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) { observe(items[i]) } } // 将目标对象/数组的原型指针__proto__指向src function protoAugment (target, src) { target.__proto__ = src } // 将具有变异方法挂在需要追踪的对象上 function copyAugment (target, src, keys) { for (var i = 0, l = keys.length; i < l; i++) { var key = keys[i] def(target, key, src[key]) } }原型链
对于不了解原型链的朋友可以看一下我这里画的一个基本关系图：
Object.create
Object.create 使用指定的原型对象和其属性创建了一个新的对象。
const arrayProto = Array.prototype const arrayMethods = Object.create(arrayProto)这一步是通过 Object.create 创建了一个原型对象为Array.prototype的空对象。然后通过Object.defineProperty方法对这个对象定义几个变异的数组方法。有些新手可能会直接修改 Array.prototype 上的方法，这是很危险的行为，这样在引入的时候会全局影响Array 对象的方法，而使用Object.create实质上是完全了一份拷贝，新生成的arrayMethods对象的原型指针__proto__指向了Array.prototype，修改arrayMethods 对象不会影响Array.prototype。
基于这种原理，我们通常会使用Object.create 实现类式继承。
// 实现继承 var extend = function(Child, Parent) { // 拷贝Parent原型对象 Child.prototype = Object.create(Parent.prototype); // 将Child构造函数赋值给Child的原型对象 Child.prototype.constructor = Child; } // 实例 var Parent = function () { this.name = Parent; } Parent.prototype.getName = function () { return this.name; } var Child = function () { this.name = Child; } extend(Child, Parent); var child = new Child(); console.log(child.getName())发布-订阅模式
在上面一部分我们通过Object.defineProperty把对象的属性全部转为 getter/setter 以及 数组变异方法实现了对数据模型变动的监听，在数据变动的时候，我们通过console.log打印出来提示了，但是对于框架而言，我们相关的逻辑如果直接写在那些地方，自然是不够优雅和灵活的，这个时候就需要引入常用的设计模式去实现，vue.js采用了发布-订阅模式。发布-订阅模式主要是为了达到一种“高内聚、低耦合”的效果。
Vue的Watcher订阅者作为Observer和Compile之间通信的桥梁，能够订阅并收到每个属性变动的通知，执行指令绑定的相应回调函数，从而更新视图。
/** * 观察者对象 */ function Watcher(vm, expOrFn, cb) { this.vm = vm this.cb = cb this.depIds = { } if (typeof expOrFn === function) { this.getter = expOrFn } else { this.getter = this.parseExpression(expOrFn) } this.value = this.get() } /** * 收集依赖 */ Watcher.prototype.get = function () { // 当前订阅者(Watcher)读取被订阅数据的***更新后的值时，通知订阅者管理员收集当前订阅者 Dep.target = this // 触发getter，将自身添加到dep中 const value = this.getter.call(this.vm, this.vm) // 依赖收集完成，置空，用于下一个Watcher使用 Dep.target = null return value } Watcher.prototype.addDep = function (dep) { if (!this.depIds.hasOwnProperty(dep.id)) { dep.addSub(this) this.depIds[dep.id] = dep } } /** * 依赖变动更新 * * @param { Boolean} shallow */ Watcher.prototype.update = function () { this.run() } Watcher.prototype.run = function () { var value = this.get() if (value !== this.value) { var oldValue = this.value this.value = value // 将newVal, oldVal挂载到MVVM实例上 this.cb.call(this.vm, value, oldValue) } } Watcher.prototype.parseExpression = function (exp) { if (/[^\w.$]/.test(exp)) { return } var exps = exp.split(.) return function(obj) { for (var i = 0, len = exps.length; i < len; i++) { if (!obj) return obj = obj[exps[i]] } return obj } }Dep 是一个数据结构，其本质是维护了一个watcher队列，负责添加watcher，更新watcher，移除watcher，通知watcher更新。
let uid = 0 function Dep() { this.id = uid++ this.subs = [] } Dep.target = null /** * 添加一个订阅者 * * @param { Directive} sub */ Dep.prototype.addSub = function (sub) { this.subs.push(sub) } /** * 移除一个订阅者 * * @param { Directive} sub */ Dep.prototype.removeSub = function (sub) { let index = this.subs.indexOf(sub); if (index !== -1) { this.subs.splice(index, 1); } } /** * 将自身作为依赖添加到目标watcher */ Dep.prototype.depend = function () { Dep.target.addDep(this) } /** * 通知数据变更 */ Dep.prototype.notify = function () { var subs = toArray(this.subs) // stablize the subscriber list first for (var i = 0, l = subs.length; i < l; i++) { // 执行订阅者的update更新函数 subs[i].update() } }模板编译
compile主要做的事情是解析模板指令，将模板中的变量替换成数据，然后初始化渲染页面视图，并将每个指令对应的节点绑定更新函数，添加监听数据的订阅者，一旦数据有变动，收到通知，更新视图。
这种实现和我们讲到的Dom-based templating类似，只是更加完备，具有自定义指令的功能。在遍历节点属性和文本节点的时候，可以编译具备{ { }}表达式或v-xxx的属性值的节点，并且通过添加 new Watcher()及绑定事件函数，监听数据的变动从而对视图实现双向绑定。
MVVM实例
在数据绑定初始化的时候，我们需要通过new Observer()来监听数据模型变化，通过new Compile()来解析编译模板指令，并利用Watcher搭起Observer和Compile之间的通信桥梁。
/** * @class 双向绑定类 MVVM * @param { [type]} options [description] */ function MVVM(options) { this.$options = options || { } // 简化了对data的处理 let data = this._data = this.$options.data // 监听数据 observe(data) new Compile(options.el || document.body, this) } MVVM.prototype.$watch = function (expOrFn, cb) { new Watcher(this, expOrFn, cb) }为了能够直接通过实例化对象操作数据模型，我们需要为MVVM实例添加一个数据模型代理的方法：
MVVM.prototype._proxy = function (key) { Object.defineProperty(this, key, { configurable: true, enumerable: true, get: () => this._data[key], set: (val) => { this._data[key] = val } }) }至此我们可以通过一个小例子来说明本文的内容：
<div id="app"> <h3>{ { user.name}}</h3> <input type="text" v-model="modelValue"> <p>{ { modelValue}}</p> </div> <script> let vm = new MVVM({ el: #app, data: { modelValue: , user: { name: zhaomenghuan, age: 24 }, address: { city: beijing }, skills: [JavaScript, Node.js, html5] } }) vm.$watch(modelValue, val => console.log(`watch modelValue ：${ val}`)) </script>本文目的不是为了造一个轮子，而是在学习优秀框架实现的过程中去提升自己，搞清楚框架发展的前因后果，由浅及深去学习基础，本文参考了网上很多优秀博主的文章，由于时间关系，有些内容没有做深入探讨，觉得还是有些遗憾，在后续的学习中会更多的独立思考，提出更多自己的想法。
参考文档
前端模板技术面面观 Object.defineProperty() Vue.js 源码学习笔记 vue早期源码学习系列 解析最简单的observer和watcher 剖析Vue实现原理 – 如何实现双向绑定mvvm