MVVM 框架解析之双向绑定

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MVVM 框架

近年来前端一个明显的开发趋势就是架构从传统的 MVC 模式向 MVVM 模式迁移。在传统的 MVC 下,当前前端和后端发生数据交互后会刷新整个页面,从而导致比较差的用户体验。因此我们通过 Ajax 的方式和网关 REST API 作通讯,异步的刷新页面的某个区块,来优化和提升体验。

MVVM 框架基本概念

在 MVVM 框架中,View(视图) 和 Model(数据) 是不可以直接通讯的,在它们之间存在着 ViewModel 这个中间介充当着观察者的角色。当用户操作 View(视图),ViewModel 感知到变化,然后通知 Model 发生相应改变;反之当 Model(数据) 发生改变,ViewModel 也能感知到变化,使 View 作出相应更新。这个一来一回的过程就是我们所熟知的双向绑定。

MVVM 框架的应用场景

MVVM 框架的好处显而易见:当前端对数据进行操作的时候,可以通过 Ajax 请求对数据持久化,只需改变 dom 里需要改变的那部分数据内容,而不必刷新整个页面。特别是在移动端,刷新页面的代价太昂贵。虽然有些资源会被缓存,但是页面的 dom、css、js 都会被浏览器重新解析一遍,因此移动端页面通常会被做成 SPA 单页应用。由此在这基础上诞生了很多 MVVM 框架,比如 React.js、Vue.js、Angular.js 等等。

MVVM 框架的简单实现

模拟 Vue 的双向绑定流,实现了一个简单的 MVVM 框架,从上图中可以看出虚线方形中就是之前提到的 ViewModel 中间介层,它充当着观察者的角色。另外可以发现双向绑定流中的 View 到 Model 其实是通过 input 的事件监听函数实现的,如果换成 React(单向绑定流) 的话,它在这一步交给状态管理工具(比如 Redux)来实现。另外双向绑定流中的 Model 到 View 其实各个 MVVM 框架实现的都是大同小异的,都用到的核心方法是 Object.defineProperty(),通过这个方法可以进行数据劫持,当数据发生变化时可以捕捉到相应变化,从而进行后续的处理。

Mvvm(入口文件) 的实现

一般会这样调用 Mvvm 框架

const vm = new Mvvm({
            el: '#app',
            data: {
              title: 'mvvm title',
              name: 'mvvm name'
            },
          })

但是这样子的话,如果要得到 title 属性就要形如 vm.data.title 这样取得,为了让 vm.title 就能获得 title 属性,从而在 Mvvm 的 prototype 上加上一个代理方法,代码如下:

function Mvvm (options) {
  this.data = options.data

  const self = this
  Object.keys(this.data).forEach(key =>
    self.proxyKeys(key)
  )
}

Mvvm.prototype = {
  proxyKeys: function(key) {
    const self = this
    Object.defineProperty(this, key, {
      get: function () { // 这里的 get 和 set 实现了 vm.data.title 和 vm.title 的值同步
        return self.data[key]
      },
      set: function (newValue) {
        self.data[key] = newValue
      }
    })
  }
}

实现了代理方法后,就步入主流程的实现

function Mvvm (options) {
  this.data = options.data
  // ...
  observe(this.data)
  new Compile(options.el, this)
}

observer(观察者) 的实现

observer 的职责是监听 Model(JS 对象) 的变化,最核心的部分就是用到了 Object.defineProperty() 的 get 和 set 方法,当要获取 Model(JS 对象) 的值时,会自动调用 get 方法;当改动了 Model(JS 对象) 的值时,会自动调用 set 方法;从而实现了对数据的劫持,代码如下所示。

let data = {
  number: 0
}

observe(data)

data.number = 1 // 值发生变化

function observe(data) {
  if (!data || typeof(data) !== 'object') {
    return
  }
  const self = this
  Object.keys(data).forEach(key =>
    self.defineReactive(data, key, data[key])
  )
}

function defineReactive(data, key, value) {
  observe(value) // 遍历嵌套对象
  Object.defineProperty(data, key, {
    get: function() {
      return value
    },
    set: function(newValue) {
      if (value !== newValue) {
        console.log('值发生变化', 'newValue:' + newValue + ' ' + 'oldValue:' + value)
        value = newValue
      }
    }
  })
}

运行代码,可以看到控制台输出 值发生变化 newValue:1 oldValue:0,至此就完成了 observer 的逻辑。

Dep(订阅者数组) 和 watcher(订阅者) 的关系

观测到变化后,我们总要通知给特定的人群,让他们做出相应的处理吧。为了更方便地理解,我们可以把订阅当成是订阅了一个微信公众号,当微信公众号的内容有更新时,那么它会把内容推送(update) 到订阅了它的人。

那么订阅了同个微信公众号的人有成千上万个,那么首先想到的就是要 new Array() 去存放这些人(html 节点)吧。于是就有了如下代码:

// observer.js
function Dep() {
  this.subs = [] // 存放订阅者
}

Dep.prototype = {
  addSub: function(sub) { // 添加订阅者
    this.subs.push(sub)
  },
  notify: function() { // 通知订阅者更新
    this.subs.forEach(function(sub) {
      sub.update()
    })
  }
}

function observe(data) {...}

function defineReactive(data, key, value) {
  var dep = new Dep()
  observe(value) // 遍历嵌套对象
  Object.defineProperty(data, key, {
    get: function() {
      if (Dep.target) { // 往订阅器添加订阅者
        dep.addSub(Dep.target)
      }
      return value
    },
    set: function(newValue) {
      if (value !== newValue) {
        console.log('值发生变化', 'newValue:' + newValue + ' ' + 'oldValue:' + value)
        value = newValue
        dep.notify()
      }
    }
  })
}

初看代码也比较顺畅了,但可能会卡在 Dep.targetsub.update,由此自然而然地将目光移向 watcher,

// watcher.js
function Watcher(vm, exp, cb) {
  this.vm = vm
  this.exp = exp
  this.cb = cb
  this.value = this.get()
}

Watcher.prototype = {
  update: function() {
    this.run()
  },

  run: function() {
    // ...
    if (value !== oldVal) {
      this.cb.call(this.vm, value) // 触发 compile 中的回调
    }
  },

  get: function() {
    Dep.target = this // 缓存自己
    const value = this.vm.data[this.exp] // 强制执行监听器里的 get 函数
    Dep.target = null // 释放自己
    return value
  }
}

从代码中可以看到当构造 Watcher 实例时,会调用 get() 方法,接着重点关注 const value = this.vm.data[this.exp] 这句,前面说了当要获取 Model(JS 对象) 的值时,会自动调用 Object.defineProperty 的 get 方法,也就是当执行完这句的时候,Dep.target 的值传进了 observer.js 中的 Object.defineProperty 的 get 方法中。同时也一目了然地在 Watcher.prototype 中发现了 update 方法,其作用即触发 compile 中绑定的回调来更新界面。至此解释了 Observer 中 Dep.target 和 sub.update 的由来。

来归纳下 Watcher 的作用,其充当了 observer 和 compile 的桥梁。

1 在自身实例化的过程中,往订阅器(dep) 中添加自己

2 当 model 发生变动,dep.notify() 通知时,其能调用自身的 update 函数,并触发 compile 绑定的回调函数实现视图更新

最后再来看下生成 Watcher 实例的 compile.js 文件。

compile(编译) 的实现

首先遍历解析的过程有多次操作 dom 节点,为提高性能和效率,会先将跟节点 el 转换成 fragment(文档碎片) 进行解析编译,解析完成,再将 fragment 添加回原来的真实 dom 节点中。代码如下:

function Compile(el, vm) {
  this.vm = vm
  this.el = document.querySelector(el)
  this.fragment = null
  this.init()
}

Compile.prototype = {
  init: function() {
    if (this.el) {
      this.fragment = this.nodeToFragment(this.el) // 将节点转为 fragment 文档碎片
      this.compileElement(this.fragment) // 对 fragment 进行编译解析
      this.el.appendChild(this.fragment)
    }
  },
  nodeToFragment: function(el) {
    const fragment = document.createDocumentFragment()
    let child = el.firstChild // △ 第一个 firstChild 是 text
    while(child) {
      fragment.appendChild(child)
      child = el.firstChild
    }
    return fragment
  },
  compileElement: function(el) {...},
}

这个简单的 mvvm 框架在对 fragment 编译解析的过程中对 {{}} 文本元素v-on:click 事件指令v-model 指令三种类型进行了相应的处理。

Compile.prototype = {
  init: function() {
    if (this.el) {
      this.fragment = this.nodeToFragment(this.el) // 将节点转为 fragment 文档碎片
      this.compileElement(this.fragment) // 对 fragment 进行编译解析
      this.el.appendChild(this.fragment)
    }
  },
  nodeToFragment: function(el) {...},
  compileElement: function(el) {...},
  compileText: function (node, exp) { // 对文本类型进行处理,将 {{abc}} 替换掉
    const self = this
    const initText = this.vm[exp]
    this.updateText(node, initText) // 初始化
    new Watcher(this.vm, exp, function(value) { // 实例化订阅者
      self.updateText(node, value)
    })
  },

  compileEvent: function (node, vm, exp, dir) { // 对事件指令进行处理
    const eventType = dir.split(':')[1]
    const cb = vm.methods && vm.methods[exp]

    if (eventType && cb) {
      node.addEventListener(eventType, cb.bind(vm), false)
    }
  },

  compileModel: function (node, vm, exp) { // 对 v-model 进行处理
    let val = vm[exp]
    const self = this
    this.modelUpdater(node, val)
    node.addEventListener('input', function (e) {
      const newValue = e.target.value
      self.vm[exp] = newValue // 实现 view 到 model 的绑定
    })
  },
}

在上述代码的 compileTest 函数中看到了期盼已久的 Watcher 实例化,对 Watcher 作用模糊的朋友可以往上回顾下 Watcher 的作用。另外在 compileModel 函数中看到了本文最开始提到的双向绑定流中的 View 到 Model 是借助 input 监听事件变化实现的。

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本文记录了些阅读 mvvm 框架源码关于双向绑定的心得,并动手实践了一个简版的 mvvm 框架,不足之处在所难免,欢迎指正。

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