Vue源码分析—响应式原理(四)
nextTick
JS 运行机制
JS 执行是单线程的，它是基于事件循环的。事件循环大致分为以下几个步骤：
- 所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（
execution context stack）。 - 主线程之外，还存在一个"任务队列"（
task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。 - 一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
- 主线程不断重复上面的第三步。
主线程的执行过程就是一个tick，而所有的异步结果都是通过 “任务队列” 来调度。 消息队列中存放的是一个个的任务（task）。 规范中规定task分为两大类，分别是macro task和micro task，并且每个macro task结束后，都要清空所有的micro task。
简单通过一段代码演示他们的执行顺序：
for (macroTask of macroTaskQueue) {
// 1\. Handle current MACRO-TASK
handleMacroTask();
// 2\. Handle all MICRO-TASK
for (microTask of microTaskQueue) {
handleMicroTask(microTask);
}
}
在浏览器环境中，常见的macro task有setTimeout、MessageChannel、postMessage、setImmediate；常见的micro task有MutationObsever和Promise.then。
Vue 的实现
在Vue源码 2.5+ 后，nextTick 的实现单独有一个JS文件来维护它。接下来我们来看一下它的实现，在src/core/util/next-tick.js中：
import { noop } from 'shared/util'
import { handleError } from './error'
import { isIOS, isNative } from './env'
const callbacks = []
let pending = false
function flushCallbacks () {
pending = false
const copies = callbacks.slice(0)
callbacks.length = 0
for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
copies[i]()
}
}
// Here we have async deferring wrappers using both microtasks and (macro) tasks.
// In < 2.4 we used microtasks everywhere, but there are some scenarios where
// microtasks have too high a priority and fire in between supposedly
// sequential events (e.g. #4521, #6690) or even between bubbling of the same
// event (#6566). However, using (macro) tasks everywhere also has subtle problems
// when state is changed right before repaint (e.g. #6813, out-in transitions).
// Here we use microtask by default, but expose a way to force (macro) task when
// needed (e.g. in event handlers attached by v-on).
let microTimerFunc
let macroTimerFunc
let useMacroTask = false
// Determine (macro) task defer implementation.
// Technically setImmediate should be the ideal choice, but it's only available
// in IE. The only polyfill that consistently queues the callback after all DOM
// events triggered in the same loop is by using MessageChannel.
/* istanbul ignore if */
if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
macroTimerFunc = () => {
setImmediate(flushCallbacks)
}
} else if (typeof MessageChannel !== 'undefined' && (
isNative(MessageChannel) ||
// PhantomJS
MessageChannel.toString() === '[object MessageChannelConstructor]'
)) {
const channel = new MessageChannel()
const port = channel.port2
channel.port1.onmessage = flushCallbacks
macroTimerFunc = () => {
port.postMessage(1)
}
} else {
/* istanbul ignore next */
macroTimerFunc = () => {
setTimeout(flushCallbacks, 0)
}
}
// Determine microtask defer implementation.
/* istanbul ignore next, $flow-disable-line */
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
const p = Promise.resolve()
microTimerFunc = () => {
p.then(flushCallbacks)
// in problematic UIWebViews, Promise.then doesn't completely break, but
// it can get stuck in a weird state where callbacks are pushed into the
// microtask queue but the queue isn't being flushed, until the browser
// needs to do some other work, e.g. handle a timer. Therefore we can
// "force" the microtask queue to be flushed by adding an empty timer.
if (isIOS) setTimeout(noop)
}
} else {
// fallback to macro
microTimerFunc = macroTimerFunc
}
/**
* Wrap a function so that if any code inside triggers state change,
* the changes are queued using a (macro) task instead of a microtask.
*/
export function withMacroTask (fn: Function): Function {
return fn._withTask || (fn._withTask = function () {
useMacroTask = true
const res = fn.apply(null, arguments)
useMacroTask = false
return res
})
}
export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
let _resolve
callbacks.push(() => {
if (cb) {
try {
cb.call(ctx)
} catch (e) {
handleError(e, ctx, 'nextTick')
}
} else if (_resolve) {
_resolve(ctx)
}
})
if (!pending) {
pending = true
if (useMacroTask) {
macroTimerFunc()
} else {
microTimerFunc()
}
}
// $flow-disable-line
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(resolve => {
_resolve = resolve
})
}
}
next-tick.js申明了microTimerFunc和macroTimerFunc2个变量，它们分别对应的是micro task的函数和macro task的函数。对于macro task的实现，优先检测是否支持原生setImmediate，这是一个高版本IE和Edge才支持的特性，不支持的话再去检测是否支持原生的MessageChannel，如果也不支持的话就会降级为setTimeout 0；而对于micro task的实现，则检测浏览器是否原生支持Promise，不支持的话直接指向macro task的实现。
next-tick.js对外暴露了2个函数，先来看nextTick，它的逻辑也很简单，把传入的回调函数cb压入callbacks数组，最后一次性地根据useMacroTask条件执行macroTimerFunc或者是microTimerFunc，而它们都会在下一个tick执行flushCallbacks，flushCallbacks的逻辑非常简单，对callbacks遍历，然后执行相应的回调函数。
这里使用callbacks而不是直接在nextTick中执行回调函数的原因是保证在同一个tick内多次执行nextTick，不会开启多个异步任务，而把这些异步任务都压成一个同步任务，在下一个tick执行完毕。
nextTick函数最后还有一段逻辑：
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(resolve => {
_resolve = resolve
})
}
这是当nextTick不传cb参数的时候，提供一个Promise化的调用，比如：
nextTick().then(() => {})
当_resolve函数执行，就会跳到then的逻辑中。
next-tick.js还对外暴露了withMacroTask函数，它是对函数做一层包装，确保函数执行过程中对数据任意的修改，触发变化执行nextTick 的时候强制走macroTimerFunc。比如对于一些DOM交互事件，如v-on绑定的事件回调函数的处理，会强制走macro task。
总结
数据的变化到DOM的重新渲染是一个异步过程，发生在下一个tick。这就是我们平时在开发的过程中，比如从服务端接口去获取数据的时候，数据做了修改，如果我们的某些方法去依赖了数据修改后的DOM变化，我们就必须在nextTick后执行。比如下面的伪代码：
getData(res).then(()=>{
this.xxx = res.data
this.$nextTick(() => {
// 这里我们可以获取变化后的 DOM
})
})
Vue.js提供了2种调用nextTick的方式，一种是全局 API Vue.nextTick，一种是实例上的方法vm.$nextTick，无论我们使用哪一种，最后都是调用next-tick.js中实现的nextTick方法。
检测变化的注意事项
对象添加属性
对于使用Object.defineProperty实现响应式的对象，当我们去给这个对象添加一个新的属性的时候，是不能够触发它的setter的，比如：
var vm = new Vue({
data:{
a:1
}
})
// vm.b 是非响应的
vm.b = 2
但是添加新属性的场景我们在平时开发中会经常遇到，那么Vue为了解决这个问题，定义了一个全局 API Vue.set方法，它在 src/core/global-api/index.js 中初始化：
Vue.set = set
这个set方法的定义在 src/core/observer/index.js 中：
/**
* Set a property on an object. Adds the new property and
* triggers change notification if the property doesn't
* already exist.
*/
export function set (target: Array<any> | Object, key: any, val: any): any {
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
(isUndef(target) || isPrimitive(target))
) {
warn(`Cannot set reactive property on undefined, null, or primitive value: ${(target: any)}`)
}
if (Array.isArray(target) && isValidArrayIndex(key)) {
target.length = Math.max(target.length, key)
target.splice(key, 1, val)
return val
}
if (key in target && !(key in Object.prototype)) {
target[key] = val
return val
}
const ob = (target: any).__ob__
if (target._isVue || (ob && ob.vmCount)) {
process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
'Avoid adding reactive properties to a Vue instance or its root $data ' +
'at runtime - declare it upfront in the data option.'
)
return val
}
if (!ob) {
target[key] = val
return val
}
defineReactive(ob.value, key, val)
ob.dep.notify()
return val
}
set方法接收3个参数，target可能是数组或者是普通对象，key代表的是数组的下标或者是对象的键值，val代表添加的值。首先判断如果target是数组且key是一个合法的下标，则之前通过splice去添加进数组然后返回，这里的splice其实已经不仅仅是原生数组的splice了。接着又判断key已经存在于target中，则直接赋值返回，因为这样的变化是可以观测到了。接着再获取到target.__ob__并赋值给ob，它是在Observer的构造函数执行的时候初始化的，表示Observer的一个实例，如果它不存在，则说明target不是一个响应式的对象，则直接赋值并返回。最后通过defineReactive(ob.value, key, val)把新添加的属性变成响应式对象，然后再通过ob.dep.notify()手动的触发依赖通知，还记得我们在给对象添加getter的时候有这么一段逻辑：
export function defineReactive (
obj: Object,
key: string,
val: any,
customSetter?: ?Function,
shallow?: boolean
) {
// ...
let childOb = !shallow && observe(val)
Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get: function reactiveGetter () {
const value = getter ? getter.call(obj) : val
if (Dep.target) {
dep.depend()
if (childOb) {
childOb.dep.depend()
if (Array.isArray(value)) {
dependArray(value)
}
}
}
return value
},
// ...
})
}
在getter过程中判断了childOb，并调用了childOb.dep.depend()收集了依赖，这就是为什么执行Vue.set的时候通过ob.dep.notify() 能够通知到watcher，从而让添加新的属性到对象也可以检测到变化。这里如果value是个数组，那么就通过dependArray 把数组每个元素也去做依赖收集。
数组
接着说一下数组的情况，Vue也是不能检测到以下变动的数组：
1.当你利用索引直接设置一个项时，例如：vm.items[indexOfItem] = newValue
2.当你修改数组的长度时，例如：vm.items.length = newLength
对于第一种情况，可以使用：Vue.set(example1.items, indexOfItem, newValue)；而对于第二种情况，可以使用vm.items.splice(newLength)。
我们刚才也分析到，对于Vue.set的实现，当target是数组的时候，也是通过target.splice(key, 1, val)来添加的，那么这里的splice到底有什么黑魔法，能让添加的对象变成响应式的呢。
在通过observe方法去观察对象的时候会实例化Observer，在它的构造函数中是专门对数组做了处理，它的定义在src/core/observer/index.js中。
export class Observer {
constructor (value: any) {
this.value = value
this.dep = new Dep()
this.vmCount = 0
def(value, '__ob__', this)
if (Array.isArray(value)) {
const augment = hasProto
? protoAugment
: copyAugment
augment(value, arrayMethods, arrayKeys)
this.observeArray(value)
} else {
// ...
}
}
}
这里我们只需要关注value是Array的情况，首先获取augment，这里的hasProto实际上就是判断对象中是否存在__proto__，如果存在则augment指向protoAugment， 否则指向copyAugment，来看一下这两个函数的定义：
/**
* Augment an target Object or Array by intercepting
* the prototype chain using __proto__
*/
function protoAugment (target, src: Object, keys: any) {
/* eslint-disable no-proto */
target.__proto__ = src
/* eslint-enable no-proto */
}
/**
* Augment an target Object or Array by defining
* hidden properties.
*/
/* istanbul ignore next */
function copyAugment (target: Object, src: Object, keys: Array<string>) {
for (let i = 0, l = keys.length; i < l; i++) {
const key = keys[i]
def(target, key, src[key])
}
}
protoAugment方法是直接把target.__proto__原型直接修改为src，而copyAugment方法是遍历keys，通过def，也就是Object.defineProperty去定义它自身的属性值。对于大部分现代浏览器都会走到protoAugment，那么它实际上就把 value 的原型指向了arrayMethods，arrayMethods的定义在src/core/observer/array.js中：
import { def } from '../util/index'
const arrayProto = Array.prototype
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto)
const methodsToPatch = [
'push',
'pop',
'shift',
'unshift',
'splice',
'sort',
'reverse'
]
/**
* Intercept mutating methods and emit events
*/
methodsToPatch.forEach(function (method) {
// cache original method
const original = arrayProto[method]
def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
const result = original.apply(this, args)
const ob = this.__ob__
let inserted
switch (method) {
case 'push':
case 'unshift':
inserted = args
break
case 'splice':
inserted = args.slice(2)
break
}
if (inserted) ob.observeArray(inserted)
// notify change
ob.dep.notify()
return result
})
})
可以看到，arrayMethods首先继承了Array，然后对数组中所有能改变数组自身的方法，如push、pop等这些方法进行重写。重写后的方法会先执行它们本身原有的逻辑，并对能增加数组长度的3个方法push、unshift、splice方法做了判断，获取到插入的值，然后把新添加的值变成一个响应式对象，并且再调用ob.dep.notify()手动触发依赖通知，这就很好地解释了之前的示例中调用vm.items.splice(newLength)方法可以检测到变化。
