Vue 响应式系统依赖收集过程原理解析

export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  if (opts.data) {
    initData(vm)
  } else {
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
}

/**
 * 尝试给这个值去创建一个 observer 实例，如果创建成功，返回新的 observer 
 * 或者如果值已经有了，返回一个现有的 observer
 * @param {*} value 
 * @param {boolean} asRootData 
 * @returns Observer | void
 */
export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  // 如果 value 已经有 observer，就返回现有的 observer
  // 否则如果不是服务器渲染，value是数组或者对象，value 是可扩展的，value 不是 vue 实例，就创建一个新的 observer
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    ob = new Observer(value)
  }
  // 如果是根组件，vmCount 不为0
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

/**
 * Observer 类和每个响应式对象关联。
 * observer 会转化对象的属性值的 getter/setters 方法收集依赖和派发更新。
 */
export class Observer {
  value: any;
  dep: Dep;
  vmCount: number; // number of vms that have this object as root $data

  constructor(value: any) {
    this.value = value
    this.dep = new Dep() // 存放 Observer 的 watcher 列表
    this.vmCount = 0
    def(value, '__ob__', this) // __ob__ 指向自身 observe 实例，存在 __ob__ 属性意味着已经被观察过
    // 如果是数组
    if (Array.isArray(value)) {
      // hasProto = '__proto__' in {} 判断对象是否存在 __proto__ 属性
      if (hasProto) {
        // 如果有 __proto__，就将 value.__proto__ 指向 arrayMethods
        protoAugment(value, arrayMethods)
      } else {
        // 否则，就遍历 arrayMethods，将值复制到 value 上
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      }
      this.observeArray(value) // 数组项遍历，给数组的每一项创建一个 observe 实例
    } else {
      this.walk(value) // 遍历所有的属性，修改 getter/setters
    }
  }

  // 遍历所有的属性，修改 getter/setters，这个方法只有在 value 是object时调用
  walk (obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }

  // 数组项遍历，给数组的每一项创建一个 observe 实例
  observeArray (items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

/**
 * 将 target.__proto__ 指向 src
 * 拦截原型链__proto__，来增强目标对象或数组
 * @param {*} target 
 * @param {Object} src 
 */
function protoAugment (target, src: Object) {
  /* eslint-disable no-proto */
  target.__proto__ = src
  /* eslint-enable no-proto */
}

/**
 * 遍历 key 属性值列表，将 src 中的 key 属性值逐一定义到 target 的属性中
 * 通过定义隐藏属性，来增强目标对象或数组
 * @param {Object} target 
 * @param {Object} src 
 * @param {Array<string>} keys 
 */
/* 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]) // // 为 target 定义 key 和值
  }
}

/**
 * 在对象上定义一个响应式的属性。
 * @param {Object} obj 
 * @param {string} key 
 * @param {*} val 
 * @param {*} customSetter 
 * @param {*} shallow 
 * @returns 
 */
export function defineReactive (
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  const dep = new Dep() // 为 Object 的 key 创建一个依赖类，会帮这个key 定义一个 id 和 subs(watcher 订阅者列表)

  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  // 获取 obj[key] 的属性描述符，发现它是不可配置对象的话直接 return
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  }

  // cater for pre-defined getter/setters
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  }
  // 对 obj[key] 进行观察，保证对象中的所有 key 都被观察
  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
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      // 旧的 obj[key]
      const value = getter ? getter.call(obj) : val
      // 如果新老值一样，则直接 return，不跟新更不触发响应式更新过程
      /* eslint-disable no-self-compare */
      if (newVal === value || (newVal !== newVal && value !== value)) {
        return
      }
      /* eslint-enable no-self-compare */
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && customSetter) {
        customSetter()
      }
      // setter 不存在说明该属性是一个只读属性，直接 return
      // #7981: for accessor properties without setter
      if (getter && !setter) return
      // 设置新值
      if (setter) {
        setter.call(obj, newVal)
      } else {
        val = newVal
      }
      // 对新值进行观察，让新值也是响应式的
      childOb = !shallow && observe(newVal)
      dep.notify() // 通知依赖的观察者更新
    }
  })
}

/**
 * 一个 dep 对应一个 object.key，每次 key 更新时调用 dep.notify()，
 * dep 下的 subs 存放 Watcher 列表，可以调用 dep.notify() 触发 watcher.update() 使 Watcher 列表更新。
 */
export default class Dep {
  static target: ?Watcher; // Dep 类的静态属性，可以使用 Dep.target 访问，内容是 Watcher
  id: number;
  subs: Array<Watcher>; // Watcher 组成的订阅列表

  constructor() {
    this.id = uid++
    this.subs = [] // watcher 订阅者列表
  }

  // 向订阅者列表中添加一个订阅者 Watcher
  addSub (sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  }

  // 从订阅者列表中删掉一个 Watcher
  removeSub (sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  }

  // 让全局唯一的 watcher 添加当前的依赖
  depend () {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  }

  // 通知订阅者列表触发更新
  notify () {
    // 用 slice() 方法拷贝一个 subs，不影响 this.subs
    const subs = this.subs.slice()
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
      // 如果不是运行异步，Watcher 列表不会在调度器中排序，我们需要去对他们进行排序以确保他们按顺序正确的调度
      subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
    }
    // 依次触发 Watcher.update()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}

Dep.target = null
const targetStack = []

// 在需要进行依赖收集的时候调用，设置 Dep.target = watcher
export function pushTarget (target: ?Watcher) {
  targetStack.push(target)
  Dep.target = target
}

// 依赖收集结束调用，设置 Dep.target 为对堆栈中前一个 watcher
export function popTarget () {
  targetStack.pop()
  Dep.target = targetStack[targetStack.length - 1]
}

/**
 * Watcher 解析一个表达式，收集依赖，当表达式发生改变时触发调度。Watcher 类用于 $watch() api 和指令。
 */
export default class Watcher {
  vm: Component;
  expression: string;
  cb: Function;
  id: number;
  deep: boolean;
  user: boolean;
  lazy: boolean;
  sync: boolean;
  dirty: boolean;
  active: boolean;
  deps: Array<Dep>; // deps 表示上一次添加的 Dep 实例数组
  newDeps: Array<Dep>; // newDeps 表示新添加的 Dep 实例数组
  depIds: SimpleSet;
  newDepIds: SimpleSet;
  before: ?Function;
  getter: Function;
  value: any;

  constructor( // 类实例化时传入的参数会用作构造函数的参数
    vm: Component,
    expOrFn: string | Function,
    cb: Function,
    options?: ?Object,
    isRenderWatcher?: boolean
  ) {
    this.vm = vm
    if (isRenderWatcher) {
      vm._watcher = this
    }
    vm._watchers.push(this)
    // options
    if (options) {
      this.deep = !!options.deep
      this.user = !!options.user
      this.lazy = !!options.lazy
      this.sync = !!options.sync
      this.before = options.before
    } else {
      this.deep = this.user = this.lazy = this.sync = false
    }
    this.cb = cb
    this.id = ++uid // uid for batching
    this.active = true
    this.dirty = this.lazy // for lazy watchers
    this.deps = []
    this.newDeps = []
    this.depIds = new Set()
    this.newDepIds = new Set()
    this.expression = process.env.NODE_ENV !== 'production'
      ? expOrFn.toString()
      : ''
    // parse expression for getter
    if (typeof expOrFn === 'function') {
      this.getter = expOrFn
    } else {
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = noop
        process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
          `Failed watching path: "${expOrFn}" ` +
          'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. ' +
          'For full control, use a function instead.',
          vm
        )
      }
    }
    this.value = this.lazy
      ? undefined
      : this.get()
  }
  // 一些原型方法
  // 以下是定义在 watcher 类原型对象上的方法，用 Watcher.prototype.get() 访问
  /**
   * Evaluate the getter, and re-collect dependencies.
   */
  get () {
    // 将 Dep.target 指向当前 watcher
    pushTarget(this)
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      // 让 vm 调用 this.getter，并传入 vm 作为参数
      // this.getter = expOrFn
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // 如果需要监听对象内部值的变化，那么调用 traverse 方法
      if (this.deep) {
        traverse(value) // 递归遍历 value 的每个属性， 确保每个属性都被监听
      }
      // 当前 vm 的数据依赖收集已经完成，恢复 Dep.target
      popTarget()
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }

  /**
   * Add a dependency to this directive.
   * 添加一个依赖：如果dep数组中没有dep.id，那么触发 dep 订阅当前 watcher
   */
  addDep (dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      this.newDepIds.add(id)
      this.newDeps.push(dep)
      if (!this.depIds.has(id)) {
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }

  /**
   * Clean up for dependency collection.
   * 清除依赖收集
   */
  cleanupDeps () {
    // 先保持 deps 和 newDepIds数量相同
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this) // 如果当前 dep 中没有 newDepIds，就移除它的订阅者列表
      }
    }
    // 更新 depIds、deps 为当前的 deps，然后清除 newDepIds 和 newDeps
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear()
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  /**
   * Subscriber interface.
   * Will be called when a dependency changes.
   */
  // 订阅者接口，当依赖改变时将会被调用
  update () {
    /* istanbul ignore else */
    if (this.lazy) {
      this.dirty = true
    } else if (this.sync) {
      this.run()
    } else {
      queueWatcher(this)
    }
  }

  /**
   * Scheduler job interface.
   * Will be called by the scheduler.
   */
  // 调度器工作接口，将会被调度器调用
  run () {
    if (this.active) {
      const value = this.get()
      if (
        value !== this.value ||
        // Deep watchers and watchers on Object/Arrays should fire even
        // when the value is the same, because the value may
        // have mutated.
        isObject(value) ||
        this.deep
      ) {
        // set new value
        const oldValue = this.value
        this.value = value
        if (this.user) {
          const info = `callback for watcher "${this.expression}"`
          invokeWithErrorHandling(this.cb, this.vm, [value, oldValue], this.vm, info)
        } else {
          this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
        }
      }
    }
  }

  /**
   * Evaluate the value of the watcher.
   * This only gets called for lazy watchers.
   */
  evaluate () {
    this.value = this.get()
    this.dirty = false
  }

  /**
   * Depend on all deps collected by this watcher.
   */
  depend () {
    let i = this.deps.length
    while (i--) {
      this.deps[i].depend()
    }
  }

  /**
   * Remove self from all dependencies' subscriber list.
   * 从所有依赖项的订阅者列表中删除 self
   */
  teardown () {
    if (this.active) {
      // remove self from vm's watcher list
      // this is a somewhat expensive operation so we skip it
      // if the vm is being destroyed.
      // 如果组件不是正在被销毁
      if (!this.vm._isBeingDestroyed) {
        remove(this.vm._watchers, this) // 从数组中删除一个项目。
      }
      let i = this.deps.length
      while (i--) {
        this.deps[i].removeSub(this)
      }
      this.active = false
    }
  }
}

callHook(vm, 'beforeMount')

updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}

new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
  before () {
    if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
      callHook(vm, 'beforeUpdate')
    }
  }
}, true /* isRenderWatcher */)

// this.getter = expOrFn = updateComponent()
value = this.getter.call(vm, vm)

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
},

popTarget()
this.cleanupDeps()