前言
本文分享 12 道 vue 高频原理面试题,覆盖了 vue 核心实现原理,其实一个框架的实现原理一篇文章是不可能说完的,希望通过这 12 道问题,让读者对自己的 Vue 掌握程度有一定的认识(B 数),从而弥补自己的不足,更好的掌握 Vue ❤️
1. Vue 响应式原理
核心实现类:
Observer : 它的作用是给对象的属性添加 getter 和 setter,用于依赖收集和派发更新
Dep : 用于收集当前响应式对象的依赖关系,每个响应式对象包括子对象都拥有一个 Dep 实例(里面 subs 是 Watcher 实例数组),当数据有变更时,会通过 dep.notify()通知各个 watcher。
Watcher : 观察者对象 , 实例分为渲染 watcher (render watcher),计算属性 watcher (computed watcher),侦听器 watcher(user watcher)三种
Watcher 和 Dep 的关系
watcher 中实例化了 dep 并向 dep.subs 中添加了订阅者,dep 通过 notify 遍历了 dep.subs 通知每个 watcher 更新。
依赖收集
-
initState 时,对 computed 属性初始化时,触发 computed watcher 依赖收集
-
initState 时,对侦听属性初始化时,触发 user watcher 依赖收集
-
render()的过程,触发 render watcher 依赖收集
-
re-render 时,vm.render()再次执行,会移除所有 subs 中的 watcer 的订阅,重新赋值。
派发更新
-
组件中对响应的数据进行了修改,触发 setter 的逻辑
-
调用 dep.notify()
-
遍历所有的 subs(Watcher 实例),调用每一个 watcher 的 update 方法。
原理
当创建 Vue 实例时,vue 会遍历 data 选项的属性,利用 Object.defineProperty 为属性添加 getter 和 setter 对数据的读取进行劫持(getter 用来依赖收集,setter 用来派发更新),并且在内部追踪依赖,在属性被访问和修改时通知变化。
每个组件实例会有相应的 watcher 实例,会在组件渲染的过程中记录依赖的所有数据属性(进行依赖收集,还有 computed watcher,user watcher 实例),之后依赖项被改动时,setter 方法会通知依赖与此 data 的 watcher 实例重新计算(派发更新),从而使它关联的组件重新渲染。
一句话总结:
vue.js 采用数据劫持结合发布-订阅模式,通过 Object.defineproperty 来劫持各个属性的 setter,getter,在数据变动时发布消息给订阅者,触发响应的监听回调
2. computed 的实现原理
computed 本质是一个惰性求值的观察者。
computed 内部实现了一个惰性的 watcher,也就是 computed watcher,computed watcher 不会立刻求值,同时持有一个 dep 实例。
其内部通过 this.dirty 属性标记计算属性是否需要重新求值。
当 computed 的依赖状态发生改变时,就会通知这个惰性的 watcher,
computed watcher 通过 this.dep.subs.length 判断有没有订阅者,
有的话,会重新计算,然后对比新旧值,如果变化了,会重新渲染。 (Vue 想确保不仅仅是计算属性依赖的值发生变化,而是当计算属性最终计算的值发生变化时才会触发渲染 watcher 重新渲染,本质上是一种优化。)
没有的话,仅仅把 this.dirty = true。 (当计算属性依赖于其他数据时,属性并不会立即重新计算,只有之后其他地方需要读取属性的时候,它才会真正计算,即具备 lazy(懒计算)特性。)
3. computed 和 watch 有什么区别及运用场景?
区别
computed 计算属性 : 依赖其它属性值,并且 computed 的值有缓存,只有它依赖的属性值发生改变,下一次获取 computed 的值时才会重新计算 computed 的值。
watch 侦听器 : 更多的是「观察」的作用,无缓存性,类似于某些数据的监听回调,每当监听的数据变化时都会执行回调进行后续操作。
运用场景
运用场景:
当我们需要进行数值计算,并且依赖于其它数据时,应该使用 computed,因为可以利用 computed 的缓存特性,避免每次获取值时,都要重新计算。
当我们需要在数据变化时执行异步或开销较大的操作时,应该使用 watch,使用 watch 选项允许我们执行异步操作 ( 访问一个 API ),限制我们执行该操作的频率,并在我们得到最终结果前,设置中间状态。这些都是计算属性无法做到的。
4. 为什么在 Vue3.0 采用了 Proxy,抛弃了 Object.defineProperty?
Object.defineProperty 本身有一定的监控到数组下标变化的能力,但是在 Vue 中,从性能/体验的性价比考虑,尤大大就弃用了这个特性(Vue 为什么不能检测数组变动 )。为了解决这个问题,经过 vue 内部处理后可以使用以下几种方法来监听数组
push();
pop();
shift();
unshift();
splice();
sort();
reverse();
由于只针对了以上 7 种方法进行了 hack 处理,所以其他数组的属性也是检测不到的,还是具有一定的局限性。
Object.defineProperty 只能劫持对象的属性,因此我们需要对每个对象的每个属性进行遍历。Vue 2.x 里,是通过 递归 + 遍历 data 对象来实现对数据的监控的,如果属性值也是对象那么需要深度遍历,显然如果能劫持一个完整的对象是才是更好的选择。
Proxy 可以劫持整个对象,并返回一个新的对象。Proxy 不仅可以代理对象,还可以代理数组。还可以代理动态增加的属性。
5. Vue 中的 key 到底有什么用?
key 是给每一个 vnode 的唯一 id,依靠 key,我们的 diff 操作可以更准确、更快速 (对于简单列表页渲染来说 diff 节点也更快,但会产生一些隐藏的副作用,比如可能不会产生过渡效果,或者在某些节点有绑定数据(表单)状态,会出现状态错位。)
diff 算法的过程中,先会进行新旧节点的首尾交叉对比,当无法匹配的时候会用新节点的 key 与旧节点进行比对,从而找到相应旧节点.
更准确 : 因为带 key 就不是就地复用了,在 sameNode 函数 a.key === b.key 对比中可以避免就地复用的情况。所以会更加准确,如果不加 key,会导致之前节点的状态被保留下来,会产生一系列的 bug。
更快速 : key 的唯一性可以被 Map 数据结构充分利用,相比于遍历查找的时间复杂度 O(n),Map 的时间复杂度仅仅为 O(1),源码如下:
function createKeyToOldIdx(children, beginIdx, endIdx) {
let i, key;
const map = {};
for (i = beginIdx; i <= endIdx; ++i) {
key = children[i].key;
if (isDef(key)) map[key] = i;
}
return map;
}
6. 谈一谈 nextTick 的原理
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。
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
异步更新队列
可能你还没有注意到,Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。只要侦听到数据变化,Vue 将开启一个队列,并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据变更。
如果同一个 watcher 被多次触发,只会被推入到队列中一次。这种在缓冲时去除重复数据对于避免不必要的计算和 DOM 操作是非常重要的。
然后,在下一个的事件循环“tick”中,Vue 刷新队列并执行实际 (已去重的) 工作。
Vue 在内部对异步队列尝试使用原生的 Promise.then、MutationObserver 和 setImmediate,如果执行环境不支持,则会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。
在 vue2.5 的源码中,macrotask 降级的方案依次是:setImmediate、MessageChannel、setTimeout
vue 的 nextTick 方法的实现原理:
-
vue 用异步队列的方式来控制 DOM 更新和 nextTick 回调先后执行
-
microtask 因为其高优先级特性,能确保队列中的微任务在一次事件循环前被执行完毕
-
考虑兼容问题,vue 做了 microtask 向 macrotask 的降级方案
7. vue 是如何对数组方法进行变异的 ?
我们先来看看源码
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;
});
});
/**
* Observe a list of Array items.
*/
Observer.prototype.observeArray = function observeArray(items) {
for (var i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
observe(items[i]);
}
};
简单来说,Vue 通过原型拦截的方式重写了数组的 7 个方法,首先获取到这个数组的ob,也就是它的 Observer 对象,如果有新的值,就调用 observeArray 对新的值进行监听,然后手动调用 notify,通知 render watcher,执行 update
8. Vue 组件 data 为什么必须是函数 ?
new Vue()实例中,data 可以直接是一个对象,为什么在 vue 组件中,data 必须是一个函数呢?
因为组件是可以复用的,JS 里对象是引用关系,如果组件 data 是一个对象,那么子组件中的 data 属性值会互相污染,产生副作用。
所以一个组件的 data 选项必须是一个函数,因此每个实例可以维护一份被返回对象的独立的拷贝。new Vue 的实例是不会被复用的,因此不存在以上问题。
9. 谈谈 Vue 事件机制,手写$on,$off,$emit,$once
Vue 事件机制 本质上就是 一个 发布-订阅 模式的实现。
class Vue {
constructor() {
// 事件通道调度中心
this._events = Object.create(null);
}
$on(event, fn) {
if (Array.isArray(event)) {
event.map(item => {
this.$on(item, fn);
});
} else {
(this._events[event] || (this._events[event] = [])).push(fn);
}
return this;
}
$once(event, fn) {
function on() {
this.$off(event, on);
fn.apply(this, arguments);
}
on.fn = fn;
this.$on(event, on);
return this;
}
$off(event, fn) {
if (!arguments.length) {
this._events = Object.create(null);
return this;
}
if (Array.isArray(event)) {
event.map(item => {
this.$off(item, fn);
});
return this;
}
const cbs = this._events[event];
if (!cbs) {
return this;
}
if (!fn) {
this._events[event] = null;
return this;
}
let cb;
let i = cbs.length;
while (i--) {
cb = cbs[i];
if (cb === fn || cb.fn === fn) {
cbs.splice(i, 1);
break;
}
}
return this;
}
$emit(event) {
let cbs = this._events[event];
if (cbs) {
const args = [].slice.call(arguments, 1);
cbs.map(item => {
args ? item.apply(this, args) : item.call(this);
});
}
return this;
}
}
10. 说说 Vue 的渲染过程
- 调用 compile 函数,生成 render 函数字符串 ,编译过程如下:
-
parse 函数解析 template,生成 ast(抽象语法树)
-
optimize 函数优化静态节点 (标记不需要每次都更新的内容,diff 算法会直接跳过静态节点,从而减少比较的过程,优化了 patch 的性能)
-
generate 函数生成 render 函数字符串
-
调用 new Watcher 函数,监听数据的变化,当数据发生变化时,Render 函数执行生成 vnode 对象
-
调用 patch 方法,对比新旧 vnode 对象,通过 DOM diff 算法,添加、修改、删除真正的 DOM 元素
11. 聊聊 keep-alive 的实现原理和缓存策略
export default {
name: "keep-alive",
abstract: true, // 抽象组件属性 ,它在组件实例建立父子关系的时候会被忽略,发生在 initLifecycle 的过程中
props: {
include: patternTypes, // 被缓存组件
exclude: patternTypes, // 不被缓存组件
max: [String, Number] // 指定缓存大小
},
created() {
this.cache = Object.create(null); // 缓存
this.keys = []; // 缓存的VNode的键
},
destroyed() {
for (const key in this.cache) {
// 删除所有缓存
pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys);
}
},
mounted() {
// 监听缓存/不缓存组件
this.$watch("include", val => {
pruneCache(this, name => matches(val, name));
});
this.$watch("exclude", val => {
pruneCache(this, name => !matches(val, name));
});
},
render() {
// 获取第一个子元素的 vnode
const slot = this.$slots.default;
const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot);
const componentOptions: ?VNodeComponentOptions =
vnode && vnode.componentOptions;
if (componentOptions) {
// name不在inlcude中或者在exlude中 直接返回vnode
// check pattern
const name: ?string = getComponentName(componentOptions);
const { include, exclude } = this;
if (
// not included
(include && (!name || !matches(include, name))) ||
// excluded
(exclude && name && matches(exclude, name))
) {
return vnode;
}
const { cache, keys } = this;
// 获取键,优先获取组件的name字段,否则是组件的tag
const key: ?string =
vnode.key == null
? // same constructor may get registered as different local components
// so cid alone is not enough (#3269)
componentOptions.Ctor.cid +
(componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : "")
: vnode.key;
// 命中缓存,直接从缓存拿vnode 的组件实例,并且重新调整了 key 的顺序放在了最后一个
if (cache[key]) {
vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance;
// make current key freshest
remove(keys, key);
keys.push(key);
}
// 不命中缓存,把 vnode 设置进缓存
else {
cache[key] = vnode;
keys.push(key);
// prune oldest entry
// 如果配置了 max 并且缓存的长度超过了 this.max,还要从缓存中删除第一个
if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode);
}
}
// keepAlive标记位
vnode.data.keepAlive = true;
}
return vnode || (slot && slot[0]);
}
};
原理
-
获取 keep-alive 包裹着的第一个子组件对象及其组件名
-
根据设定的 include/exclude(如果有)进行条件匹配,决定是否缓存。不匹配,直接返回组件实例
-
根据组件 ID 和 tag 生成缓存 Key,并在缓存对象中查找是否已缓存过该组件实例。如果存在,直接取出缓存值并更新该 key 在 this.keys 中的位置(更新 key 的位置是实现 LRU 置换策略的关键)
-
在 this.cache 对象中存储该组件实例并保存 key 值,之后检查缓存的实例数量是否超过 max 的设置值,超过则根据 LRU 置换策略删除最近最久未使用的实例(即是下标为 0 的那个 key)
-
最后组件实例的 keepAlive 属性设置为 true,这个在渲染和执行被包裹组件的钩子函数会用到,这里不细说
LRU 缓存淘汰算法
LRU(Least recently used)算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是“如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高”。
keep-alive 的实现正是用到了 LRU 策略,将最近访问的组件 push 到 this.keys 最后面,this.keys[0]也就是最久没被访问的组件,当缓存实例超过 max 设置值,删除 this.keys[0]
12. vm.$set()实现原理是什么?
受现代 JavaScript 的限制 (而且 Object.observe 也已经被废弃),Vue 无法检测到对象属性的添加或删除。
由于 Vue 会在初始化实例时对属性执行 getter/setter 转化,所以属性必须在 data 对象上存在才能让 Vue 将它转换为响应式的。
对于已经创建的实例,Vue 不允许动态添加根级别的响应式属性。但是,可以使用 Vue.set(object, propertyName, value) 方法向嵌套对象添加响应式属性。
那么 Vue 内部是如何解决对象新增属性不能响应的问题的呢?
export function set(target: Array<any> | Object, key: any, val: any): any {
// target 为数组
if (Array.isArray(target) && isValidArrayIndex(key)) {
// 修改数组的长度, 避免索引>数组长度导致splice()执行有误
target.length = Math.max(target.length, key);
// 利用数组的splice变异方法触发响应式
target.splice(key, 1, val);
return val;
}
// target为对象, key在target或者target.prototype上 且必须不能在 Object.prototype 上,直接赋值
if (key in target && !(key in Object.prototype)) {
target[key] = val;
return val;
}
// 以上都不成立, 即开始给target创建一个全新的属性
// 获取Observer实例
const ob = (target: any).__ob__;
// target 本身就不是响应式数据, 直接赋值
if (!ob) {
target[key] = val;
return val;
}
// 进行响应式处理
defineReactive(ob.value, key, val);
ob.dep.notify();
return val;
}
-
如果目标是数组,使用 vue 实现的变异方法 splice 实现响应式
-
如果目标是对象,判断属性存在,即为响应式,直接赋值
-
如果 target 本身就不是响应式,直接赋值
-
如果属性不是响应式,则调用 defineReactive 方法进行响应式处理
后记
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前端时刻
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