Vue.js 是當前流行的一款漸進式 JavaScript 框架，其主要特點之一是響應式編程。Vue.js 的響應式系統讓數據的變化驅動了頁面的變化，降低了前端編程的復雜度。在本文中，我們將介紹 Vue.js 的響應式原理。

Vue.js 的響應式系統

當一個 Vue.js 應用啟動時，Vue.js 會將所有的數據轉換為響應式數據，這些響應式數據會與模板中的 DOM 元素建立關聯，當發生數據更新時，Vue.js 會自動更新模板。這種機制被稱為“響應式系統”，Vue.js 中使用一個 Watcher 來觀察每一個響應式數據，當數據改變時觸發更新。

響應式數據的創建

Vue.js 中采用了 Object.defineProperty 方法來實現響應式數據。Object.defineProperty 方法可以在一個對象上定義一個新屬性或修改一個已有屬性，包含以下幾個參數：

• obj：要在其上定義屬性的對象；

• prop：要定義或修改的屬性的名稱；

• descriptor：將被定義或修改的屬性的描述符。

Vue.js 將每一個響應式數據對象添加一個標識，并在其中存儲了關于該對象的觀察者 Watcher 信息。Vue.js 通過該方法來監聽數據的變化并觸發更新。

以下代碼展示了如何使用 Object.defineProperty 來創建響應式數據：

var obj = {}
Object.defineProperty(obj, 'prop', {
  get: function () {
    return value
  },
  set: function (newValue) {
    value = newValue
  }
})

依賴收集

依賴收集是 Vue.js 最重要的特性之一。當 Vue.js 遇到了一個取值操作（如 obj.prop），它會通過一個全局定義的變量（稱為 Dep）將該取值操作與當前激活的 Watcher 進行關聯。這個 Watcher 就是數據的依賴。

當響應式數據發生改變時，該數據的 Set 方法會通知所有的 Watcher 更新，這些 Watcher 就會根據自身的依賴重新計算其所對應的組件，然后更新視圖。

下面是一個代碼示例：

function defineReactive (obj, key, val) {
  Object.defineProperty(obj, key, {
    get: function () {
      if (Dep.target) {
        Dep.target.addDep(dep)
      }
      return val
    },
    set: function (newVal) {
      if (val !== newVal) {
        val = newVal
        dep.notify()
      }
    }
  })
}

其中，addDep 方法用于將當前 Watcher 加入到依賴中。

Watcher

Watcher 是 Vue.js 實現響應式編程的核心。它的作用是存儲被觀察的數據以及依賴，當被觀察的數據被修改時，Watcher 會通知所有的依賴重新計算。

下面是一個 Watcher 的基礎實現：

function Watcher (vm, expOrFn, cb) {
  this.cb = cb
  this.vm = vm
  this.expOrFn = expOrFn
  this.depIds = []
  if (typeof expOrFn === 'function') {
    this.getter = expOrFn
  } else {
    this.getter = this.parseGetter(expOrFn.trim())
  }
  this.value = this.get()
}
?
Watcher.prototype = {
  update: function () {
    this.run()
  },
  run: function () {
    var value = this.get()
    var oldValue = this.value
    if (value !== oldValue) {
      this.value = value
      this.cb.call(this.vm, value, oldValue)
    }
  },
  get: function () {
    Dep.target = this
    var value = this.getter.call(this.vm, this.vm)
    Dep.target = null
    return value
  },
  addDep: function (dep) {
    var id = dep.id
    if (this.depIds.indexOf(id) === -1) {
      this.depIds.push(id)
      dep.addSub(this)
    }
  },
  parseGetter: function (exp) {
    if (/[^\w.$]/.test(exp)) return
?
    var exps = exp.split('.')
?
    return function (obj) {
      for (var i = 0; i < exps.length; i++) {
        obj = obj[exps[i]]
      }
      return obj
    }
  }
}

響應式系統的局限性

雖然 Vue.js 的響應式系統可以很好地工作，但是也有一些局限性。比如：

• 數組變化時 Vue.js 無法識別以下操作：直接通過數組下標設置元素，Array.prototype.push()，Array.prototype.pop()，Array.prototype.shift()，Array.prototype.unshift()，Array.prototype.splice()，Array.prototype.sort()，Array.prototype.reverse()

Vue3的響應式

以上主要是Vue2.x的響應式原理，下面是Vue3.x的響應式原理。

Vue3.x引入了一個新的響應式API，即Proxy API，來代替Vue2.x中使用的Object.defineProperty實現。使用Proxy API可以使得Vue3.x在性能上更加優越，并且可以更靈活地處理動態添加和刪除的屬性，以及能實現對Map、Set等JavaScript數據結構的響應式處理。

Vue3.x中，響應式系統的核心依然是劫持核心對象的getter方法，來監聽屬性值的變化，但是與Vue2.x不一樣的是，Vue3.x使用了Proxy API，將一個對象包裝在一個代理層之中，從而在代理層進行攔截和監聽。

下面是Vue3.x中響應式系統的實現代碼：

const mutableHandlers = {
  get: function(target, key) {
    const res = Reflect.get(target, key)
    track(target, key) // 響應式收集依賴
    return isObject(res) ? reactive(res) : res
  },
  set: function(target, key, val) {
    const oldVal = Reflect.get(target, key)
    val = isObject(val) ? reactive(val) : val
    const result = Reflect.set(target, key, val)
    if (!oldVal) {
      // 新添加的屬性
      trigger(target, 'add', key, val)
      trigger(target, 'set', key, val)
    } else if (val !== oldVal) {
      // 已有的屬性
      trigger(target, 'set', key, val, oldVal)
    }
    return result
  },
  deleteProperty: function(target, key) {
    const result = Reflect.deleteProperty(target, key)
    if (result) {
      trigger(target, 'delete', key)
    }
    return result
  }
}
?
function reactive(obj) {
  if (!isObject(obj)) {
    return obj
  }
  return new Proxy(obj, mutableHandlers)
}

在這個實現中，mutableHandlers是一個對象，其中的get和set方法是攔截屬性訪問和設置的方法。當使用reactive函數劫持一個對象時，會返回該對象的代理對象，該代理對象可以處理這些操作，從而使得可以在這些操作中收集依賴和觸發更新。

在創建代理對象的過程中，對對象進行遞歸處理，將對象中的所有屬性都轉換為響應式屬性。當訪問代理對象中的一個屬性值時，該值會被代理，并且如果該值是一個對象，則會遞歸創建它的代理對象。

除了使用Proxy API來實現響應式系統之外，Vue3.x的響應式系統還引入了新的API，比如ref和computed。這些API可以幫助我們更加方便地處理響應式數據，并且可以減少開發的工作量、減少代碼的復雜度。

總結

本文主要介紹了Vue2.x和Vue3.x響應式系統的實現原理。Vue3.x采用了新的Proxy API替代了Object.defineProperty API，提升了性能，解決了某些場景下響應式更新不正確的問題，并且可以處理動態屬性和Map、Set等數據結構的響應式。此外，新增了`ref`和`computed` API，提供更好的性能和易用性。總的來說，Vue3.x響應式系統在性能、靈活性和易用性方面都有顯著的改進，可以更高效地創建易于維護的響應式應用。