Vue 最独特的特性之一，是其非侵入性的响应式系统。

数据模型仅仅是普通的 JavaScript 对象。而当你修改它们时，视图会进行更新。这使得状态管理非常简单直接，不过理解其工作原理同样重要，这样你可以避开一些常见的问题。

Object.defineProperty

当你把一个普通的 JavaScript 对象传入 Vue 实例作为 data 选项，Vue 将遍历此对象所有的 property，并使用 把这些 property 全部转为 getter/setter。

这些 getter/setter 对用户来说是不可见的，但是在内部它们让 Vue 能够追踪依赖，在 property 被访问和修改时通知变更。

Object.defineProperty 是 ES5 中一个无法 shim 的特性，这也就是 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。

响应式原理图解

每个组件实例都对应一个 watcher 实例，它会在组件渲染的过程中把“接触”过的数据 property 记录为依赖。之后当依赖项的 setter 触发时，会通知 watcher，从而使它关联的组件重新渲染。

源码浅析

下面从一个组件初始化开始，了解一下响应式实现过程

在 Vue 初始化时，会调用 initState ，它会初始化 props ，methods ，data ，computed ，watch 等.

initState

// src/core/instance/state.js
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)
  }
}

initProps

// src/core/instance/state.js
function initProps(vm: Component, propsOptions: Object) {
  const propsData = vm.$options.propsData || {}
  const props = (vm._props = {}) // 缓存 props 的每个 key，性能优化
  const keys = (vm.$options._propKeys = [])
  const isRoot = !vm.$parent // root instance props should be converted // 非根实例的情况
  if (!isRoot) {
    // 响应式的优化,主要优化在响应式处理的递归过程
    toggleObserving(false)
  }
  for (const key in propsOptions) {
    // 缓存 key
    keys.push(key) // 校验并返回值,主要检查传递的数据是否符合 prop 的定义规范
    const value = validateProp(
      key,
      propsOptions,
      propsData,
      vm
    ) /* istanbul ignore else */
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      const hyphenatedKey = hyphenate(key)
      if (
        isReservedAttribute(hyphenatedKey) ||
        config.isReservedAttr(hyphenatedKey)
      ) {
        warn(
          `"${hyphenatedKey}" is a reserved attribute and cannot be used as component prop.`,
          vm
        )
      } // 为 props 的每个 key 设置响应式
      defineReactive(props, key, value, () => {
        if (!isRoot && !isUpdatingChildComponent) {
          warn(
            `Avoid mutating a prop directly since the value will be ` +
              `overwritten whenever the parent component re-renders. ` +
              `Instead, use a data or computed property based on the prop's ` +
              `value. Prop being mutated: "${key}"`,
            vm
          )
        }
      })
    } else {
      // 为 props 的每个 key 设置响应式
      defineReactive(props, key, value)
    } // static props are already proxied on the component's prototype // during Vue.extend(). We only need to proxy props defined at // instantiation here.
    if (!(key in vm)) {
      proxy(vm, `_props`, key)
    }
  } // 响应式的优化,主要优化在响应式处理的递归过程
  toggleObserving(true)
}

props 的初始化就是对其进行遍历，遍历过程主要做两件事：

1. 调用 defineReactive 对每个值做响应式处理。
2. 通过 proxy 把 vm._props.xxx 的访问代理到 vm.xxx 上。

initData

// src/core/instance/state.js
function initData(vm: Component) {
  let data = vm.$options.data // 判断 data 是函数还是对象
  data = vm._data = typeof data === 'function' ? getData(data, vm) : data || {}
  if (!isPlainObject(data)) {
    data = {}
    process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
      warn(
        'data functions should return an object:\n' +
          'https://vuejs.org/v2/guide/components.html#data-Must-Be-a-Function',
        vm
      )
  } // 代理数据到 vm 实例上。 // 判断去重， data 上的属性不能和 props、methods 上的属性相同。
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      if (methods && hasOwn(methods, key)) {
        warn(`Method "${key}" has already been defined as a data property.`, vm)
      }
    }
    if (props && hasOwn(props, key)) {
      process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
        warn(
          `The data property "${key}" is already declared as a prop. ` +
            `Use prop default value instead.`,
          vm
        )
    } else if (!isReserved(key)) {
      // 代理操作
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  } // 响应式操作
  observe(data, true /* asRootData */)
}
export function getData(data: Function, vm: Component): any {
  // #7573 disable dep collection when invoking data getters
  pushTarget()
  try {
    return data.call(vm, vm)
  } catch (e) {
    handleError(e, vm, `data()`)
    return {}
  } finally {
    popTarget()
  }
}

data 的初始化和 props 目的差不多，这里主要做了三件事：

1. 检查 data 上的属性不能和 props 、methods 上的属性相同。
2. 通过 proxy 把 vm._data.xxx 的访问代理到 vm.xxx 上。
3. 调用 observe 把 data 上的数据变成响应式。

proxy

// src/core/instance/state.js
export function proxy(target: Object, sourceKey: string, key: string) {
  sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter() {
    return this[sourceKey][key]
  }
  sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter(val) {
    this[sourceKey][key] = val
  }
  Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}

代理的作用是把 props 和 data 上的属性代理到 vm 实例上，这就是为什么我们定义了 props.xxx，却可以通过 this.xxx 进行访问。

observe

// src/core/observer/index.js
export function observe(value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  // 非对象和 VNode 实例不做响应式处理
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    // 如果 value 对象上存在 __ob__ 属性，则表示已经做过观察了，直接返回 __ob__ 属性
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    // 创建观察者实例
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

observe 就是给非 VNode 的对象类型创建观察者实例 Observer，如果成功创建过，直接返回已有的观察者，否则创建新的实例。

Observer

// src/core/observer/index.js
/**
 * Observer class that is attached to each observed
 * nce attached, the observer converts the target
 * object's property keys into getter/setters that
 * collect dependencies and dispatch updates.
 */
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 // 为什么在 Observer 里面声明 Dep?
    this.dep = new Dep()
    this.vmCount = 0 // 在 value 对象上设置 __ob__ 属性，引用了当前 Observer 实例
    def(value, '__ob__', this) // 判断类型
    if (Array.isArray(value)) {
      // 覆盖数组默认的七个原型方法，以实现数组响应式
      // hasProto = '__proto__' in {}
      if (hasProto) {
        protoAugment(value, arrayMethods)
      } else {
        copyAugment(value, arrayMethods, arrayKeys)
      }
      this.observeArray(value)
    } else {
      this.walk(value)
    }
  }
  /**
   * 遍历对上的每个 key,设置响应式
   * 只有类型为 Object 时才走到这里
   */
  walk(obj: Object) {
    const keys = Object.keys(obj)
    for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
      defineReactive(obj, keys[i])
    }
  }
  /**
   * 如果数组里面的值还是对象，则还需要做响应式处理
   */
  observeArray(items: Array<any>) {
    for (let i = 0, l = items.length; i < l; i++) {
      observe(items[i])
    }
  }
}

**Observer 类会被附加到被观察的对象上，也就是说，每一个响应式对象上都会有一个 **ob****；

然后对数据类型进行了一个判断；若是数组，则判断是否存在 proto 属性，因为要通过原型链覆盖数组的几个方法，判断有无 proto 属性，主要是一种兼容的处理方式，proto 不是标准属性，所以有些浏览器不支持，比如 IE6-10，Opera10.1。

为什么在 Observer 里面声明 Dep? 了解过响应式的道友都知道，我们应该是一个 key 对应一个 dep 嘛，来管理依赖，当 key 的值发生变化时，触发 setter 通知更新。这里的 dep 主要是作用于 Object 属性增加和删除，Array 的变更方法。比如： { a: { b: 1 } } 使用了 $set 增加了一个属性 { a: { b: 1, c: 2 } } ,不管 a.b 还是 a.c ,增加还是删除，只要是和 a 相关的，就直接更新。

下面来看响应式核方法

defineReactive

// src/core/observer/index.js
export function defineReactive(
  obj: Object,
  key: string,
  val: any,
  customSetter?: ?Function,
  shallow?: boolean
) {
  // 实例化 dep，一个 key 一个 dep
  const dep = new Dep() // 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
  const property = Object.getOwnPropertyDescriptor(obj, key)
  if (property && property.configurable === false) {
    return
  } // 记录 getter 和 setter，获取 val 值
  const getter = property && property.get
  const setter = property && property.set
  if ((!getter || setter) && arguments.length === 2) {
    val = obj[key]
  } // 递归调用，处理 val 的值为对象的情况
  let childOb = !shallow && observe(val)
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true, // 劫持读取操作
    get: function reactiveGetter() {
      const value = getter ? getter.call(obj) : val // Dep.target 是 Dep的一个静态属性，保存的是当前的 Watcher 实例。 // 在 new Watcher 实例化的时候（computed 除外，因为它懒执行）会触发读取造作，被劫持运行这个 get 函数,进行依赖收集。 // 在实例化 Watcher 最后，Dep.target 设置为 null，避免重复收集。
      if (Dep.target) {
        // 依赖收集，在 dep 中添加 watcher，也在 watcher 中添加 dep
        dep.depend() // childOb 表示当前的 val 还是一个复杂类型，对象或者数组。
        if (childOb) {
          // 这个 dep 是在 Observer中创建的，之前提到过。
          childOb.dep.depend()
          if (Array.isArray(value)) {
            // 处理数组内还是对象的情况
            dependArray(value)
          }
        }
      }
      return value
    }, // 劫持修改操作
    set: function reactiveSetter(newVal) {
      // 旧的 obj[key]
      const value = getter ? getter.call(obj) : val // 如果新旧值一样，则直接 return，无需更新
      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
      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) // 依赖通知更新
      dep.notify()
    }
  })
}

// src/core/observer/index.js
/**
 * 遍历每个数组元素，递归处理数组项为对象的情况，为其添加依赖.
 * 因为前面的递归阶段无法为数组中的对象元素添加依赖.
 */
function dependArray(value: Array<any>) {
  for (let e, i = 0, l = value.length; i < l; i++) {
    e = value[i]
    e && e.__ob__ && e.__ob__.dep.depend()
    if (Array.isArray(e)) {
      dependArray(e)
    }
  }
}

defineReactive 的作用就是利用 Object.defineProperty 对数据的读写进行劫持，给属性 key 添加 getter 和 setter ，用于依赖收集和通知更新。

如果传进来的值依旧是一个对象，则递归调用 observe 方法，保证子属性都能变成响应式。

依赖收集

Dep

//  src/core/observer/dep.js
/* @flow */
import type Watcher from './watcher'
import { remove } from '../util/index'
import config from '../config'
let uid = 0
/**
 * A dep is an observable that can have multiple
 * directives subscribing to it.
 */
export default class Dep {
  static target: ?Watcher
  id: number
  subs: Array<Watcher>
  constructor() {
    this.id = uid++
    this.subs = []
  } // 添加订阅，把 Watcher实例,保存到 subs中
  addSub(sub: Watcher) {
    this.subs.push(sub)
  } // 移除订阅，把 Watcher实例，从 subs 中移除
  removeSub(sub: Watcher) {
    remove(this.subs, sub)
  } // 向 Watcher 中添加 dep
  depend() {
    if (Dep.target) {
      Dep.target.addDep(this)
    }
  } // 通知更新
  notify() {
    // stabilize the subscriber list first
    const subs = this.subs.slice()
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !config.async) {
      // subs aren't sorted in scheduler if not running async
      // we need to sort them now to make sure they fire in correct
      // order
      subs.sort((a, b) => a.id - b.id)
    } // 遍历 dep 中存储的 watcher，执行 watcher.update()
    for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
      subs[i].update()
    }
  }
}
/**
 * 当前正在执行的 watcher，同一时间只会有一个 watcher 在执行
 * Dep.target = 当前正在执行的 watcher ，并推入栈中
 * 通过调用 pushTarget 方法完成赋值，调用 popTarget 方法完成重置
 */
Dep.target = null
const targetStack = []
export function pushTarget(target: ?Watcher) {
  targetStack.push(target)
  Dep.target = target
}
export function popTarget() {
  targetStack.pop()
  Dep.target = targetStack[targetStack.length - 1]
}

Watcher

// src/core/observer/watcher.js
/* @flow */
import {
  warn,
  remove,
  isObject,
  parsePath,
  _Set as Set,
  handleError,
  invokeWithErrorHandling,
  noop
} from '../util/index'
import { traverse } from './traverse'
import { queueWatcher } from './scheduler'
import Dep, { pushTarget, popTarget } from './dep'
import type { SimpleSet } from '../util/index'
let uid = 0
/**
 * 一个组件一个 watcher（渲染 watcher）或者一个表达式一个 watcher（用户watcher）
 * 当数据更新时 watcher 会被触发，访问 this.computedProperty 时也会触发 watcher
 */
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>
  newDeps: Array<Dep>
  depIds: SimpleSet
  newDepIds: SimpleSet
  before: ?Function
  getter: Function
  value: any
  constructor(
    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 = function() { return this.xx }
      // 在 this.get 中执行 this.getter 时会触发依赖收集
      // 待后续 this.xx 更新时就会触发响应式
      this.getter = parsePath(expOrFn)
      if (!this.getter) {
        this.getter = noop
        process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
          warn(
            `Failed watching path: "${expOrFn}" ` +
              'Watcher only accepts simple dot-delimited paths. ' +
              'For full control, use a function instead.',
            vm
          )
      }
    }
    this.value = this.lazy ? undefined : this.get()
  }
  /**
   * 执行 this.getter，并重新收集依赖
   * this.getter 是实例化 watcher 时传递的第二个参数，一个函数或者字符串，比如：updateComponent 或者 parsePath 返回的读取 this.xx 属性值的函数
   * 为什么要重新收集依赖？
   *   因为触发响应式数据更新时，虽然已经经过 observe 观察，但却没有进行依赖收集，
   *   所以，在更新页面时，会重新执行一次 render 函数，执行期间会触发读取操作，这时候进行依赖收集
   */
  get() {
    // 在需要进行依赖收集的时候调用
    // 设置  targetStack.push(target) 和 Dep.target = watcher
    pushTarget(this)
    let value
    const vm = this.vm
    try {
      // 执行回调函数，比如 updateComponent，进入 patch 阶段
      value = this.getter.call(vm, vm)
    } catch (e) {
      if (this.user) {
        handleError(e, vm, `getter for watcher "${this.expression}"`)
      } else {
        throw e
      }
    } finally {
      // "touch" every property so they are all tracked as
      // dependencies for deep watching
      if (this.deep) {
        traverse(value)
      }
      // 依赖收集结束调用
      // 设置 targetStack.pop() 和 targetStack[targetStack.length - 1]
      popTarget() // 清除依赖
      this.cleanupDeps()
    }
    return value
  }
  /**
   * 添加 dep 到 watcher
   * 添加 watcher 到 dep
   */
  addDep(dep: Dep) {
    const id = dep.id
    if (!this.newDepIds.has(id)) {
      // 保存 id 用于去重
      this.newDepIds.add(id) // 添加 dep 到当前 watcher
      this.newDeps.push(dep) // 避免在 dep 中重复添加 watcher
      if (!this.depIds.has(id)) {
        // 添加当前 watcher 到 dep
        dep.addSub(this)
      }
    }
  }
  /**
   * 清除依赖，每次数据变化都会重新 render,
   * 那么 vm._render() 方法又会再次执行，并再次触发数据的 getters，所以 Watcher 在构造函数中会初始化 2 个 Dep 实例数组.
   * this.deps 表示上一次的 dep 实例数组，this.newDeps 表示新添加的 dep 实例数组。
   */
  cleanupDeps() {
    let i = this.deps.length // 遍历 deps，移除对 dep.subs 数组中 Wathcer 的订阅
    while (i--) {
      const dep = this.deps[i]
      if (!this.newDepIds.has(dep.id)) {
        dep.removeSub(this)
      }
    } // newDepIds 和 depIds 做交换,然后清空 newDepIds
    let tmp = this.depIds
    this.depIds = this.newDepIds
    this.newDepIds = tmp
    this.newDepIds.clear() // newDeps 和 deps 做交换,然后清空 newDeps
    tmp = this.deps
    this.deps = this.newDeps
    this.newDeps = tmp
    this.newDeps.length = 0
  }

  // ... 下面还有几个方法，暂时不看，放在别的地方一块看
}

依赖收集流程

回顾一下在执行 mount 挂载过程中 mountComponent 里有这么一段逻辑。

// src/core/instance/lifecycle.js
updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}

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

收集流程：

1. 当实例化 Watcher 时，会执行 Watcher 构造函数中的 this.get()。
2. get 中首先调用 pushTarget(this), 其实就是 Dep.target = 当前正在执行的 Watcher 并推入栈中。
3. 然后执行 value = this.getter.call(vm, vm) 。
4. this.getter 对应的就是 updateComponent，实际执行的是 vm._update(vm._render(), hydrating)；它会先调用 vm._render()。
5. vm._render() 的作用就是生成 VNode，过程中会触发对数据的访问，也就是触发了 getter.
6. 每个对象的 key 都会有一个对应的 dep，在 getter 中会调用 dep.depend()，也就会调用 Dep.target.addDep(this)；因为在第2步时 Dep.target = 当前正在执行的 Watcher，所以调用的应该是 当前正在执行的 Watcher.addDep(this)。
7. addDep 中在不重复的情况下调用 dep.addSub(this)，也就会执行 this.subs.push(sub) ，也就是把 Watcher 实例保存到 dep 的 subs 中。
8. 在 vm._render() 过程中，会触发所有数据的 getter，这样实际就完成了依赖收集的过程，但是 Watcher 构造函数中的 this.get() 后续还有一些操作。
9. if (this.deep) { traverse(value) } 要递归去访问 value，触发它所有子项的 getter 。
10. 然后执行 popTarget() , 依赖收集结束，重新设置 Dep.target。
11. 最后就是调用 this.cleanupDeps()，清除依赖。

数组七个方法的重写

// src/core/observer/array.js
/*
 * 定义 arrayMethods 对象，用于增强 Array.prototype
 * 当访问 arrayMethods 对象上的那七个方法时会被劫持，以实现数组响应式
 */
import { def } from '../util/index'
// 备份 数组 原型对象
const arrayProto = Array.prototype
// 通过继承的方式创建新的 arrayMethods
export const arrayMethods = Object.create(arrayProto)
// 操作数组的七个方法
const methodsToPatch = [
  'push',
  'pop',
  'shift',
  'unshift',
  'splice',
  'sort',
  'reverse'
]
/**
 * 拦截方法并触发事件
 */
methodsToPatch.forEach(function (method) {
  // 缓存原生方法，比如 push
  const original = arrayProto[method]
  // def 就是 Object.defineProperty，劫持 arrayMethods.method 的访问
  def(arrayMethods, method, function mutator (...args) {
    // 先执行原生方法，比如 push.apply(this, args)
    const result = original.apply(this, args)
    const ob = this.__ob__
    // 如果 method 是以下三个之一，说明是新插入了值
    let inserted
    switch (method) {
      case 'push':
      case 'unshift':
        inserted = args
        break
      case 'splice':
        inserted = args.slice(2)
        break
    }
    // 对新插入的值做响应式处理
    if (inserted) ob.observeArray(inserted)
    // 通知更新
    ob.dep.notify()
    return result
  })
})

数组方法重写主要做了这么几件事：

1. arrayMethods 继承了 Array。
2. 对数组中能改变数组自身的七个方法进行了劫持和重写，劫持是使其被调用时，调用的是重写后的方法。
3. 重写后的方法首先会调用原来原型上的逻辑。
4. 判断可以添加值的三个方法 push、unshift、splice ，获取新插入的值，进行响应处理。
5. 最后调用 ob.dep.notify() 通知更新。

响应式原理的核心流程代码大概就这些，还有一些watch computed $set 和 $delete等的实现都是基于响应式原理的应用

todo

vue源码有关响应式的代码还是比较多的，有时间了自己实现一个简易版的响应式