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Vue.js 的双向数据绑定是如何实现的？

article 2025/3/4 17:50:09

一、什么是双向数据绑定？

双向数据绑定是一种数据同步机制，指的是视图（UI）和数据模型之间的双向连接。当数据模型发生变化时，视图会自动更新；同样，当用户在视图中修改数据时，数据模型也会被相应更新。这种机制使得开发者可以更轻松地管理应用的状态，提高开发效率。

在 Vue.js 中，双向数据绑定是通过数据劫持（data hijacking）和发布-订阅模式（Observer pattern）实现的。这种机制使得 Vue 可以在数据变化时自动更新视图。

二、Vue.js 的数据绑定机制

1. Vue 的响应式系统

Vue 的响应式系统是双向数据绑定的核心。它的实现主要依赖于以下几个概念：

数据劫持：
Vue 使用 Object.defineProperty 方法对数据进行劫持，劫持对象的属性，将其转换为 getter 和 setter 方法。这允许 Vue 在数据属性被访问或修改时执行自定义逻辑。
依赖收集：
当组件渲染时，Vue 会收集使用到的数据依赖，建立一个依赖关系链。当数据变化时，Vue 会通知所有依赖该数据的组件进行更新。
发布-订阅模式：
Vue 使用发布-订阅模式来管理数据和视图之间的关系。数据变化时，发布者（数据）会通知所有订阅者（视图），从而实现数据的自动更新。

2. 数据劫持的实现

下面是 Vue.js 中数据劫持的简化实现：

function defineReactive(obj, key, val) {
    const dep = new Dep(); // 创建一个依赖管理器

    Object.defineProperty(obj, key, {
        get() {
            // 收集依赖
            if (Dep.target) {
                dep.depend(); // 添加依赖
            }
            return val;
        },
        set(newVal) {
            if (newVal !== val) {
                val = newVal; // 更新值
                dep.notify(); // 通知所有依赖
            }
        }
    });
}

这里的 Dep 是一个简单的依赖管理器，负责管理所有依赖于该属性的订阅者。

3. 依赖管理器的实现

依赖管理器 Dep 的实现如下：

class Dep {
    constructor() {
        this.subscribers = []; // 存储依赖
    }

    depend() {
        if (Dep.target) {
            this.subscribers.push(Dep.target); // 添加依赖
        }
    }

    notify() {
        this.subscribers.forEach(sub => sub.update()); // 通知所有依赖更新
    }
}

Dep.target = null; // 当前依赖

4. 视图更新机制

当数据变化时，notify 方法会被调用，通知所有依赖于该数据的订阅者更新视图。每个组件在渲染时都会将自身注册为 Dep.target，以便在数据被访问时进行依赖收集。

5. Watcher 的实现

在 Vue.js 中，Watcher 是负责观察数据变化并更新视图的对象。每个组件都有一个对应的 Watcher 实例，当数据变化时，Watcher 会被通知进行更新。

class Watcher {
    constructor(vm, expOrFn, cb) {
        this.vm = vm;
        this.cb = cb;
        this.getter = this.parsePath(expOrFn); // 解析表达式
        this.value = this.get(); // 初始化值
    }

    get() {
        Dep.target = this; // 将当前 Watcher 设置为目标
        const value = this.getter.call(this.vm, this.vm); // 获取初始值
        Dep.target = null; // 清空目标
        return value;
    }

    update() {
        const oldValue = this.value;
        this.value = this.get(); // 更新值
        this.cb(this.value, oldValue); // 调用回调
    }
}

三、双向数据绑定的实现过程

1. 数据初始化

在 Vue 实例化时，Vue 会对传入的数据进行响应式处理。可以使用 Vue 的 data 选项传入数据。

const vm = new Vue({
    data: {
        message: 'Hello Vue!'
    }
});

2. 模板编译

Vue 会将模板（HTML）编译为一个渲染函数。渲染函数会在组件初次渲染时被调用，并生成虚拟 DOM。编译过程会识别数据绑定，并创建相应的 Watcher 实例。

const render = function() {
    // 生成虚拟 DOM
    return `<div>${this.message}</div>`;
};

3. 依赖收集

在生成虚拟 DOM 时，Vue 会读取 message 属性。这时，Dep.target 被设置为当前的 Watcher 实例，message 的 getter 被调用，Watcher 会被添加到 Dep 的订阅者列表中。

4. 视图更新

当用户在输入框中修改数据时，Vue 会触发对应的数据的 setter 方法。setter 会更新数据并通知所有依赖于该数据的 Watcher 实例。

vm.message = 'New Message'; // 触发 setter

5. DOM 更新

Watcher 的 update 方法会被调用，进而会调用回调函数，重新渲染视图。这会导致虚拟 DOM 的更新，并最终更新实际的 DOM。

四、使用 v-model 实现双向数据绑定

Vue 提供了 v-model 指令，简化了双向数据绑定的实现。v-model 适用于表单元素，如 <input>、<textarea> 和 <select>。

1. v-model 的实现

v-model 实际上是 v-bind 和 v-on 的结合。当用户输入内容时，v-model 会将输入内容更新到数据模型中。

<input v-model="message" />

在内部，v-model 会执行以下操作：

将 message 绑定到输入框的 value 属性（v-bind:value="message"）。
监听输入事件（v-on:input="event => message = event.target.value"）。

当用户在输入框中输入内容时，message 会自动更新，并触发视图更新。

2. v-model 的使用场景

v-model 可用于以下场景：

输入框：<input type="text" v-model="username" />
复选框：<input type="checkbox" v-model="isChecked" />
单选框：<input type="radio" v-model="selectedOption" />
下拉框：<select v-model="selectedValue"><option v-for="item in items" :value="item">{{ item }}</option></select>