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Proxy 与 Object.defineProperty 的优劣对比

难度:

Proxy 的优势如下:

  • Proxy 可以直接监听对象而非属性
  • Proxy 可以直接监听数组的变化
  • Proxy 有多达 13 种拦截方法,不限于 apply、ownKeys、deleteProperty、has 等等是Object.defineProperty不具备的
  • Proxy 返回的是一个新对象,我们可以只操作新的对象达到目的,而Object.defineProperty只能遍历对象属性直接修改
  • Proxy 作为新标准将受到浏览器厂商重点持续的性能优化,也就是传说中的新标准的性能红利

Object.defineProperty 的优势如下:

  • 兼容性好,支持 IE9

Proxy 比 defineproperty 优劣对比详细讲解

双向绑定其实已经是一个老掉牙的问题了,只要涉及到 MVVM 框架就不得不谈的知识点,但它毕竟是 Vue 的三要素之一.

Vue 三要素:

  • 响应式: 例如如何监听数据变化,其中的实现方法就是我们提到的双向绑定
  • 模板引擎: 如何解析模板
  • 渲染: Vue 如何将监听到的数据变化和解析后的 HTML 进行渲染

可以实现双向绑定的方法有很多,KnockoutJS 基于观察者模式的双向绑定,Ember 基于数据模型的双向绑定,Angular 基于脏检查的双向绑定,本篇文章我们重点讲面试中常见的基于数据劫持的双向绑定。

常见的基于数据劫持的双向绑定有两种实现,一个是目前 Vue 在用的Object.defineProperty,另一个是 ES2015 中新增的Proxy,而 Vue 的作者宣称将在 Vue3.0 版本后加入Proxy从而代替Object.defineProperty,通过本文你也可以知道为什么 Vue 未来会选择Proxy

严格来讲 Proxy 应该被称为『代理』而非『劫持』,不过由于作用有很多相似之处,我们在下文中就不再做区分,统一叫『劫持』。

基于数据劫持的当然还有已经凉透的Object.observe方法,已被废弃。

提前声明: 我们没有对传入的参数进行及时判断而规避错误,仅仅对核心方法进行了实现.

基于数据劫持实现的双向绑定的特点

1.1 什么是数据劫持

数据劫持比较好理解,通常我们利用Object.defineProperty劫持对象的访问器,在属性值发生变化时我们可以获取变化,从而进行进一步操作。

js
// 这是将要被劫持的对象
const data = {
  name: "",
};

function say(name) {
  if (name === "古天乐") {
    console.log("给大家推荐一款超好玩的游戏");
  } else if (name === "渣渣辉") {
    console.log("戏我演过很多,可游戏我只玩贪玩懒月");
  } else {
    console.log("来做我的兄弟");
  }
}

// 遍历对象,对其属性值进行劫持
Object.keys(data).forEach(function (key) {
  Object.defineProperty(data, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function () {
      console.log("get");
    },
    set: function (newVal) {
      // 当属性值发生变化时我们可以进行额外操作
      console.log(`大家好,我系${newVal}`);
      say(newVal);
    },
  });
});

data.name = "渣渣辉";
//大家好,我系渣渣辉
//戏我演过很多,可游戏我只玩贪玩懒月

1.2 数据劫持的优势

目前业界分为两个大的流派,一个是以 React 为首的单向数据绑定,另一个是以 Angular、Vue 为主的双向数据绑定。

其实三大框架都是既可以双向绑定也可以单向绑定,比如 React 可以手动绑定 onChange 和 value 实现双向绑定,也可以调用一些双向绑定库,Vue 也加入了 props 这种单向流的 api,不过都并非主流卖点。

单向或者双向的优劣不在我们的讨论范围,我们需要讨论一下对比其他双向绑定的实现方法,数据劫持的优势所在。

  1. 无需显示调用: 例如 Vue 运用数据劫持+发布订阅,直接可以通知变化并驱动视图,上面的例子也是比较简单的实现data.name = '渣渣辉'后直接触发变更,而比如 Angular 的脏检测则需要显示调用markForCheck(可以用 zone.js 避免显示调用,不展开),react 需要显示调用setState
  2. 可精确得知变化数据:还是上面的小例子,我们劫持了属性的 setter,当属性值改变,我们可以精确获知变化的内容newVal,因此在这部分不需要额外的 diff 操作,否则我们只知道数据发生了变化而不知道具体哪些数据变化了,这个时候需要大量 diff 来找出变化值,这是额外性能损耗。

1.3 基于数据劫持双向绑定的实现思路

数据劫持是双向绑定各种方案中比较流行的一种,最著名的实现就是 Vue。

基于数据劫持的双向绑定离不开ProxyObject.defineProperty等方法对对象/对象属性的"劫持",我们要实现一个完整的双向绑定需要以下几个要点。

  1. 利用ProxyObject.defineProperty生成的 Observer 针对对象/对象的属性进行"劫持",在属性发生变化后通知订阅者
  2. 解析器 Compile 解析模板中的Directive(指令),收集指令所依赖的方法和数据,等待数据变化然后进行渲染
  3. Watcher 属于 Observer 和 Compile 桥梁,它将接收到的 Observer 产生的数据变化,并根据 Compile 提供的指令进行视图渲染,使得数据变化促使视图变化

虽然 Vue 运用了数据劫持,但是依然离不开发布订阅的模式,之所以在系列 2 做了Event Bus 的实现,就是因为我们不管在学习一些框架的原理还是一些流行库(例如 Redux、Vuex),基本上都离不开发布订阅模式,而Event模块则是此模式的经典实现,所以如果不熟悉发布订阅模式,建议读一下系列 2 的文章。

2.基于 Object.defineProperty 双向绑定的特点

关于Object.defineProperty的文章在网络上已经汗牛充栋,我们不想花过多时间在Object.defineProperty上面,本节我们主要讲解Object.defineProperty的特点,方便接下来与Proxy进行对比。

Object.defineProperty还不了解的请阅读文档

两年前就有人写过基于Object.defineProperty实现的文章,想深入理解Object.defineProperty实现的推荐阅读,本文也做了相关参考。

上面我们推荐的文章为比较完整的实现(400 行代码),我们在本节只提供一个极简版(20 行)和一个简化版(150 行)的实现,读者可以循序渐进地阅读。

2.1 极简版的双向绑定

我们都知道,Object.defineProperty的作用就是劫持一个对象的属性,通常我们对属性的gettersetter方法进行劫持,在对象的属性发生变化时进行特定的操作。

我们就对对象objtext属性进行劫持,在获取此属性的值时打印'get val',在更改属性值的时候对 DOM 进行操作,这就是一个极简的双向绑定。

js
const obj = {};
Object.defineProperty(obj, "text", {
  get: function () {
    console.log("get val");
  },
  set: function (newVal) {
    console.log("set val:" + newVal);
    document.getElementById("input").value = newVal;
    document.getElementById("span").innerHTML = newVal;
  },
});

const input = document.getElementById("input");
input.addEventListener("keyup", function (e) {
  obj.text = e.target.value;
});

2.2 升级改造

我们很快会发现,这个所谓的双向绑定貌似并没有什么卵用。。。

原因如下:

  1. 我们只监听了一个属性,一个对象不可能只有一个属性,我们需要对对象每个属性进行监听。
  2. 违反开放封闭原则,我们如果了解开放封闭原则的话,上述代码是明显违反此原则,我们每次修改都需要进入方法内部,这是需要坚决杜绝的。
  3. 代码耦合严重,我们的数据、方法和 DOM 都是耦合在一起的,就是传说中的面条代码。

那么如何解决上述问题?

Vue 的操作就是加入了发布订阅模式,结合Object.defineProperty的劫持能力,实现了可用性很高的双向绑定。

首先,我们以发布订阅的角度看我们第一部分写的那一坨代码,会发现它的监听发布订阅都是写在一起的,我们首先要做的就是解耦。

我们先实现一个订阅发布中心,即消息管理员(Dep),它负责储存订阅者和消息的分发,不管是订阅者还是发布者都需要依赖于它。

js
let uid = 0;
// 用于储存订阅者并发布消息
class Dep {
  constructor() {
    // 设置id,用于区分新Watcher和只改变属性值后新产生的Watcher
    this.id = uid++;
    // 储存订阅者的数组
    this.subs = [];
  }
  // 触发target上的Watcher中的addDep方法,参数为dep的实例本身
  depend() {
    Dep.target.addDep(this);
  }
  // 添加订阅者
  addSub(sub) {
    this.subs.push(sub);
  }
  notify() {
    // 通知所有的订阅者(Watcher),触发订阅者的相应逻辑处理
    this.subs.forEach((sub) => sub.update());
  }
}
// 为Dep类设置一个静态属性,默认为null,工作时指向当前的Watcher
Dep.target = null;

现在我们需要实现监听者(Observer),用于监听属性值的变化。

js
// 监听者,监听对象属性值的变化
class Observer {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.walk(value);
  }
  // 遍历属性值并监听
  walk(value) {
    Object.keys(value).forEach((key) => this.convert(key, value[key]));
  }
  // 执行监听的具体方法
  convert(key, val) {
    defineReactive(this.value, key, val);
  }
}

function defineReactive(obj, key, val) {
  const dep = new Dep();
  // 给当前属性的值添加监听
  let chlidOb = observe(val);
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: () => {
      // 如果Dep类存在target属性,将其添加到dep实例的subs数组中
      // target指向一个Watcher实例,每个Watcher都是一个订阅者
      // Watcher实例在实例化过程中,会读取data中的某个属性,从而触发当前get方法
      if (Dep.target) {
        dep.depend();
      }
      return val;
    },
    set: (newVal) => {
      if (val === newVal) return;
      val = newVal;
      // 对新值进行监听
      chlidOb = observe(newVal);
      // 通知所有订阅者,数值被改变了
      dep.notify();
    },
  });
}

function observe(value) {
  // 当值不存在,或者不是复杂数据类型时,不再需要继续深入监听
  if (!value || typeof value !== "object") {
    return;
  }
  return new Observer(value);
}

那么接下来就简单了,我们需要实现一个订阅者(Watcher)。

js
class Watcher {
  constructor(vm, expOrFn, cb) {
    this.depIds = {}; // hash储存订阅者的id,避免重复的订阅者
    this.vm = vm; // 被订阅的数据一定来自于当前Vue实例
    this.cb = cb; // 当数据更新时想要做的事情
    this.expOrFn = expOrFn; // 被订阅的数据
    this.val = this.get(); // 维护更新之前的数据
  }
  // 对外暴露的接口,用于在订阅的数据被更新时,由订阅者管理员(Dep)调用
  update() {
    this.run();
  }
  addDep(dep) {
    // 如果在depIds的hash中没有当前的id,可以判断是新Watcher,因此可以添加到dep的数组中储存
    // 此判断是避免同id的Watcher被多次储存
    if (!this.depIds.hasOwnProperty(dep.id)) {
      dep.addSub(this);
      this.depIds[dep.id] = dep;
    }
  }
  run() {
    const val = this.get();
    console.log(val);
    if (val !== this.val) {
      this.val = val;
      this.cb.call(this.vm, val);
    }
  }
  get() {
    // 当前订阅者(Watcher)读取被订阅数据的最新更新后的值时,通知订阅者管理员收集当前订阅者
    Dep.target = this;
    const val = this.vm._data[this.expOrFn];
    // 置空,用于下一个Watcher使用
    Dep.target = null;
    return val;
  }
}

那么我们最后完成 Vue,将上述方法挂载在 Vue 上。

js
class Vue {
  constructor(options = {}) {
    // 简化了$options的处理
    this.$options = options;
    // 简化了对data的处理
    let data = (this._data = this.$options.data);
    // 将所有data最外层属性代理到Vue实例上
    Object.keys(data).forEach((key) => this._proxy(key));
    // 监听数据
    observe(data);
  }
  // 对外暴露调用订阅者的接口,内部主要在指令中使用订阅者
  $watch(expOrFn, cb) {
    new Watcher(this, expOrFn, cb);
  }
  _proxy(key) {
    Object.defineProperty(this, key, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get: () => this._data[key],
      set: (val) => {
        this._data[key] = val;
      },
    });
  }
}

至此,一个简单的双向绑定算是被我们实现了。

2.3 Object.defineProperty 的缺陷

其实我们升级版的双向绑定依然存在漏洞,比如我们将属性值改为数组。

js
let demo = new Vue({
  data: {
    list: [1],
  },
});

const list = document.getElementById("list");
const btn = document.getElementById("btn");

btn.addEventListener("click", function () {
  demo.list.push(1);
});

const render = (arr) => {
  const fragment = document.createDocumentFragment();
  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    const li = document.createElement("li");
    li.textContent = arr[i];
    fragment.appendChild(li);
  }
  list.appendChild(fragment);
};

// 监听数组,每次数组变化则触发渲染函数,然而...无法监听
demo.$watch("list", (list) => render(list));

setTimeout(function () {
  alert(demo.list);
}, 5000);

Object.defineProperty的第一个缺陷,无法监听数组变化。

然而Vue 的文档提到了 Vue 是可以检测到数组变化的,但是只有以下八种方法,vm.items[indexOfItem] = newValue这种是无法检测的。

    push()
    pop()
    shift()
    unshift()
    splice()
    sort()
    reverse()

其实作者在这里用了一些奇技淫巧,把无法监听数组的情况 hack 掉了,以下是方法示例。

js
const aryMethods = [
  "push",
  "pop",
  "shift",
  "unshift",
  "splice",
  "sort",
  "reverse",
];
const arrayAugmentations = [];

aryMethods.forEach((method) => {
  // 这里是原生Array的原型方法
  let original = Array.prototype[method];

  // 将push, pop等封装好的方法定义在对象arrayAugmentations的属性上
  // 注意:是属性而非原型属性
  arrayAugmentations[method] = function () {
    console.log("我被改变啦!");

    // 调用对应的原生方法并返回结果
    return original.apply(this, arguments);
  };
});

let list = ["a", "b", "c"];
// 将我们要监听的数组的原型指针指向上面定义的空数组对象
// 别忘了这个空数组的属性上定义了我们封装好的push等方法
list.__proto__ = arrayAugmentations;
list.push("d"); // 我被改变啦! 4

// 这里的list2没有被重新定义原型指针,所以就正常输出
let list2 = ["a", "b", "c"];
list2.push("d"); // 4

由于只针对了八种方法进行了 hack,所以其他数组的属性也是检测不到的,其中的坑很多,可以阅读上面提到的文档。

我们应该注意到在上文中的实现里,我们多次用遍历方法遍历对象的属性,这就引出了Object.defineProperty的第二个缺陷,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,如果属性值也是对象那么需要深度遍历,显然能劫持一个完整的对象是更好的选择。

js
Object.keys(value).forEach((key) => this.convert(key, value[key]));

3.Proxy 实现的双向绑定的特点

Proxy 在 ES2015 规范中被正式发布,它在目标对象之前架设一层“拦截”,外界对该对象的访问,都必须先通过这层拦截,因此提供了一种机制,可以对外界的访问进行过滤和改写,我们可以这样认为,Proxy 是Object.defineProperty的全方位加强版,具体的文档可以查看此处;

3.1 Proxy 可以直接监听对象而非属性

我们还是以上文中用Object.defineProperty实现的极简版双向绑定为例,用 Proxy 进行改写。

js
const input = document.getElementById("input");
const p = document.getElementById("p");
const obj = {};

const newObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    console.log(`getting ${key}!`);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function (target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key === "text") {
      input.value = value;
      p.innerHTML = value;
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

input.addEventListener("keyup", function (e) {
  newObj.text = e.target.value;
});

我们可以看到,Proxy 直接可以劫持整个对象,并返回一个新对象,不管是操作便利程度还是底层功能上都远强于Object.defineProperty

3.2 Proxy 可以直接监听数组的变化

当我们对数组进行操作(push、shift、splice 等)时,会触发对应的方法名称和length的变化,我们可以借此进行操作,以上文中Object.defineProperty无法生效的列表渲染为例。

js
const list = document.getElementById("list");
const btn = document.getElementById("btn");

// 渲染列表
const Render = {
  // 初始化
  init: function (arr) {
    const fragment = document.createDocumentFragment();
    for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
      const li = document.createElement("li");
      li.textContent = arr[i];
      fragment.appendChild(li);
    }
    list.appendChild(fragment);
  },
  // 我们只考虑了增加的情况,仅作为示例
  change: function (val) {
    const li = document.createElement("li");
    li.textContent = val;
    list.appendChild(li);
  },
};

// 初始数组
const arr = [1, 2, 3, 4];

// 监听数组
const newArr = new Proxy(arr, {
  get: function (target, key, receiver) {
    console.log(key);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function (target, key, value, receiver) {
    console.log(target, key, value, receiver);
    if (key !== "length") {
      Render.change(value);
    }
    return Reflect.set(target, key, value, receiver);
  },
});

// 初始化
window.onload = function () {
  Render.init(arr);
};

// push数字
btn.addEventListener("click", function () {
  newArr.push(6);
});

很显然,Proxy 不需要那么多 hack(即使 hack 也无法完美实现监听)就可以无压力监听数组的变化,我们都知道,标准永远优先于 hack。

3.3 Proxy 的其他优势

Proxy 有多达 13 种拦截方法,不限于 apply、ownKeys、deleteProperty、has 等等是Object.defineProperty不具备的。

Proxy 返回的是一个新对象,我们可以只操作新的对象达到目的,而Object.defineProperty只能遍历对象属性直接修改。

Proxy 作为新标准将受到浏览器厂商重点持续的性能优化,也就是传说中的新标准的性能红利。

当然,Proxy 的劣势就是兼容性问题,而且无法用 polyfill 磨平,因此 Vue 的作者才声明需要等到下个大版本(3.0)才能用 Proxy 重写。

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