Vue.js 是当前流行的一款渐进式 JavaScript 框架，其主要特点之一是响应式编程。Vue.js 的响应式系统让数据的变化驱动了页面的变化，降低了前端编程的复杂度。在本文中，我们将介绍 Vue.js 的响应式原理。

Vue.js 的响应式系统

当一个 Vue.js 应用启动时，Vue.js 会将所有的数据转换为响应式数据，这些响应式数据会与模板中的 DOM 元素建立关联，当发生数据更新时，Vue.js 会自动更新模板。这种机制被称为“响应式系统”，Vue.js 中使用一个 Watcher 来观察每一个响应式数据，当数据改变时触发更新。

响应式数据的创建

Vue.js 中采用了 Object.defineProperty 方法来实现响应式数据。Object.defineProperty 方法可以在一个对象上定义一个新属性或修改一个已有属性，包含以下几个参数：

• obj：要在其上定义属性的对象；

• prop：要定义或修改的属性的名称；

• descriptor：将被定义或修改的属性的描述符。

Vue.js 将每一个响应式数据对象添加一个标识，并在其中存储了关于该对象的观察者 Watcher 信息。Vue.js 通过该方法来监听数据的变化并触发更新。

以下代码展示了如何使用 Object.defineProperty 来创建响应式数据：

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

依赖收集

依赖收集是 Vue.js 最重要的特性之一。当 Vue.js 遇到了一个取值操作（如 obj.prop），它会通过一个全局定义的变量（称为 Dep）将该取值操作与当前激活的 Watcher 进行关联。这个 Watcher 就是数据的依赖。

当响应式数据发生改变时，该数据的 Set 方法会通知所有的 Watcher 更新，这些 Watcher 就会根据自身的依赖重新计算其所对应的组件，然后更新视图。

下面是一个代码示例：

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 方法用于将当前 Watcher 加入到依赖中。

Watcher

Watcher 是 Vue.js 实现响应式编程的核心。它的作用是存储被观察的数据以及依赖，当被观察的数据被修改时，Watcher 会通知所有的依赖重新计算。

下面是一个 Watcher 的基础实现：

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
    }
  }
}

响应式系统的局限性

虽然 Vue.js 的响应式系统可以很好地工作，但是也有一些局限性。比如：

• 数组变化时 Vue.js 无法识别以下操作：直接通过数组下标设置元素，Array.prototype.push()，Array.prototype.pop()，Array.prototype.shift()，Array.prototype.unshift()，Array.prototype.splice()，Array.prototype.sort()，Array.prototype.reverse()

Vue3的响应式

以上主要是Vue2.x的响应式原理，下面是Vue3.x的响应式原理。

Vue3.x引入了一个新的响应式API，即Proxy API，来代替Vue2.x中使用的Object.defineProperty实现。使用Proxy API可以使得Vue3.x在性能上更加优越，并且可以更灵活地处理动态添加和删除的属性，以及能实现对Map、Set等JavaScript数据结构的响应式处理。

Vue3.x中，响应式系统的核心依然是劫持核心对象的getter方法，来监听属性值的变化，但是与Vue2.x不一样的是，Vue3.x使用了Proxy API，将一个对象包装在一个代理层之中，从而在代理层进行拦截和监听。

下面是Vue3.x中响应式系统的实现代码：

const mutableHandlers = {
  get: function(target, key) {
    const res = Reflect.get(target, key)
    track(target, key) // 响应式收集依赖
    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) {
      // 新添加的属性
      trigger(target, 'add', key, val)
      trigger(target, 'set', key, val)
    } else if (val !== oldVal) {
      // 已有的属性
      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)
}

在这个实现中，mutableHandlers是一个对象，其中的get和set方法是拦截属性访问和设置的方法。当使用reactive函数劫持一个对象时，会返回该对象的代理对象，该代理对象可以处理这些操作，从而使得可以在这些操作中收集依赖和触发更新。

在创建代理对象的过程中，对对象进行递归处理，将对象中的所有属性都转换为响应式属性。当访问代理对象中的一个属性值时，该值会被代理，并且如果该值是一个对象，则会递归创建它的代理对象。

除了使用Proxy API来实现响应式系统之外，Vue3.x的响应式系统还引入了新的API，比如ref和computed。这些API可以帮助我们更加方便地处理响应式数据，并且可以减少开发的工作量、减少代码的复杂度。

总结

本文主要介绍了Vue2.x和Vue3.x响应式系统的实现原理。Vue3.x采用了新的Proxy API替代了Object.defineProperty API，提升了性能，解决了某些场景下响应式更新不正确的问题，并且可以处理动态属性和Map、Set等数据结构的响应式。此外，新增了`ref`和`computed` API，提供更好的性能和易用性。总的来说，Vue3.x响应式系统在性能、灵活性和易用性方面都有显著的改进，可以更高效地创建易于维护的响应式应用。