JavaScript的Proxy-Reflect和响应式原理

一. Proxy/Reflect

1.1. 监听对象的操作

我们先来看一个需求：有一个对象，我们希望监听这个对象中的属性被设置或获取的过程

通过我们前面所学的知识，能不能做到这一点呢？
其实是可以的，我们可以通过之前的属性描述符中的存储属性描述符来做到；

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

Object.keys(obj).forEach(key => {
  let value = obj[key];

  Object.defineProperty(obj, key, {
    set: function (newValue) {
      console.log(`监听到给${key}设置值`);
      value = newValue;
    },
    get: function () {
      console.log(`监听到获取${key}的值`);
      return value;
    }
  });
});

obj.name = "kobe";
obj.age = 30;
console.log(obj.name);
console.log(obj.age);

上面这段代码就利用了前面讲过的 Object.defineProperty 的存储属性描述符来对属性的操作进行监听。

但是这样做有什么缺点呢？

首先，Object.defineProperty 设计的初衷，不是为了去监听截止一个对象中所有的属性的。
我们在定义某些属性的时候，初衷其实是定义普通的属性，但是后面我们强行将它变成了数据属性描述符。
其次，如果我们想监听更加丰富的操作，比如新增属性、删除属性，那么 Object.defineProperty 是无能为力的。

所以我们要知道，存储数据描述符设计的初衷并不是为了去监听一个完整的对象。

1.2. Proxy 基本使用

在 ES6 中，新增了一个 Proxy 类，这个类从名字就可以看出来，是用于帮助我们创建一个代理的：

也就是说，如果我们希望监听一个对象的相关操作，那么我们可以先创建一个代理对象（Proxy 对象）；
之后对该对象的所有操作，都通过代理对象来完成，代理对象可以知道我们想要对原对象进行哪些操作；

我们可以将上面的案例用 Proxy 来实现一次：

首先，我们需要 new Proxy 对象，并且传入需要侦听的对象以及一个处理对象，可以称之为 handler；
const p = new Proxy(target, handler)
其次，我们之后的操作都是直接对 Proxy 的操作，而不是原有的对象，因为我们需要在 handler 里面进行侦听；

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

const objProxy = new Proxy(obj, {});
objProxy.name = "kobe";
objProxy.age = 30;

console.log(objProxy.name);
console.log(objProxy.age);

如果我们想要侦听某些具体的操作，那么就可以在 handler 中添加对应的捕捉器（Trap）：

set 和 get 分别对应的是函数类型；
set 函数有四个参数：
target：目标对象（侦听的对象）；
property：将被设置的属性 key；
value：新属性值；
receiver：调用的代理对象；
get 函数有三个参数：
target：目标对象（侦听的对象）；
property：被获取的属性 key；
receiver：调用的代理对象；

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

const objProxy = new Proxy(obj, {
  set: function (target, key, value) {
    console.log(`侦听到代理对象被set操作`, target, key, value);
  },
  get: function (target, key) {
    console.log(`侦听到代理对象被get操作`, target, key);
  }
});

objProxy.name = "kobe";
objProxy.age = 30;

console.log(objProxy.name);
console.log(objProxy.age);

1.3. Proxy 其他捕捉器

Proxy 一共有 13 个捕捉器：

所有的捕捉器都是可选的，如果没有定义某个捕捉器，那么就会保留对象的默认行为；

13 个活捉器分别是做什么的呢？

handler.getPrototypeOf()
Object.getPrototypeOf 方法的捕捉器。
handler.setPrototypeOf()
Object.setPrototypeOf 方法的捕捉器。
handler.isExtensible()
Object.isExtensible 方法的捕捉器。
handler.preventExtensions()
Object.preventExtensions 方法的捕捉器。
handler.getOwnPropertyDescriptor()
Object.getOwnPropertyDescriptor 方法的捕捉器。
handler.defineProperty()
Object.defineProperty 方法的捕捉器。
handler.ownKeys()
Object.getOwnPropertyNames 方法和 Object.getOwnPropertySymbols 方法的捕捉器。
handler.has()
in 操作符的捕捉器。
handler.get()
属性读取操作的捕捉器。
handler.set()
属性设置操作的捕捉器。
handler.deleteProperty()
delete 操作符的捕捉器。
handler.apply()
函数调用操作的捕捉器。
handler.construct()
new 操作符的捕捉器。

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

const objProxy = new Proxy(obj, {
  has: function (target, key) {
    console.log("has捕捉器", key);
    return key in target;
  },
  set: function (target, key, value) {
    console.log("set捕捉器", key);
    target[key] = value;
  },
  get: function (target, key) {
    console.log("get捕捉器", key);
    return target[key];
  },
  deleteProperty: function (target, key) {
    console.log("delete捕捉器");
    delete target[key];
  }
});

console.log("name" in objProxy);

objProxy.name = "kobe";
console.log(objProxy.name);

delete objProxy.name;

当然，我们还会看到捕捉器中还有 construct 和 apply，它们是应用于函数对象的：

function foo() {
  console.log("foo函数被调用了", this, arguments);
  return "foo";
}

const fooProxy = new Proxy(foo, {
  apply: function (target, thisArg, otherArgs) {
    console.log("函数的apply侦听");
    return target.apply(thisArg, otherArgs);
  },
  construct(target, argArray, newTarget) {
    console.log(target, argArray, newTarget);
    return new target();
  }
});

const result = fooProxy.apply({ name: "why" }, ["aaa", "bbb"]);
console.log(result);

const f = new fooProxy("abc", "cba");
console.log(f);

1.4. Reflect 的使用

Reflect 也是 ES6 新增的一个 API，它是一个对象，字面的意思是反射。

那么这个 Reflect 有什么用呢？

它主要提供了很多操作 JavaScript 对象的方法，有点像 Object 中操作对象的方法；
比如 Reflect.getPrototypeOf(target)类似于 Object.getPrototypeOf()；
比如 Reflect.defineProperty(target, propertyKey, attributes)类似于 Object.defineProperty() ；

如果我们有 Object 可以做这些操作，那么为什么还需要有 Reflect 这样的新增对象呢？

这是因为在早期的 ECMA 规范中没有考虑到这种对 对象本身 的操作如何设计会更加规范，所以将这些 API 放到了 Object 上面；
但是 Object 作为一个构造函数，这些操作实际上放到它身上并不合适；
另外还包含一些类似于 in、delete 操作符，让 JS 看起来是会有一些奇怪的；
所以在 ES6 中新增了 Reflect，让我们这些操作都集中到了 Reflect 对象上；

那么 Object 和 Reflect 对象之间的 API 关系，可以参考 MDN 文档：

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global\_Objects/Reflect/Comparing\_Reflect\_and\_Object\_methods

Reflect 中有哪些常见的方法呢？它和 Proxy 是一一对应的：

Reflect.getPrototypeOf(target)
类似于 Object.getPrototypeOf()。
Reflect.setPrototypeOf(target, prototype)
设置对象原型的函数. 返回一个 Boolean，如果更新成功，则返回 true。
Reflect.isExtensible(target)
类似于 Object.isExtensible()
Reflect.preventExtensions(target)
类似于 Object.preventExtensions()。返回一个 Boolean。
Reflect.getOwnPropertyDescriptor(target, propertyKey)
类似于 Object.getOwnPropertyDescriptor()。如果对象中存在该属性，则返回对应的属性描述符, 否则返回 undefined.
Reflect.defineProperty(target, propertyKey, attributes)
和 Object.defineProperty() 类似。如果设置成功就会返回 true
Reflect.ownKeys(target)
返回一个包含所有自身属性（不包含继承属性）的数组。(类似于 Object.keys(), 但不会受 enumerable 影响).
Reflect.has(target, propertyKey)
判断一个对象是否存在某个属性，和 in 运算符的功能完全相同。
Reflect.get(target, propertyKey[, receiver])
获取对象身上某个属性的值，类似于 target[name]。
Reflect.set(target, propertyKey, value[, receiver])
将值分配给属性的函数。返回一个 Boolean，如果更新成功，则返回 true。
Reflect.deleteProperty(target, propertyKey)
作为函数的 delete 操作符，相当于执行 delete target[name]。
Reflect.apply(target, thisArgument, argumentsList)
对一个函数进行调用操作，同时可以传入一个数组作为调用参数。和 Function.prototype.apply() 功能类似。
Reflect.construct(target, argumentsList[, newTarget])
对构造函数进行 new 操作，相当于执行 new target(…args)。

那么我们可以将之前 Proxy 案例中对原对象的操作，都修改为 Reflect 来操作：

const obj = {
  name: "why",
  age: 18,
  set height(newValue) {}
};

const objProxy = new Proxy(obj, {
  has: function (target, key) {
    return Reflect.has(target, key);
  },
  set: function (target, key, value) {
    return Reflect.set(target, key, value);
  },
  get: function (target, key) {
    return Reflect.get(target, key);
  },
  deleteProperty: function (target, key) {
    return Reflect.deleteProperty(target, key);
  }
});

console.log("name" in objProxy);

objProxy.name = "kobe";
console.log(objProxy.name);

delete objProxy.name;
console.log(objProxy);

1.5. Receiver 作用

我们发现在使用 getter、setter 的时候有一个 receiver 的参数，它的作用是什么呢？

如果我们的源对象（obj）有 setter、getter 的访问器属性，那么可以通过 receiver 来改变里面的 this；

我们来看这样的一个对象：

const obj = {
  name: "why",
  age: 18,
  _height: 1.88,
  set height(newValue) {
    this._height = newValue;
  },
  get height() {
    return this._height;
  }
};

在创建它的代理，并且使用 Reflect 的时候，我们最好传入 receiver 参数：

如果不使用 receiver，那么在 setter 和 getter 中访问到的 this 是 obj 对象；

1.6. construct 使用

function Student(name, age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
}

function Animal() {}

const stu = Reflect.construct(Student, ["why", 18], Animal);

console.log(stu.__proto__ === Animal.prototype); // true

二. 响应式原理

2.1. 什么是响应式？

我们先来看一下响应式意味着什么？我们来看一段代码：

m 有一个初始化的值，有一段代码使用了这个值；
那么在 m 有一个新的值时，这段代码可以自动重新执行；

let m = 20;
console.log(m);
console.log(m * 2);
m = 40;

上面的这样一种可以自动响应数据变量的代码机制，我们就称之为是响应式的。

那么我们再来看一下对象的响应式：

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

let newName = obj.name;
console.log(obj.name);

obj.name = "lilei";

响应式原理

2.2. 响应式的设计

那么这种响应式我们应该怎么去设计呢？

2.2.1. 响应式函数设计

首先，执行的代码中可能不止一行代码，所以我们可以将这些代码放到一个函数中：

const obj = {
  name: "why",
  age: 18
};

function foo() {
  let newName = obj.name;
  console.log(obj.name);
}

那么我们的问题就变成了，当数据发生变化时，自动去执行某一个函数：

响应式函数

但是有一个问题：在开发中我们是有很多的函数的，我们如何区分一个函数需要响应式，还是不需要响应式呢？

很明显，下面的函数中 foo 需要在 obj 的 name 发生变化时，重新执行，做出相应；
bar 函数是一个完全独立于 obj 的函数，它不需要执行任何响应式的操作；

function foo() {
  let newName = obj.name;
  console.log(obj.name);
}

function bar() {
  const result = 20 + 30;
  console.log(result);
  console.log("Hello World");
}

但是我们怎么区分呢？

这个时候我们封装一个新的函数 watchFn；
凡是传入到 watchFn 的函数，就是需要响应式的；
其他默认定义的函数都是不需要响应式的；

function watchFn(fn) {}

// 需要响应式的函数
watchFn(function foo() {
  let newName = obj.name;
  console.log(obj.name);
});

// 不需要响应式的函数
function bar() {
  const result = 20 + 30;
  console.log(result);
  console.log("Hello World");
}

比如下面的两个函数都是需要响应式的：

watchFn(function () {
  let newName = obj.name;
  console.log(obj.name);
});

watchFn(function () {
  console.log("my name is " + obj.name);
});

那么我们可以对 watchFn 进行函数的收集和保存：

const reactiveFns = [];

function watchFn(fn) {
  reactiveFns.push(fn);
  fn();
}

2.2.2. 响应式依赖收集

目前我们收集的依赖是放到一个数组中来保存的，但是这里会存在数据管理的问题：

我们在实际开发中需要监听很多对象的响应式；
这些对象需要监听的不只是一个属性，它们很多属性的变化，都会有对应的响应式函数；
我们不可能在全局维护一大堆的数组来保存这些响应函数；

所以我们要设计一个类，这个类用于管理某一个对象的某一个属性的所有响应式函数：

相当于替代了原来的简单 reactiveFns 的数组；

class Depend {
  constructor() {
    this.reactiveFns = [];
  }
  addDepend(fn) {
    this.reactiveFns.push(fn);
  }
  notify() {
    this.reactiveFns.forEach(fn => {
      fn();
    });
  }
}

那么我们收集依赖的地方代码应该变成下面的代码：

const dep = new Depend();

function watchFn(fn) {
  dep.addDepend(fn);
  fn();
}

2.2.3. 监听对象的变化

那么我们接下来就可以通过之前学习的方式来监听对象的变量：

方式一：通过 Object.defineProperty 的方式（vue2 采用的方式）；
方式二：通过 new Proxy 的方式（vue3 采用的方式）；

我们这里先以 Proxy 的方式来监听：

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function (target, key, value, receiver) {
    console.log("设置了新的值", key, value);
    Reflect.set(target, key, value, receiver);
    dep.notify();
  }
});

proxyObj.name = "lilei";

2.2.4. 对象依赖的管理

我们目前是创建了一个 Depend 对象，用来管理对于 name 变化需要监听的响应函数：

但是实际开发中我们会有不同的对象，另外会有不同的属性需要管理；
我们如何可以使用一种数据结构来管理不同对象的不同依赖关系呢？

在前面我们刚刚学习过 WeakMap，并且在学习 WeakMap 的时候我讲到了后面通过 WeakMap 如何管理这种响应式的数据依赖：

依赖对象的管理

我们可以写一个 getDepend 函数专门来管理这种依赖关系：

const targetMap = new WeakMap();

function getDepends(obj, key) {
  // 根据对象获取对应的Map对象
  let objMap = targetMap.get(obj);
  if (!objMap) {
    objMap = new Map();
    targetMap.set(obj, objMap);
  }

  // 根据key获取Depend对象
  let depend = objMap.get(key);
  if (!depend) {
    depend = new Depend();
    objMap.set(key, depend);
  }

  return depend;
}

但是目前我们在 set 中获取到的 depend 只是一个对象，它里面是不包含我们想要的依赖函数的：

注意 set 获取到的虽然是一个 depend 对象，但是里面是没有依赖的；

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  },
  set: function (target, key, value, receiver) {
    console.log("设置了新的值", key, value);
    Reflect.set(target, key, value, receiver);
    const dep = getDepends(target, key);
    dep.notify();
  }
});

2.2.5. 正确的收集依赖

我们之前收集依赖的地方是在 watchFn 中：

但是这种收集依赖的方式我们根本不知道是哪一个 key 的哪一个 depend 需要收集依赖；
你只能针对一个单独的 depend 对象来添加你的依赖对象；

function watchFn(fn) {
  dep.addDepend(fn);
  fn();
}

那么正确的应该是在哪里收集呢？应该在我们调用了 Proxy 的 get 捕获器时

因为如果一个函数中使用了某个对象的 key，那么它应该被收集依赖；

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  }
});

当我们的依赖函数中使用了某个对象的某个 key 时，那么这个函数应该要被收集依赖：

watchFn(function () {
  let newName = proxyObj.name;
  console.log(proxyObj.name);
});

watchFn(function () {
  console.log("my name is " + proxyObj.name);
});

所以 get 函数应该改成下面的代码：

但是这个代码有一个问题，我们怎么去拿到响应函数，并且将其添加进来呢？

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    const dep = getDepends(target, key);
    dep.addDepend();
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  }
});

我们可以先修改收集依赖的函数：

let reactiveFn = null;

function watchFn(fn) {
  // dep.addDepend(fn)
  reactiveFn = fn;
  fn();
  reactiveFn = null;
}

然后在 get 函数中修改成如下的代码：

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    const dep = getDepends(target, key);
    dep.addDepend(reactiveFn);
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  }
});

2.2.6. 对 Depend 重构

但是这里有两个问题：

问题一：如果函数中有用到两次 key，比如 name，那么这个函数会被收集两次；
问题二：我们并不希望将添加 reactiveFn 放到 get 中，以为它是属于 Dep 的行为；

所以我们需要对 Depend 类进行重构：

解决问题一的方法：不使用数组，而是使用 Set；
解决问题二的方法：添加一个新的方法，用于收集依赖；

let reactiveFn = null;

class Depend {
  constructor() {
    this.reactiveFns = new Set();
  }
  addDepend(fn) {
    this.reactiveFns.push(fn);
  }
  depend() {
    if (reactiveFn) {
      this.reactiveFns.add(reactiveFn);
    }
  }
  notify() {
    this.reactiveFns.forEach(fn => {
      fn();
    });
  }
}

那么在 get 方法中，我们只需要直接去调用 depend 方法即可：

const proxyObj = new Proxy(obj, {
  get: function (target, key, receiver) {
    const dep = getDepends(target, key);
    dep.depend();
    return Reflect.get(target, key, receiver);
  }
});

2.2.7. 创建响应式对象

我们目前的响应式是针对于 obj 一个对象的，我们可以创建出来一个函数，针对所有的对象都可以变成响应式对象：

function reactive(obj) {
  return new Proxy(obj, {
    get: function (target, key, receiver) {
      const dep = getDepends(target, key);
      dep.depend();
      return Reflect.get(target, key, receiver);
    },
    set: function (target, key, value, receiver) {
      Reflect.set(target, key, value, receiver);
      const dep = getDepends(target, key);
      dep.notify();
    }
  });
}

那么如果我们有一个新的对象，就可以这样来使用了：

const obj2 = reactive({ address: "广州市" });

watchFn(function () {
  console.log("我的地址:", obj2.address);
});

obj2.address = "北京市";

2.2.8. Vue2 响应式原理

我们前面所实现的响应式的代码，其实就是 Vue3 中的响应式原理：

Vue3 主要是通过 Proxy 来监听数据的变化以及收集相关的依赖的；
Vue2 中通过我们前面学习过的 Object.defineProerty 的方式来实现对象属性的监听；

我们可以将 reactive 函数进行如下的重构：

首先，在传入对象时，我们可以遍历所有的 key，并且通过属性存储描述符来监听属性的获取和修改；
在 setter 和 getter 方法中的逻辑和前面的 Proxy 是一致的；

function reactive2(obj) {
  Object.keys(obj).forEach(key => {
    let value = obj[key];
    
    Object.defineProperty(obj, key, {
      get: function () {
        const dep = getDepends(obj, key);
        dep.depend();
        return value;
      },
      set: function (newValue) {
        const dep = getDepends(obj, key);
        value = newValue;
        dep.notify();
      }
    });
  });
  return obj;
}

文章转载于coderwhy | JavaScript 高级系列（十六） - Proxy-Reflect 和响应式原理