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响应式原理模拟

mvvm响应式原理

Vue.js是当前比较火的JavaScript MVVM(Model View ViewModel),数据,视图,视图模型)库,它跟以往的不同之处在于,之前更多的是手动操作Dom,现在是以数据为驱动,本篇文章通过对数据驱动数据响应式的核心原理发布订阅模式观察者模式这几个知识点的学习,然后模拟vue响应式原理,实现一个简单小版本的Vue。

数据驱动

说到数据驱动,首先对数据响应式双向绑定数据驱动 这三个模块进行一个简单介绍

  • 数据响应式
    数据响应式中的数据指的是数据模型,数据模型仅仅是普通的JavaScript对象,数据响应式的核心指的是当我们修改数据时,视图会进行更新,避免了繁琐的DOM操作,提高开发效率。
  • 双向绑定
    数据改变,视图改变;视图改变,数据也随之改变;我们可以使用v-model在表单元素上创建双向数据绑定。
  • 数据驱动
    这个是Vue最独特的特性之一,让我们在开发过程中仅需要关注数据本身,不需要关心数据是如何渲染到视图的。

    数据响应式的核心原理

    Vue2.x

    Vue2.x的核心是通过Object.defineProperty把数据转成getter/setter让Vue能够追踪依赖,在数据被访问和修改时,可以进行进行数据劫持通知变更。
  • Vue2.x响应式原理
  • MDN-Object.defineProperty
  • Object.defineProperty 是 ES5 中一个无法 shim(在一个旧的环境中模拟出一个新 API ,而且仅靠旧环境中已有的手段实现,以便所有的浏览器具有相同的行为)的特性,这也就是 Vue 不支持 IE8 以及更低版本浏览器的原因。
  • Vue 官方对于 ie 浏览器版本兼容情况的描述是 ie9+,即是 ie9 及更高的版本。经过测试,Vue 的核心框架 vuejs本身,以及生态的官方核心插件(VueRouter、Vuex等)均可以在 ie9 上正常使用。解决方案是使用 babel-polyfill,它可以将 es6 的代码翻译成低版本浏览器可以识别的 es5 代码.

Object.defineProperty基本使用:

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>defineProperty</title>
</head>
<body>
<div id="app">
hello
</div>
<script>
// 模拟 Vue中的data选项
let data = {
msg: 'Hello'
}
// 模拟vue实例
let vm = {}
// 数据劫持:当访问者或者访问vm中成员的时候,做一些干预操作
// 三个参数:1.对象 2.对象增加的属性 3.属性描述
Object.defineProperty(vm, 'msg', {
// 可枚举(可遍历)
enumerable: true,
// 可配置(可以使用delete删除,或可以通过 defineProperty 重新定义)
configurable: true,
// 当获取值的时候执行
get(){
console.log('get:',data.msg)
},
// 当设置值的时候执行
set(newValue){
console.log('set:',newValue)
if(newValue == data.msg){
return
}
data.msg = newValue
// 数据更改,更新DOM的值
document.querySelector('#app').textContent = data.msg
}
})
</script>
</body>
</html>

在控制台通过vm.msg获取值的时候,触发了get的方法,通过vm.msg='xxx',触发了set的方法,效果如下:
控制台展示
以上代码模拟的是对一个对象中一个属性msg的转换getter/setter,那么如果一个对象中多个属性需要转换getter/setter如何处理呢?
思路如下:通过 Object.keys()遍历,然后再转换成vm的setter/getter

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>defineProperty</title>
</head>
<body>
<div id="app">
hello
</div>
<script>
// 模拟 Vue中的data选项
let data = {
msg: 'Hello',
count: 100
}
// 模拟vue实例
let vm = {}

proxyData(data)

function proxyData(data){
// 遍历data对象中的所有属性
Object.keys(data).forEach(key=>{
// 把data 中的属性,转换成vm的setter/getter
Object.defineProperty(vm, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
console.log('get:', key, data[key])
return data[key]
},
set(newValue){
console.log('set:', key, newValue)
if(newValue === data[key]){
return
}
data[key] = newValue
// 数据更改,更新DOM的值
document.querySelector('#app').textContent = data[key]
}
})
})
}
</script>
</body>
</html>

Vue3.x

Vue3.x核心的是通过Proxy把数据转成getter/setter让Vue能够追踪依赖。

  • MDN-Proxy
  • 直接监听对象,并非属性
  • ES6 中新增,IE不支持,性能由浏览器优化(比Object.defineProperty好)

使用如下:

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>Document</title>
</head>
<body>
<div id="app">
hello
</div>
<script>
// 模拟Vue 中 data选项
let data = {
msg: 'hello',
count: 10
}
// 模拟Vue实例
let vm = new Proxy(data, { // 第一个参数:代理对象, 第二参数:执行代理行为的函数
// 当访问vm 的成员会执行
// 两个参数,1: 代理的目标对象,2:要访问的哪个属性
get(target, key){
console.log('set, key:', key, target[key])
return target[key]
},
// 当设置vm 的成员会执行
// 三个参数: 1:代理的目标对象,2:设置的哪个属性, 3:设置的新的值
set(target,key,newValue){
console.log('set,key:', key, newValue)
if(target[key] === newValue){
return
}
target[key] = newValue
document.querySelector("#app").textContent = newValue
}
})
</script>
</body>
</html>

发布订阅模式 & 观察者模式

发布订阅模式

通俗理解,假设存在一个“信号中心”,某个任务执行完毕,就向信号中心“发布”一个信号,其他任务可以向信号中心“订阅”这个信号,从而知道什么时候自己可以开始执行,这就叫发布/订阅模式

  • 订阅者
  • 发布者
  • 信号中心

在Vue中的事件机制和Node中的事件就是给予发布订阅模式的,下面兄弟组件通信过程为例:

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<script>
// eventBus.js
// 事件中心
let eventHub = new Vue();

// 组件 ComponentA.vue
// 发布者
addTodo: function(){
// 发布消息(事件)
eventHub.$emit('add-todo', { text: this.newTodoText })
this.newTodoText = ''
}

// 组件 ComponentB.vue
// 订阅号
created: function(){
// 订阅消息(事件)
eventHub.$on('add-todo',this.addTodo )
}
</script>
Vue自定义事件的实现

页面中事件使用写法:

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<script>
// vue 自定义事件
let vm = new Vue()
// vm内部的变量是一个对象的形式,对象的属性是事件的名称,对象的值是事件处理函数
// vm内部:{'click':[fn1,fn2], 'change':['fn3']}

// 注册事件(订阅消息)
vm.$on('dataChange', ()=>{
console.log('dataChange')
})

vm.$on('dataChange', ()=>{
console.log('dataChange1')
})

// 触发事件(发布消息)
vm.$emit('dataChange')

// 当通过vm.$emit触发事件的时候,就会去内部去找到对应的属性,然后去执行对应属性后面的函数
</script>

实现方法:

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<script>
// 事件触发器
class EventEmitter{
constructor(){
// { 'click':[ fn1, fn2 ], 'change':[ fn ] }
this.subs = Object.create(null)
}
// 注册事件 eventType:事件名称 handler: 事件函数
$on(eventType, handler) {
// 判断上面的 { 'click':[ fn1, fn2 ], 'change':[ fn ] } 对象刚开始的时候有没有值,
// 有值就直接设置进去,
// 没有值就设置成空数组
this.subs[eventType] = this.subs[eventType] || []
this.subs[eventType].push(handler)
}

// 触发事件
$emit(eventType) {
if(this.subs[eventType]){
this.subs[eventType].forEach(handler => {
handler()
});
}
}
}
// 测试
let em = new EventEmitter()
em.$on('click', ()=>{
console.log('click1')
})

em.$on('click', ()=>{
console.log('click2')
})

em.$emit('click')
</script>

打开浏览器在控制台中查看,打印出了click1click2

观察者模式

  • 观察者模式(订阅者)–Watcher
    • update(): 当事件发生时,具体要做的事情
  • 目标(发布者)–Dep
    • subs数组:存储所有的观察者
    • addsub(): 添加观察者
    • notify(): 当事件发生,调用所有观察者的update方法
  • 没有事件中心

简单实现:

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<script>
// 发布者--目标
class Dep {
constructor (){
// 记录所有的订阅着
this.subs = []
}
// 把订阅着添加到subs数组里
addSub(sub){
if(sub && sub.update){
this.subs.push(sub)
}
}
// 当事件发生的时候通知所有的订阅者,调用所有的订阅者update方法
notify(){
this.subs.forEach(sub=>{
sub.update()
})
}
}
// 订阅者--观察者
class Watcher{
update(){
consolel.log('update')
}
}

// 测试
let dep = new Dep()
let watcher = new Watcher()

// 将订阅者添加到发布者中,让发布者记录下来所有的观察者
dep.addSub(watcher)
dep.notify()
</script>

总结:

  • 观察者模式是由具体目标调度,比如当前事件触发,Dep就会去调用观察者的方法,所以观察者模式的订阅者与发布者之间存在依赖的
  • 发布/订阅模式由统一调度中心调用,因此发布者和订阅者不需要知道对方的存在
    image

模拟Vue响应式原理

前面的 数据响应式原理发布/订阅模式观察者模式都了解之后,将前面的这些方法结合起来,然后模拟一个简单的Vue,在准备模拟开发一个Vue前,首页要对vue的整体结构有个认识,结构如下:
image
主要实现 VueObserverDepWatcherCompiler 五种,接着具体分析

Vue

  • 负责接收初始化的参数(选项),把data中的成员注入到Vue实例
  • 负责把data中的属性注入到Vue实例,转换成getter/setter
  • 负责调用observer监听data中所有属性变化
  • 负责调用compiler解析指令/差值表达式

创建一个minVue/index.html文件

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<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<title>mini Vue</title>
</head>
<body>
<div id="app">
<h1>差值表达式</h1>
<h3>{{ msg }}</h3>
<h3>{{ count }}</h3>
<h1>v-text</h1>
<div v-text="msg"></div>
<h1>v-model</h1>
<input type="text" v-model="msg">
<input type="text" v-model="count">
</div>
<script src="./js/vue.js"></script>
<script>
let vm = new Vue({
el: "#app",
data:{
msg: 'hello',
count: 1000
}
})
</script>
</body>
</html>

创建一个minVue/js/vue.js文件

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class Vue{
constructor(options){
// 1.通过属性保存选项的数据
this.$options = options || {}
this.$data = options.data || {}
this.$el = typeof options.el === 'string'?document.querySelector(options.el):options.el
// 2.把data中的成员转换成getter/setter,注入到vue实例中
this._proxyData(this.$data)
// 3.调用Observer对象,监听数据变化
// 4.调用compiler对象,解析指令和差值表达式
}
// 代理数据
_proxyData(data){
// 遍历data中的所有属性
Object.keys(data).forEach(key => {
// 注意:这里的this是上面constructor里面调用函数时候的this,也就是vue实例

// 把data的属性注入到vue实例中
Object.defineProperty(this, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
return data[key]
},
set(newValue){
if(newValue === data[key]){
return
}
data[key] = newValue
}

})
});
}
}

Observer

  • 负责把data选项中的属性转换成响应式数据进行监听
  • 如果data中的某个属性是对象,把该属性转换成响应式数据
  • 如有变化可拿到最新值并通知Dep

创建minVue/js/observer.js文件

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class Observer{
constructor(data){
this.walk(data)
}
// 遍历对象所有属性
walk(data){
// 1.判断data是否是对象
if(!data || typeof data !== 'object'){
return
}
// 2.遍历data对象的所有属性
Object.keys(data).forEach(key=>{
this.defineReactive(data, key, data[key])
})
}

// 调用Object.defineProperty 把属性转成getter 和setter
// 三个参数: 1.对象 2.key属性 3.属性对应的值
defineReactive(obj, key, val){
let that = this
// 如果val是对象,把val内部的属性转换成响应式
this.walk(val)

Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
return val // 不能传obj[key],不然会出现死递归,通过传第三个参数val闭包来解决
},
set(newValue){
if(newValue === val){
return
}
val = newValue
// 如果新赋值的属性是对象进行响应式
that.walk(newValue)

// 发送通知
}

})
}
}

vue.js文件中调用Observer对象,监听数据变化

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class Vue{
constructor(options){
// 1.通过属性保存选项的数据
this.$options = options || {}
this.$data = options.data || {}
this.$el = typeof options.el === 'string'?document.querySelector(options.el):options.el
// 2.把data中的成员转换成getter/setter,注入到vue实例中
this._proxyData(this.$data)
// 3.调用Observer对象,监听数据变化
new Observer(this.$data)
// 4.调用compiler对象,解析指令和差值表达式
}
// 代理数据
_proxyData(data){
// 遍历data中的所有属性
Object.keys(data).forEach(key => {
// 注意:这里的this是上面constructor里面调用函数时候的this,也就是vue实例

// 把data的属性注入到vue实例中
Object.defineProperty(this, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
return data[key]
},
set(newValue){
if(newValue === data[key]){
return
}
data[key] = newValue
}

})
});
}
}

Compiler

  • 负责编译模版,解析指令/差值表达式
  • 负责页面的首次渲染
  • 当数据变化后重新渲染试图

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class Compiler{
constructor(vm){
this.el = vm.$el
this.vm = vm
this.compile(this.el)
}
// 编译模版,处理文本节点和元素节点
compile(el){
let childNodes = el.childNodes
Array.from(childNodes).forEach(node=>{
// 处理文本节点
if(this.isTextNode(node)){
this.compileText(node)
}else if(this.isElementNode(node)){
// 处理元素节点
this.compileElement(node)
}

// 判断node节点,是否是子节点,如果有子节点,要递归调用compile
if(node.childNodes && node.childNodes.length){
this.compile(node)
}
})
}
// 编译元素节点,处理指令
compileElement(node){
console.log(node.attributes)
// 遍历所有的属性节点
Array.from(node.attributes).forEach(attr=>{
// 判断是否是指令
let attrName = attr.name
if(this.isDirective(attrName)){ // 判断属性是否是指令( 以 v- 开头 )
// v-text --> text
attrName = attrName.substr(2)
let key = attr.value
this.update(node, key, attrName) // 判断什么样的指令,对应的处理方法
}
})
}

update(node, key, attrName){
let updateFn = this[attrName + 'Updater'] // 用于判断使用哪一个处理指令的函数
updateFn && updateFn(node, this.vm[key]) // 对应的处理方法
}

// 处理 v-text 指令
textUpdater(node, value){
node.textContent = value
}

// 处理v-model指令
modelUpdater(node, value){
node.value = value
}

// 编译文本节点,处理差值表达式
compileText(node){
console.dir(node) // 以对象形式打印
// {{ msg }} 去正则表达式匹配差值表达式
let reg = /\{\{(.+?)\}\}/
// 获取文本内容
let value = node.textContent
if(reg.test(value)){
let key = RegExp.$1.trim() // 获取到的是正则中 (.+?) 匹配到值,去除空格
node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key]) // 文本节点中的插值表达式替换(替换花括号中值)
}

}
// 判断元素属性是否是指令
isDirective(attrName){
return attrName.startsWith('v-')
}
// 判断节点是否是文本节点
isTextNode(node){
return node.nodeType === 3
}
// 判断节点是否是元素节点
isElementNode(node){
return node.nodeType === 1
}
}

vue.js文件中,第四步需要调用compiler对象,解析指令和差值表达式

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class Vue{
constructor(options){
// 1.通过属性保存选项的数据
this.$options = options || {}
this.$data = options.data || {}
this.$el = typeof options.el === 'string'?document.querySelector(options.el):options.el
// 2.把data中的成员转换成getter/setter,注入到vue实例中
this._proxyData(this.$data)
// 3.调用Observer对象,监听数据变化
new Observer(this.$data)
// 4.调用compiler对象,解析指令和差值表达式
new Compiler(this)
}
// 代理数据
_proxyData(data){
// 遍历data中的所有属性
Object.keys(data).forEach(key => {
// 注意:这里的this是上面constructor里面调用函数时候的this,也就是vue实例

// 把data的属性注入到vue实例中
Object.defineProperty(this, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
return data[key]
},
set(newValue){
if(newValue === data[key]){
return
}
data[key] = newValue
}
})
});
}
}

Dep(Dependency)

  • 收集依赖,添加观察者(watcher)
  • 通知所有观察者
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    minVue/js/dep.js文件
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    class Dep {
    constructor () {
    // 存储所有的观察者
    this.subs = []
    }
    // 添加观察者
    addSub(sub){
    if(sub && sub.update){
    this.subs.push(sub)
    }
    }
    // 发送通知
    notify(){
    this.subs.forEach(sub=>{
    sub.update()
    })
    }
    }
    然后在js/observer.js中收集依赖,发送通知
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    class Observer{
    constructor(data){
    this.walk(data)
    }
    // 遍历对象所有属性
    walk(data){
    // 1.判断data是否是对象
    if(!data || typeof data !== 'object'){
    return
    }
    // 2.遍历data对象的所有属性
    Object.keys(data).forEach(key=>{
    this.defineReactive(data, key, data[key])
    })
    }

    // 调用Object.defineProperty 把属性转成getter 和setter
    // 三个参数: 1.对象 2.key属性 3.属性对应的值
    defineReactive(obj, key, val){
    let that = this
    // 负责收集依赖,并发送通知
    let dep = new Dep()

    // 如果val是对象,把val内部的属性转换成响应式
    this.walk(val)

    Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get(){
    // 收集依赖
    Dep.target && dep.addSub(Dep.target)

    return val // 不能传obj[key],不然会出现死递归,通过传第三个参数val闭包来解决
    },
    set(newValue){
    if(newValue === val){
    return
    }
    val = newValue
    // 如果新赋值的属性是对象进行响应式
    that.walk(newValue)

    // 发送通知
    dep.notify()
    }
    })
    }
    }

    Watcher

  • 当数据变化出发依赖,dep通知所有的Watcher实例更新视图
  • 自身实例化的时候往dep对象中添加自己
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js/watcher.js文件

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class Watcher{
constructor(vm, key, cb ){
this.vm = vm
// data中的属性名称
this.key = key
// 回调函数负责更新视图
this.cb = cb

// 把watcher对象记录到Dep类的静态属性target
Dep.target = this
// 触发get方法,在get方法中会调用addSub
this.oldValue = vm[key]

Dep.target = null // 添加过后 设置为空,防止重复添加
}
// 当数据发生变化的时候更新视图
update(){
let newValue = this.vm[this.key]
if(this.oldValue === newValue ){
return
}
this.cb(newValue) // 更新视图
}
}

oberser.js文件中添加收集依赖,Dep.target && dep.addSub(Dep.target)

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class Observer{
constructor(data){
this.walk(data)
}
// 遍历对象所有属性
walk(data){
// 1.判断data是否是对象
if(!data || typeof data !== 'object'){
return
}
// 2.遍历data对象的所有属性
Object.keys(data).forEach(key=>{
this.defineReactive(data, key, data[key])
})
}

// 调用Object.defineProperty 把属性转成getter 和setter
// 三个参数: 1.对象 2.key属性 3.属性对应的值
defineReactive(obj, key, val){
let that = this
// 负责收集依赖,并发送通知
let dep = new Dep()

// 如果val是对象,把val内部的属性转换成响应式
this.walk(val)

Object.defineProperty(obj, key, {
enumerable: true,
configurable: true,
get(){
// 收集依赖
Dep.target && dep.addSub(Dep.target) // Dep.target 也就是watcher对象

return val // 不能传obj[key],不然会出现死递归,通过传第三个参数val闭包来解决
},
set(newValue){
if(newValue === val){
return
}
val = newValue
// 如果新赋值的属性是对象进行响应式
that.walk(newValue)

// 发送通知
dep.notify()
}

})
}
}

回到Oberver.js中,创建插值表达式时候创建watcher对象,当数据改变更新视图

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// 编译文本节点,处理差值表达式
compileText(node){
console.dir(node) // 以对象形式打印
// {{ msg }} 去正则表达式匹配差值表达式
let reg = /\{\{(.+?)\}\}/
// 获取文本内容
let value = node.textContent
if(reg.test(value)){
let key = RegExp.$1.trim() // 获取到的是正则中 (.+?) 匹配到值,去除空格

// 文本节点中的插值表达式替换(替换花括号中值)
node.textContent = value.replace(reg, this.vm[key])

// 创建watcher对象,当数据改变更新视图
new Watcher(this.vm, key, (newValue)=>{
node.textContent = newValue
})
}
}

在处理指令的方法compiler.js文件中创建watcher对象

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update(node, key, attrName){
let updateFn = this[attrName + 'Updater'] // 用于判断使用哪一个处理指令的函数
// updateFn && updateFn(node, this.vm[key]) // 对应的处理方法

// 这里的写法是针对watcher调用时候获取compiler的this还有key做的改写
updateFn && updateFn.call(this, node, this.vm[key], key)
}

// 处理 v-text 指令
textUpdater(node, value, key){
node.textContent = value
// 创建watcher对象,当数据改变更新视图
new Watcher(this.vm, key, (newValue)=>{
node.textContent = newValue
})
}

// 处理v-model指令
modelUpdater(node, value, key){
node.value = value
// 创建watcher对象,当数据改变更新视图
new Watcher(this.vm, key, (newValue)=>{
node.value = newValue
})
}

总结:

  • 整体一个流程图:
    mvvm响应式原理

  • Vue构造函数中做了哪些事情:
    首先记录下来options传过来的选项,接着调用_proxyData把data中的属性注入到Vue实例中,接着开始创建Observer和Compiler,Observer作用是数据劫持,在Observer里面,把data里面的属性转换成getter和setter,当数据变化的时候,也就是触发setter方法的时候,通知变化,告诉Dep数据变化了,要调用notify方法,notify方法中要调用watcher的update,watcher的update方法中就会去更新视图,这是数据变化的时候更新视图,当创建watcher对象的时候,会将当前的watcher对象添加到Dep的Subs数组中,也就是收集依赖,也收集Dep依赖的这些watcher,让Dep将这些依赖记录下来,Observer创建完之后,接下来创建Compiler对象,Compiler对象作用是解析指令,解析插值表达式,页面首次加载的时候,会调用Compiler里面的相关方法去更新试视图,同时,在Compiler里面还要去订阅数据的变化绑定更新函数(订阅数据的变化:意思是在Compiler处理插值表达式的方法和处理指令的方法中,除了更新视图以外,还要去创建一个watcher对象,也就是订阅数据的变化,当数据变化的时候,Dep会通知watcher,绑定更新函数:当我们创建一个watcher对象的时候,要传递一个回调函数,在这个回调函数中去更新视图,当页面首次加载的时候,是通过Compiler去更新视图,当数据变化的时候是通过watcher去更新视图)。

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