平时开发中，Vue的响应式系统让我们不再去操作DOM，只需关心数据逻辑的处理，极大地降低了代码的复杂度。而响应式系统也是Vue的核心，作为开发者有必要了解其实现原理！
简易版
以watch为切入点
watch是平时开发中使用率非常高的功能，其目的是观测一个数据，当数据变化时执行我们预先定义的回调。使用方式如下：
{
watch: {
obj(val, oldVal) {
console.log(val, oldVal);
}
}
}
上面观测了Vue实例的obj属性，当其值发生变化时，打印出新值与旧值。
因此，我们定义一个watch函数：
function watch (data, key, cb) {
// do something
}
watch函数接收3个属性，分别是
- data: 被观测对象
- key: 被观测的属性
- cb: 数据变化后要执行的回调
Object.defineProperty
既然要在数据变化后再执行回调，所以需要知道数据是什么时候被修改的，这就是Object.defineProperty的作用，其为数据定义了访问器属性。在数据被读取时会触发get，在数据被修改时会触发set。
我们定义一个defineReactive函数，其用来将一个数据变成响应式的：
function defineReactive(data, key) {
let val = data[key];
Object.defineProperty(data, key, {
configurable: true,
enumerable: true,
get: function() {
return val;
},
set: function(newVal) {
if (newVal === val) {
return;
}
val = newVal;
}
});
}
defineReactive函数为data对象的key属性定义了get、set，get返回属性key的值val，set中修改key的值为新值newVal。到目前为止，key属性还是没有什么特殊之处。
数据被修改会触发set，那cb一定是在set中被执行。但set与cb之间好像并没有什么联系，所以我们来搭建一座桥梁，来构建两者的联系：
let target = null;
我们在全局定义了一个target变量，它用来保存cb的值，然后在set中调用。所以，cb什么时候被保存在target中？回到出发点，我们要调用watch函数来观测data的key属性，当值被修改时执行我们定义的回调cb，这就是cb被保存在target中的时机了：
function watch(data, key, cb) {
target = cb;
}
watch函数中target被修改了，但我要是再想调用watch函数一次，也就是说我想在data[key]被修改时，执行两个不同的回调，又或者说，我想再观测data的其它属性，那该怎么办？必须得在target被再次修改前，将其值保存到别处。因为，target是同个属性的不同回调或不同属性的回调所共有的。
我们有必要为key属性建立一个私有的仓库，来保存回调。其实defineReactive函数有一点特殊地方：函数内部定义了一个val变量，然后在get和set函数都使用了val变量，这形成一个闭包，defineReactive函数的作用域是key属性私有的，这就是天然的私有仓库了：
function defineReactive(data, key) {
let val = data[key];
const dep = [];
Object.defineProperty(data, key, {
configurable: true,
enumerable: true,
get: function() {
target && dep.push(target);
return val;
},
set: function(newVal) {
if (newVal === val) {
return;
}
dep.forEach(fn => fn(newVal, val));
val = newVal;
}
});
}
我们在defineReactive函数内定义了一个数组dep，其保存着每个属性key的回调集合，也称为依赖集合。在get函数中将依赖收集到dep中，在set函数中循环dep执行每一个依赖。总结起来就是：在get中收集依赖，set中触发依赖。
既然是在get中收集依赖，那就要想办法在tatget被修改时候触发get，所以我们在watch函数中读取一下属性key的值：
function watch(data, key, cb) {
target = cb;
data[key];
target = null;
}
接下来我们测试下代码：
完全ok!
依赖
回想简易版中，我们一共提到3个角色：defineReactive、dep、watch，三者其实各司其职，但我们把三者代码耦合在了一起，不方便接下来扩展与理解，所以我们来做一下归类。
Watcher
观察者，也称为依赖，它的职责就是订阅一个数据，当数据发生变化时，做些什么：
class Watcher {
constructor(data, key, cb) {
this.vm = data;
this.key = key;
this.cb = cb;
this.value = this.get();
}
get() {
Dep.target = this;
const value = this.vm[this.key];
Dep.target = null;
return value;
}
update() {
const oldValue = this.value;
this.value = this.vm[this.key];
this.cb.call(this.vm, this.value, oldVal);
}
}
首先在构造函数中读取了属性key的值，这会触发属性key的set，然后将自己作为依赖存入其dep数组中。当然，在读取属性值之前，需要将自己赋值给桥梁Dep.target，这是get方法所做的事。最后是update方法，这是当订阅的数据发生变化后，需要被执行的，其主要目的就是要执行cb，因为cd需要变化后的新值作为参数，所以要再一次读取属性值。
Dep
Dep的职责就是构建属性key与依赖Watcher之间的联系，其实例一定有一个独一无二的属于属性key的依赖收集框：
class Dep {
constructor() {
this.subs = [];
}
addSub(sub) {
this.subs.push(sub);
}
depend() {
Dep.taget && this.addSub(Dep.target);
}
notify() {
for (let sub of subs) {
sub.update();
}
}
}
subs就是依赖收集框，当属性值被读取时，在depend方法中将依赖收入到框内；当属性值被修改时，在notify方法中将依赖收集框遍历，每一个依赖的update方法都将被执行。
Observer
defineReactive函数只做了一件事，将数据转换成响应式的，我们定义一个Observer类来聚合其功能：
class Observer {
constructor(data, key) {
this.value = data;
defineReactive(data, key);
}
}
function defineReactive(data, key) {
let val = data[key];
const dep = new Dep();
Object.defineProperty(data, key, {
configurable: true,
enumerable: true,
get: function() {
dep.depend();
return val;
},
set: function(newVal) {
if (newVal === val) {
return;
}
dep.notify();
val = newVal;
}
});
}
dep不再是一个纯粹的数组，而是一个Dep类的实例。get函数中的依赖收集、set函数中的依赖触发的逻辑，分别用dep.depend、dep.update替代，这让defineReactive函数逻辑变得变得更加清晰。但是Observer类只是在构造函数中调用defineReactive函数，没起什么作用？这当然都是为后面做铺垫的！
测试一下代码：
观测所有属性
到目前为止我们都只在针对一个属性，而一个对象可能有n多个属性，因此我们要对做下调整。
观测一个对象的所有属性
观测一个属性主要是要定义其访问器属性，对于我们的代码来说，就是要执行defineReactive函数，所以对Observer类做下修改：
class Observer {
constructor(data) {
this.value = data;
if (isPlainObject(data)) {
this.walk(data);
}
}
walk(value) {
const keys = Object.keys(value);
for (let key of keys) {
defineReactive(value, key);
}
}
}
function isPlainObject(obj) {
return ({}).toString.call(obj) === '[object Object]';
}
我们在Observer类中定义一个walk方法，其作用就是遍历对象的所有属性，然后在构造函数中调用。调用的前提是对象是一个纯对象，即对象是通过字面量或new Object()初始化的，因为像Array、Function等也都是对象。
测试一下代码：
深度观测
我们只要对象是可以嵌套的，即一个对象的某个属性值也可以是对象，我们的代码目前还做不到这一点。其实也很简单，做一下递归遍历的就好了：
class Observer {
constructor(data) {
this.value = data;
if (isPlainObject(data)) {
this.walk(data);
}
}
walk(value) {
const keys = Object.keys(value);
for (let key of keys) {
const val = value[key];
if (isPlainObject(val)) {
this.walk(val);
}
else {
defineReactive(value, key);
}
}
}
}
我们在walk方法中做了判断，如果key的属性值val是个纯对象，那就调用walk方法去遍历其属性值。既然是深度观测，那watcher类中的key的用法也发生了变化，比如说：'a.b.c'，那我们就要兼容这种嵌套key的写法：
class Watcher {
constructor(data, path, cb) {
this.vm = data;
this.cb = cb;
this.getter = parsePath(path);
this.value = this.get();
}
get() {
Dep.target = this;
const value = this.getter.call(this.vm);
Dep.target = null;
return value;
}
update() {
const oldValue = this.value;
this.value = this.getter.call(this.vm, this.vm);
this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
}
}
function parsePath(path) {
if (/.$_/.test(path)) {
return;
}
const segments = path.split('.');
return function(obj) {
for (let segment of segments) {
obj = obj[segment]
}
return obj;
}
}
Watcher类实例新增了getter属性，其值为parsePath函数的返回值，在parsePath函数中，返回的是一个匿名函数，匿名函数接收一个参数obj，最后又将obj作为返回值返回，那么这里的重点是匿名函数对obj做了什么处理。
匿名函数内只有一个for...of迭代，迭代对象为segments，segments是通过path对'.'分割得到的一个数组，比如path为'a.b.c'，那么segments就为['a', 'b', 'c']。迭代内只有一个语句，obj被赋值为obj的属性值，这相当于一层一层去读取，比如说，obj初始值为：
obj = {
a: {
b: {
c: 1
}
}
}
那么最后的结果为：
obj = 1
读取属性值的目的就是为了收集依赖，比如我们要观测obj.a.b.c，那么目的就达到了。
既然知道了getter是一个函数，那么在get方法中执行getter，就可以获取值了。
测试下代码：
这里有个细节，我们看Watcher类的get方法：
get() {
Dep.target = this;
const value = this.getter.call(this.vm);
Dep.target = null;
return value;
}
在执行this.getter函数的时候，Dep.target的值一直都是当前依赖，而this.getter函数中一层一层读取属性值，在这路径之中的所有属性其实都收集了当前依赖。比如上面的例子来说，属性'a.b.c'的依赖，被收集到obj.a、obj.a.b、obj.a.b.c的dep中，那么修改obj.a或obj.b都是会触发当前依赖的：
避免重复收集依赖
观测表达式
在Vue中，$watch方法的第一个参数是可以传函数的：
this.$watch(() => {
return this.a + this.b;
}, (val, oldVal) => {
console.log(val, oldVal);
});
这种写法相当于观测一个表达式，类似与Vue中computed，依赖会被收集到属性a与属性b的dep中，无论修改其中任一，只要表达式的值发生变化，依赖都将会触发。
为了兼容函数的传入，我们稍微修改下Watcher类：
class Watcher {
constructor(data, pathOrFn, cb) {
this.vm = data;
this.cb = cb;
this.getter = typeof pathOrFn === 'function' ? pathOrFn : parsePath(pathOrFn);
this.value = this.get();
}
...
update() {
const oldValue = this.value;
this.value = this.get();
this.cb.call(this.vm, this.value, oldValue);
}
}
对于第二个参数pathOrFn，我们优先判断其本身是否已经是函数，是则直接赋值给this.getter，否则调用parsePath函数解析。在update方法中，再次调用了get方法来获取被修改后的值。
测试下代码：
结果好像有点不对？输出了1949次！而且还在增加之中，一定是某个陷入无限循环了。仔细回看我们修改的点，在update方法中，我们再次调用了get方法，这又会触发一次依赖的收集。然后我们在Dep类的notify方法中遍历依赖集合，每次触发依赖都会导致依赖的再次收集，这就是个无限循环了！
发现了问题，就来解决问题。我们要对依赖做唯一性校验：
let uid = 1;
class Watcher {
constructor(data, pathOrFn) {
this.id = uid++;
...
}
}
class Dep() {
construct() {
this.subs = [];
this.subIds = new Set();
}
...
addSub(sub) {
const id = sub.id;
if (!this.subIds.has(id)) {
this.subs.push(sub);
this.subIds.add(id);
}
}
...
}
既然要做唯一性校验，我们给Watcher类实例增加了独一无二的id。在Dep类中，我们给构造函数里增加了属性subIds，其初始值为空Set，作用是存储依赖的id。然后在addSub方法中，在将依赖添加到subs之前，先判断这个依赖的id是否已经存在。
测试下代码：
只输出了一次，完全ok。
在Vue中的意义
防止依赖的重复收集，除了防止上面提到的陷入无限循环，在Vue中还有更重要的意义，比如一下模板：
<template>
<div>
<p>{{ a }}</p>
<p>{{ a }}</p>
<p>{{ a }}</p>
</div>
</template>
在Vue中，除了watch选项的依赖，还有一个特殊依赖叫渲染函数的依赖，其作用就是当模板中的变量发生变化时，更新VNode，重新生成DOM。在我们上面定义的模板中，一共使用a变量3次，当a变量被修改，如果没有防止重复依赖的收集，渲染函数就会被执行3次！这是完全必要的！并且3次只是个例子，实际可能会更多！
