Vue3中的reactive与readonly

前言

本文主要整理关于在vue3中所提及到的所有与reactive以及readonly相关的API，通过对比每个API的作用以及使用场景，新增对vue3中相关的API的认知，主要借助于vue3官方API的阅读！

ES2015的Proxy与Reflect

在开始学习关于vue3的reactive之前，先来了解一下关于什么是Proxy以及Reflect，Proxy与Reflect都是ES6中引入的新特性，它们通常一起使用以提供更灵活和强大的对象操作能力！

Proxy

Proxy用于修改对象某些操作的默认行为，等同于在语言层面对这个默认行为做出的修改，属于一种“元编程(编程的编程)”，可以理解为在目标对象做出默认响应(如属性查找、赋值、枚举、函数调用等等)之前提供一到“拦截”动作，外界对该对象默认行为的访问，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。
Proxy原意是代理，用于表示用它来“代理”某些操作，可以简单理解为“代理器”，语法形式如下：

1	const p = new Proxy(target, handler)

🤩 参数说明：

target: 要使用Proxy包装的目标对象(可以是任何类型的对象，包括原生数组、函数，甚至另外一个代理);
handler: 一个普通对象，其成员一般都是函数类型的，函数分别定义了在执行对象的默认操作时，将提供的对应的拦截动作；

关于在handler对象中所提供的相关属性可以有 👇 的成员：

getPrototypeOf: Object.getProtptypeOf方法的拦截器；
setPrototypeOf: Object.setPrototypeOf方法的拦截器；
isExtensible: Object.isExtensible方法的拦截器；
preventExtensions: Object.preventExtensions方法的拦截器；
getOwnPropertyDescriptor: Object.getOwnPropertyDescriptor方法的拦截器；
defineProperty: Object.defineProperty方法的拦截器；
has: in操作符的拦截器；
get: 对象属性读取操作的拦截器；
set: 对象属性赋值操作的拦截器；
deleteProperty: delete操作符的拦截器；
ownKeys: Object.getOwnPropertyNames方法和Object.getOwnPropertySymbols的拦截器；
apply: 函数调用操作的拦截器
construct: new操作符的拦截器；

比如有 👇 的一个例子：

const handler = {
  get(obj, prop) {
    return prop in obj ? obj [prop] : 37
  }
}
const p1 = new Proxy({}, handler)
p1.a = 1
p1.b = undefined
console.info(p1.a, p1.b, p1.c) // 1, undefined, 37
// 无操作转发代理
const p2 = new Proxy({}, {})
p2.a = 1
console.info(p2.a)  // 1

👆 上述例子中handler重新定义了对象的get动作，当从一个对象中获取属性时，如果属性存在则返回对应的值，不存在则返回默认的一个37数字。然后在p2中没有定义任何拦截操作，则说明将不做任何的逻辑处理！

😕 关于这个Proxy一般都有哪些应用场景呢？ 👉 可以作为对象的验证器(通过重写set方法)、扩展构造函数(通过重写construct以及apply)等等！

Reflect

Reflect是一个内置的对象，它提供了拦截Javascript操作的方法，这些方法与上述的proxy_handler的方法一样，**Reflect不是一个函数对象**，因此它不可构造！
Reflect的所有属性和方法都是静态的(就像Math一样)
以下是关于Reflect的一个简单运用：

const obj = {
  name: 'Koby',
  age: 35
  greeting() {
    console.info(`Hello ${this.name}, my age is ${this.age}`)
  }
}
Reflect.has(obj, 'name')  // true
Reflect.has(obj, 'tip')  // false
// 返回这个对象自身的属性
Reflect.ownKeys(obj)  // ["name", "age", "greeting"]
// 为这个对象添加一个新的属性
Reflect.set(obj, 'tip', 'I like play basketball!')

使用Reflext可以让代码更加具有可读性和可维护性，因为它提供了一种统一的方式来调用基本操作，并且在操作失败时提供了更加友好的错误处理方式

reactive成员一览

vue3中的相关reactive成员的实现，则都是基于上述的Proxy以及Reflect来实现的！

对象响应式核心reactive()

reactive()接收一个对象参数，返回这个对象的响应式代理，通过该API所创建出来的对象是一个Proxy对象，一般只操作这个Proxy对象，而不会去使用原始对象。
以下是对应的一个简单例子：

1 2	const obj = reactive({ count: 0 }) obj.count ++

😕 而这个过程发生了什么事呢，下面来简单分析一波关于这个API的实现(隐藏非关联的代码)：

// packages/reactivity/src/reactive.ts
export type UnwrapNestedRefs<T> = T extends Ref ? T : UnwrapRefSimple<T>
export function reactive<T extends object>(target: T): UnwrapNestedRefs<T>
export enum ReactiveFlags {
  SKIP = '__v_skip',
  IS_REACTIVE = '__v_isReactive',
  IS_READONLY = '__v_isReadonly',
  IS_SHALLOW = '__v_isShallow',
  RAW = '__v_raw',
}
// 包含自定义的以下参数的对象类型
export interface Target {
  [ReactiveFlags.SKIP]?: boolean
  [ReactiveFlags.IS_REACTIVE]?: boolean
  [ReactiveFlags.IS_READONLY]?: boolean
  [ReactiveFlags.IS_SHALLOW]?: boolean
  [ReactiveFlags.RAW]?: any
}
export const reactiveMap = new WeakMap<Target, any>()
export multableHandler: ProxyHandler<object> = new MutableReactiveHandler()
export function reactive(target: object){
  return createReactiveObject(
    target,
    // 这里隐藏关于这个readonly=false的参数
    mutableHandlers,
    // 这里隐藏关于复杂数据类型的handler参数
    reactiveMap
  )
}
function createReactiveObject(target: Target, handler: ProxyHandler<any>, proxyMap: WrakMap<Target, any>){
  if(!isObject(target)){
    if(__DEV){
      warn('提示value必须为对象类型')
    }
    return target
  }
  if(对象已经被代理了){
    return target
  }
  cosnt existingProxy = proxyMap.get(target)
  if(existingProxy){
    // 缓存中已存在该代理对象，则直接返回缓存中的代理对象
    return existingProxy
  }
  if(对象非合法的类型){
    return target
  }
  // 以下时真正创建一代理对象的动作
  const proxy = new Proxy(target, handler)
  proxyMap.set(target, proxy)	// 将代理对象存储，便于后续缓存中读取
  return proxy
}

🌟 通过开篇关于Proxy的使用我们可以得知，上述代码中的handler，必须是一个普通的对象，其所提供的属性对应方法将拦截了target对象的默认操作！

在vue3中，凭借typescript，在其公共基础类型库中，通过自定义ProxyHandler<T extends object>接口，将handler中所提供的相关属性都罗列出来，为方便编写handler提供编写说明与提示：

interface ProxyHandler<T extends object> {
  // 这里时关于proxy中的handler所对应的所有方法定义
}
class BaseReactiveHandler implements ProxyHandler<Target> {
  constructor(
    protected readonly _isReadonly = false,
    protected readonly isShallow = false,
  ){
    // 空实现的构造方法
  }
  get(target: Target, key: string | symbol, receiver: object) {
    //! 这里隐藏其他属性的获取动作
    const res = Reflect.get(target, key, receiver)
    // 设置跟踪监听
    track(target, TrackOpTypes.GET, key)
    if(isObject(res)){
      return isReadonly ? readonly(res) : reactive(res)
    }
    return res
  }
}
class MutableReactiveHandler extends BaseReactiveHandler {
  constructor(isShallow = false) {
    super(false, isShallow)
  }
  set(target: Target, key: string | symbol, value: unknown, receiver: object) {
    let oldValue = target[key]
    if(oldValue与value没有发生变化){
      return true
    }
    const result = Reflect.set(target, key, value, receiver)
    // 以下是对应的触发更新动作
    if(key是新增的属性){
      trigger(target, TriggerOpTypes.ADD, key, value)
    }else if(key已存在于对象中){
      trigger(target, TriggerOpTypes.SET, key, value, oldValue)
    }
    return result
  }
  // 以下隐藏关于deleteProperty、has、ownKeys方法的实现
}

🌟 上述通过结合BaseReactiveHandler以及MutableReactiveHandler，最终实现对get与set方法的重写，来拦截相关的属性存取操作，通过在get获取属性时对该key设置监听，然后在set赋值属性时，触发监听动作，实现对对象属性的默认监听与拦截操作(这里是将触发对应的界面自动更新)！

😕 那么通过这个reactive()方法所创建出来的Proxy对象与其他对象有什么区别吗？

👆 从上面我们可以看出所创建出来的Proxy对象拥有两个属性：target + handler，这与我们开头所习得的知识一样，然后从handler的继承关系来看，与源码的执行结果是一致的，继承关系如下图所示：

🤔 上述关于Target类型是什么呢？为什么要设计这样子的一个类型？

👉 首先从上述的代码我们发现关于这个Target就是一普通的对象，只不过它可能拥有着__v_skip、__v_isReactive、__v_isReadonly、__v_isShallow、__v_raw这几个属性中的一个或者多个属性，在上述的createReactiveObject方法中，我们用一句话：对象已经被代理了，来判断对象是否已被代理过，其对应的实现如下：

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if(target[ReactiveFlags.RAW] && !(isReadonly && target[ReactiveFlags.IS_REACTIVE])){
  return target
}

🌟 也就是说，通过reactive()所创建出来的代理对象，可通过ReactiveFlags.RAW以及ReactiveFlags.IS_REACTIVE来访问其值！

😕 这里发现我们所传递的对象中是没有上面的这些属性的，但是通过Proxy，我们发现在其handler的get属性对应的方法中声明了对这些属性的访问：

class BaseReactiveHandler implements ProxyHandler<Target>{
  get(/*此处隐藏相关的参数*/){
    const isReadonly = this._isReadonly, isShallow = this._isShallow
    if(key === ReactiveFlags.ISREACTIVE){
      return !isReadonly
    }else if(key === ReactiveFlags.IS_READONLY){
      return isReadonly
    }else if(key === ReactiveFlags.IS_SHALLOW){
      return isShallow
    }else if(key === ReactiveFlags.RAW){
      // 此处隐藏其他相关的判断
      return target
    }
  }
}

🌟 这里自定义了对__v_isReactive、__v_isReadonly、__v_isShallow、__v_raw这几个属性的访问，然后根据当前对象所采用的模式(通过reactive()、readonly()、shallowReactive()三者之一)，来提供对应的get以及set操作！而且，还在对应的handler中保留了通过__v_raw的方式来访问原始对象(但这种方式尽量少用，而是使用toRaw)，关于这个toRaw的方法定义如下：

export function toRaw<T>(observed: T):T {
  const raw = observed && (observed as Target)[ReactiveFlags.RAW]
  return raw ? toRaw(raw) : observed
}

:face_holding_back_tears: 与toRaw相关的另外一个API是makeRaw，关于此方法的定义如下

export type Raw<T> = T & { [RawSymbol]?: true }
export function makeRaw<T extends object>(value: T):Raw<T>{
  if(Object.isExtendsible(value)){
    def(value, ReactiveFlags.SKIP, true)
  }
  return value
}

🌟 从方法中我们可以看出此方法通过接收一对象，然后将其转化成为不可响应式的对象， 🤔 这里为什么添加了这个ReactiveFlags.SKIP就可以认为它是一个不可响应的对象呢？
👉 我们在上述的代码中，利用伪代码对象非合法的类型，来代替对一个对象是否可代理的检测，关于此伪代码的实现如下：

function targetTypeMap(rawType: string) {
  switch (rawType) {
    case 'Object':
    case 'Array':
      return TargetType.COMMON
    case 'Map':
    case 'Set':
    case 'WeakMap':
    case 'WeakSet':
      return TargetType.COLLECTION
    default:
      return TargetType.INVALID
  }
}
function getTargetType(value: Target){
  return value[ReactiveFlags.SKIP] || !Object.isExtensible(value) ? TargetType.INVALID : targetTypeMap(toRawType(value))
  // 这里通过调用Object.toString()方法获取对象的类型，并通过string.slice(8, -1)获取到value的类型字符串
  // 然后再调用targetTypeMap()映射出对应的可识别类型！
}

🤩 通过调用getTargetType(value)获取到对象的类型，如果是TargetType.INVALID的话，则说明是不可被响应式的对象！

shallowReactive()

reactive()的浅层实现，一般比较少用，因为它创建的树具有不一致的响应行为，可能很难理解与调试

isShallow()

检查传入的对象是否是一个shallow对象，该方法定义如下：

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export function isShallow(value: unknown): boolean {
  return !!(value && (value as Target)[ReactiveFlags.IS_SHALLOW])
}

isReactive()

检查一个对象是否由reactive()或者shallowReactive()创建出来的代理对象，该方法定义如下：

export function isReactive(value: unknown): boolean {
  if(isReadonly(value)){
    return isReactive((value as Target)[ReactiveFlags.RAW])
  }
  return !!(value && (value as Target)[ReactiveFlags.IS_REACTIVE])
}

isProxy()

检查一个对象是否由reactive()方法所创建出来的Proxy对象，该方法定义如下：

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export function isProxy(value: any): boolean{
  return value ? !!value[ReactiveFlags.RAW] : false
}

readonly成员一览

readonly()

接收一个对象或者一个ref，返回一个原value的只读代理，只读代理是深层的，对任何嵌套属性的访问都将是只读的！
关于此方法的实现如下：

export function readonly<T extends object>(
  target: T,
): DeepReadonly<UnwrapNestedRefs<T>> {
  return createReactiveObject(
    target,
    true,
    readonlyHandlers,
    readonlyCollectionHandlers,
    readonlyMap,
  )
}

🌟 readonly()的实现与reactive()的实现类似，就是传递的参数不一样而已，主要在于这个readonlyHandlers的实现不同，如下所示：

class ReadonlyReactiveHandler extends BaseReactiveHandler {
  set(){
    // 提示warning
    return true
  }
  deleteProperty(){
    // 提示warning
    return true
  }
}

🌟 从上面的handler我们可以发现，readonly()仅仅是实现了get方法，然后对set以及deleteProperty进行了直接返回，也就是不允许对对象的属性新型编辑操作！

isReadonly()

检查传入的值是否为只读对象，只读对象的属性可以更改，但他们不能通过传入的对象来直接赋值，这有点类似于const obj，而通过readonly()以及shallowReadonly()创建的代理都是只读的，因为它们在对应的代理对象的handler中将set方法给铲掉了！关于isReadonly()方法定义如下：

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export function isReadonly(value: unknown): boolean {
  return !!(value (value as Target)[ReactiveFlags.IS_READONLY])
}

🌟 通过访问一个对象中的属性__v_is_readOnly值是否为true来判断是否为一个readonly对象

shallowReadonly()

readonly()的浅层作用形式

总结

关于上述对reactive()以及其关联的其他API进行一个分析之后，发现当我们通过const state = reactive({count: 1})这个语句执行时，往被代理的对象中新增一系列自定义属性(__v_isXXX)，代表正常响应式的、还是只读响应式的、还是浅层响应式的