系列文章：

Vue源码解读(设计篇)
Vue源码解读(Rollup篇)
Vue源码解读(入口到构造函数整体流程)

介绍

分析过initState()方法的整体流程，知道它会处理props、methods和data等等相关的内容：

export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  if (opts.data) {
    initData(vm)
  } else {
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
}

那么深入响应式原理介绍会以initState()方法开始，逐步分析Vue中响应式的原理，下面这张图可以很好的展示响应式的原理。

Vue源码解读(响应式原理介绍和Prop)

前置核心概念

Object.defineProperty介绍

也许你已经从很多地方了解到，Vue.js利用了Object.defineProperty(obj, key, descriptor)方法来实现响应式，其中Object.defineProperty()方法的参数介绍如下：

obj：要定义其属性的对象。
key：要定义或修改属性的名称。
descriptor：要定义或修改属性的描述符。

其中descriptor有很多可选的键值，然而对Vue响应式来说最重要的是get和set方法，它们分别会在获取属性值触发getter和设置属性值的时候触发setter。在介绍原理之前，来使用Object.defineProperty()来实现一个简单的响应式例子：

function defineReactive (obj, key, val) {
  Object.defineProperty(obj, key, {
    enumerable: true,
    configurable: true,
    get: function reactiveGetter () {
      console.log('get msg')
      return val
    },
    set: function reactiveSetter (newVal) {
      console.log('set msg')
      val = newVal
    }
  })
}
const vm = {
  msg: 'hello, Vue.js'
}
let msg = ''
defineReactive(vm, 'msg', vm.msg)
msg = vm.msg          // get msg
vm.msg = 'Hello, Msg' // set msg
msg = vm.msg          // get msg

为了在别的地方方便的使用Object.defineProperty()方法，把其封装成一个defineReactive函数。

proxy代理

在开发过程中，经常会直接使用this.xxx的形式直接访问props或者data中的值，这是因为Vue为props和data默认做了proxy代理。关于什么是proxy代理，请先看一个简单的例子：

this._data = {
  name: 'AAA',
  age: 23
}
// 代理前
console.log(this._data.name) // AAA
proxy(vm, '_data', key)
// 代理后
console.log(this.name)       // AAA

接下来详细介绍proxy()方法是如何实现的，在instance/state.js文件中定义了proxy方法，它的代码也很简单：

const sharedPropertyDefinition = {
  enumerable: true,
  configurable: true,
  get: noop,
  set: noop
}
export function proxy (target: Object, sourceKey: string, key: string) {
  sharedPropertyDefinition.get = function proxyGetter () {
    return this[sourceKey][key]
  }
  sharedPropertyDefinition.set = function proxySetter (val) {
    this[sourceKey][key] = val
  }
  Object.defineProperty(target, key, sharedPropertyDefinition)
}

可以从上面的代码中发现，proxy方法主要是做了属性的get和set方法劫持。

const name = this.name
this.name = 'BBB'
// 等价于
const name = this._data.name
this._data.name = 'BBB'

$options属性

在之前的介绍中，知道当初始化Vue实例的时候传递的options会根据不同的情况进行配置合并，关于具体的options合并策略我们会在之后的章节详细介绍，现阶段我们只需要知道$options可以拿到合并后的所有属性，例如props、methods以及data等等。

假设定义了如下实例：

const vm = new Vue({
  el: '#app',
  props: {
    msg: ''
  },
  data () {
    return {
      firstName: 'AAA',
      lastName: 'BBB',
      age: 23
    }
  },
  methods: {
    sayHello () {
      console.log('Hello, Vue.js')
    }
  },
  computed: {
    fullName () {
      return this.firstName + this.lastName
    }
  }
})

那么在之后可以通过下面的方式来取这些属性。

const opts = this.$options
const props = opts.props
const methods = opts.methods
const data = opts.data
const computed = opts.computed
const watch = opts.watch
// ...等等

props处理

介绍完以上前置核心概念后，第一个要学习的就是Vue.js是如何处理与props相关的逻辑的。把与props相关的逻辑主要分成三个部分，分别是props规范化、props初始化和props更新。

props规范化

在了解规范化之前，先来列举一下在日常的开发过程中，主要有如下几种撰写组件props的方式：

数组形式：props可以写成一个数组，但数组中的key元素必须为string类型。

export default {
  props: ['name', 'age']
}

键值不为对象：此种方式常见于只需要定义key类型的props。

export default {
  props: {
    name: String
  }
}

规范格式：此种方式是Vue.js接受props最好的格式，对于一个有很高要求的组件来说，它通过会撰写很严格的props规则，这在各个开源UI框架中是最常见的。

export default {
  props: {
    name: {
      type: String,
      default: ''
    },
    age: {
      type: Number,
      default: 0,
      validator (value) {
        return value >= 0 && value <= 100
      }
    }
  }
}

而props规范化所做的事情，就是把各种不是规范格式的形式，规范化为规范格式，方便Vue.js在后续的过程中处理props。那么接下来，就来分析Vue.js是如何对props规范化的。

props规范化的过程发生在this._init()方法中的mergeOptions合并配置中：

import { mergeOptions } from '../util/index'
export function _init (Vue) {
  const vm = this
  vm.$options = mergeOptions(
    resolveConstructorOptions(vm.constructor),
    options || {},
    vm
  )
}

其中mergeOptions()方法是定义在src/core/util/options.js文件中，它在其中有一段这样的方法调用：

export function mergeOptions (
  parent: Object,
  child: Object,
  vm?: Component
): Object {
  // 省略代码
  normalizeProps(child, vm)
  return options
}

可以发现，规范化props的代码，主要集中在normalizeProps()方法中，那么接下来详细分析normalizeProps()方法：

function normalizeProps (options: Object, vm: ?Component) {
  const props = options.props
  if (!props) return
  const res = {}
  let i, val, name
  if (Array.isArray(props)) {
    i = props.length
    while (i--) {
      val = props[i]
      if (typeof val === 'string') {
        name = camelize(val)
        res[name] = { type: null }
      } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
        warn('props must be strings when using array syntax.')
      }
    }
  } else if (isPlainObject(props)) {
    for (const key in props) {
      val = props[key]
      name = camelize(key)
      res[name] = isPlainObject(val)
        ? val
        : { type: val }
    }
  } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
    warn(
      `Invalid value for option "props": expected an Array or an Object, ` +
      `but got ${toRawType(props)}.`,
      vm
    )
  }
  options.props = res
}

为了更好的理解normalizeProps()方法，来撰写几个案例来详细说明：

数组形式：当props是数组时，会首先倒序遍历这个数组，然后使用typeof来判断数组元素的类型。如果不是string类型，则在开发环境下报错，如果是string类型，则先把key转化为驼峰形式，然后把这个key赋值到临时的res对象中，此时的键值固定为{ type: null }

// 规范化前
export default {
  props: ['age', 'nick-name']
}

// 规范化后
export default {
  props: {
    age: {
      type: null
    },
    nickName: {
      type: null
    }
  }
}

对象形式：当为对象时会使用for-in遍历对象，紧接着和数组形式一样使用camelize来把key转成驼峰形式，然后使用isPlainObject()方法来判断是否为普通对象。如果不是，则转成{ type: Type }对象形式，其中Type为定义key时的Type，如果是，则直接使用这个对象。

// 规范化前
export default {
  props: {
    name: String,
    age: Number
  }
}

// 规范化后
export default {
  props: {
    name: {
      type: String
    },
    age: {
      type: Number
    }
  }
}

既不是数组形式也不是对象形式：报错

// 报错：Invalid value for option "props": expected an Array or an Object，but got String
export default {
  props: 'name, age'
}

props初始化

在了解了props规范化后，紧接着来了解一下props初始化的过程。props初始化过程同样是发生在this._init()方法中，它在initState的时候被处理：

export function initState (vm) {
  // 省略代码
  const opts = vm.$options
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
}

然后来详细看一下initProps中的代码：

function initProps (vm: Component, propsOptions: Object) {
  const propsData = vm.$options.propsData || {}
  const props = vm._props = {}
  const keys = vm.$options._propKeys = []
  const isRoot = !vm.$parent
  if (!isRoot) {
    toggleObserving(false)
  }
  for (const key in propsOptions) {
    keys.push(key)
    const value = validateProp(key, propsOptions, propsData, vm)
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      const hyphenatedKey = hyphenate(key)
      if (isReservedAttribute(hyphenatedKey) ||
          config.isReservedAttr(hyphenatedKey)) {
        warn(
          `"${hyphenatedKey}" is a reserved attribute and cannot be used as component prop.`,
          vm
        )
      }
      defineReactive(props, key, value, () => {
        if (!isRoot && !isUpdatingChildComponent) {
          warn(
            `Avoid mutating a prop directly since the value will be ` +
            `overwritten whenever the parent component re-renders. ` +
            `Instead, use a data or computed property based on the prop's ` +
            `value. Prop being mutated: "${key}"`,
            vm
          )
        }
      })
    } else {
      defineReactive(props, key, value)
    }
    if (!(key in vm)) {
      proxy(vm, `_props`, key)
    }
  }
  toggleObserving(true)
}

在仔细阅读initProps()方法后，可以对initProps()方法进行总结，它主要做三件事情：props校验和求值、props响应式和props代理。

props响应式

先来看看最简单的props响应式，这部分的过程主要使用了在之前介绍过的defineReactive方法：

defineReactive(props, key, value, () => {
  if (!isRoot && !isUpdatingChildComponent) {
    warn(
      `Avoid mutating a prop directly since the value will be ` +
      `overwritten whenever the parent component re-renders. ` +
      `Instead, use a data or computed property based on the prop's ` +
      `value. Prop being mutated: "${key}"`,
      vm
    )
  }
})

唯一值得注意的地方就是：在开发环境下，props的响应式劫持了setter方法，这样做的是为了保证props为单项数据流：既不能在子组件中直接修改父组件传递的props值。

props代理

经过props响应式后，会在实例上得到this._props对象，为了方便更好的获取props的值，需要对props做一层proxy代理。关于proxy的实现，已经在之前的章节中介绍过了。

this._props = {
  name: '',
  age: 0
}

// 代理前
console.log(this._props.name)
proxy(vm, `_props`, key)
// 代理后
console.log(this.name)

props校验求值

最后来看稍微复杂一点的props校验求值，这部分的功能发生在validateProp，它的代码如下：

export function validateProp (
  key: string,
  propOptions: Object,
  propsData: Object,
  vm?: Component
): any {
  const prop = propOptions[key]
  const absent = !hasOwn(propsData, key)
  let value = propsData[key]
  // boolean casting
  const booleanIndex = getTypeIndex(Boolean, prop.type)
  if (booleanIndex > -1) {
    if (absent && !hasOwn(prop, 'default')) {
      value = false
    } else if (value === '' || value === hyphenate(key)) {
      // only cast empty string / same name to boolean if
      // boolean has higher priority
      const stringIndex = getTypeIndex(String, prop.type)
      if (stringIndex < 0 || booleanIndex < stringIndex) {
        value = true
      }
    }
  }
  // check default value
  if (value === undefined) {
    value = getPropDefaultValue(vm, prop, key)
    // since the default value is a fresh copy,
    // make sure to observe it.
    const prevShouldObserve = shouldObserve
    toggleObserving(true)
    observe(value)
    toggleObserving(prevShouldObserve)
  }
  if (
    process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
    // skip validation for weex recycle-list child component props
    !(__WEEX__ && isObject(value) && ('@binding' in value))
  ) {
    assertProp(prop, key, value, vm, absent)
  }
  return value
}

代码分析：可以从以上代码中发现，validateProp虽然说的是带有校验的功能，但它并不会抛出错误进而阻止validateProp()方法返回value，而是根据校验的过程中的不同情况尽可能的提示出很清晰的提示。实质上validateProp()方法最主要的还是返回value，同时也根据不同的props写法处理不同的情况。可以将validateProp()方法进行总结，它主要做如下几件事情：

处理Boolean类型的props。
处理default默认数据。
props断言。

那么接下来将分别对这几件事情进行详细的描述。

处理Boolean类型

先来看几个props传递Boolean的例子：

// Component A
export default {
  props: {
    fixed: Boolean
  }
}

// Component B
export default {
  props: {
    fixed: [Boolean, String]
  }
}

// Component C
export default {
  props: {
    fixed: []
  }
}

然后回到源码中处理Boolean类型getTypeIndex的地方，这个函数的代码如下：

function getTypeIndex (type, expectedTypes): number {
  if (!Array.isArray(expectedTypes)) {
    return isSameType(expectedTypes, type) ? 0 : -1
  }
  for (let i = 0, len = expectedTypes.length; i < len; i++) {
    if (isSameType(expectedTypes[i], type)) {
      return i
    }
  }
  return -1
}

这个函数的实现逻辑比较清晰：

以Component A组件为例，它的props不是一个数组但却是Boolean类型，因此返回索引0。
以Component B组件为例，因为它的props都是一个数组，所以要遍历这个数组，然后返回Boolean类型在数组中的索引i。
以Component C组件为例，虽然它是一个数组，但数组中没有任何元素，因此返回索引-1。

在拿到booleanIndex后，需要走下面这段代码逻辑：

const booleanIndex = getTypeIndex(Boolean, prop.type)
if (booleanIndex > -1) {
  if (absent && !hasOwn(prop, 'default')) {
    value = false
  } else if (value === '' || value === hyphenate(key)) {
    // only cast empty string / same name to boolean if
    // boolean has higher priority
    const stringIndex = getTypeIndex(String, prop.type)
    if (stringIndex < 0 || booleanIndex < stringIndex) {
      value = true
    }
  }
}

代码分析：

在if条件判断中absent代表虽然在子组件中定义了props，但是父组件并没有传递任何值，然后&条件又判断了子组件props有没有提供default默认值选项，如果没有，那么它的值只能为false。

// 父组件未传递fixed
export default {
  name: 'ParentComponent'
  template: `<child-component />`
}

// 子组件fixed值取false
export default {
  name: 'ChildComponent',
  props: {
    fixed: Boolean
  }
}

在else if条件判断中，判断了两种特殊的props传递方式：

// Parent Component A
export default {
  name: 'ParentComponentA',
  template: `<child-component fixed />`
}

// Parent Component B
export default {
  name: 'ParentComponentB',
  template: `<child-component fixed="fixed" />`
}

对于第一个种情况stringIndex为-1，booleanIndex为0，因此value的值为true。对于第二种情况，则需要根据props的定义具体区分：

// Child Component A
export default {
  name: 'ChildComponentA'
  props: {
    fixed: [Boolean, String]
  }
}

// Child Component B
export default {
  name: 'ChildComponentB',
  props: [String, Boolean]
}

对于ChildComponentA来说，由于stringIndex值为1，booleanIndex值为0，booleanIndex < stringIndex因此可以认为Boolean具有更高的优先级，此时value的值为true。
对于ChildComponentB来说，由于stringIndex值为0，booleanIndex值为1，stringIndex < booleanIndex因此可以认为String具有更高的优先级，此时value的值不处理。

处理default默认数据

处理完Boolean类型后，来处理默认值，既提到过的虽然子组件定义了props，但父组件没有传递的情况。

// 父组件未传递fixed
export default {
  name: 'ParentComponent'
  template: `<child-component />`
}

// 子组件提供了default选项
export default {
  name: 'ChildComponent',
  props: {
    fixed: {
      type: Boolean,
      default: false
    }
  }
}

对于以上案例会走如下代码的逻辑：

if (value === undefined) {
  value = getPropDefaultValue(vm, prop, key)
}

function getPropDefaultValue (vm: ?Component, prop: PropOptions, key: string): any {
  // no default, return undefined
  if (!hasOwn(prop, 'default')) {
    return undefined
  }
  const def = prop.default
  // warn against non-factory defaults for Object & Array
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && isObject(def)) {
    warn(
      'Invalid default value for prop "' + key + '": ' +
      'Props with type Object/Array must use a factory function ' +
      'to return the default value.',
      vm
    )
  }
  // the raw prop value was also undefined from previous render,
  // return previous default value to avoid unnecessary watcher trigger
  if (vm && vm.$options.propsData &&
    vm.$options.propsData[key] === undefined &&
    vm._props[key] !== undefined
  ) {
    return vm._props[key]
  }
  // call factory function for non-Function types
  // a value is Function if its prototype is function even across different execution context
  return typeof def === 'function' && getType(prop.type) !== 'Function'
    ? def.call(vm)
    : def
}

代码分析：

首先判断了子组件有没有提供default默认值选项，没有则直接返回undefined。
随后判断了default如果是引用类型，则提示必须把default写成一个函数，既：

default: {}
default: []

// 必须写成
default () {
  return {}
}
default () {
  return []
}

最后再根据default的类型来取值，如果是函数类型则调用这个函数，如果不是函数类型则直接使用。
其中下面一段代码在这里并不会说明和分析它的具体作用，而是会在props更新章节来介绍。

if (vm && vm.$options.propsData &&
  vm.$options.propsData[key] === undefined &&
  vm._props[key] !== undefined
) {
  return vm._props[key]
}

props断言

最后来分析一下props断言。

function assertProp (
  prop: PropOptions,
  name: string,
  value: any,
  vm: ?Component,
  absent: boolean
) {
  if (prop.required && absent) {
    warn(
      'Missing required prop: "' + name + '"',
      vm
    )
    return
  }
  if (value == null && !prop.required) {
    return
  }
  let type = prop.type
  let valid = !type || type === true
  const expectedTypes = []
  if (type) {
    if (!Array.isArray(type)) {
      type = [type]
    }
    for (let i = 0; i < type.length && !valid; i++) {
      const assertedType = assertType(value, type[i])
      expectedTypes.push(assertedType.expectedType || '')
      valid = assertedType.valid
    }
  }

  if (!valid) {
    warn(
      getInvalidTypeMessage(name, value, expectedTypes),
      vm
    )
    return
  }
  const validator = prop.validator
  if (validator) {
    if (!validator(value)) {
      warn(
        'Invalid prop: custom validator check failed for prop "' + name + '".',
        vm
      )
    }
  }
}

在assertProp中有三种情况需要去断言：

required：如果子组件props提供了required选项，代表这个props必须在父组件中传递值，如果不传递则抛出错误信息Missing required prop: fixed。
对于定义了多个type的类型数组，则会遍历这个类型数组，只要当前props的类型和类型数组中某一个元素匹配则终止遍历。，否则抛出错误提示信息。

// Parent Component
export default {
  name: 'ParentComponent',
  template: `<child-component :age="true" />`
}
// Chil Component
export default {
  name: 'ChilComponent',
  props: {
    age: [Number, String]
  }
}

// 报错：Invalid prop: type check failed for prop age，Expected Number, String，got with value true

用户自己提供的validator校验器也需要进行断言：

// Parent Component
export default {
  name: 'ParentComponent',
  template: `<child-component :age="101" />`
}
// Chil Component
export default {
  name: 'ChilComponent',
  props: {
    age: {
      type: Number,
      validator (value) {
        return value >=0 && value <=100
      }
    }
  }
}

// 报错：Invalid prop: custom validator check failed for prop age

props更新

都知道子组件的props值来源于父组件，当父组件值更新时，子组件的值也会发生改变，同时触发子组件的重新渲染。先跳过父组件的具体编译逻辑，直接看父组件的值更新，改变子组件props值的步骤：

export function updateChildComponent (
  vm: Component,
  propsData: ?Object,
  listeners: ?Object,
  parentVnode: MountedComponentVNode,
  renderChildren: ?Array<VNode>
) {
  // 省略代码
  // update props
  if (propsData && vm.$options.props) {
    toggleObserving(false)
    const props = vm._props
    const propKeys = vm.$options._propKeys || []
    for (let i = 0; i < propKeys.length; i++) {
      const key = propKeys[i]
      const propOptions: any = vm.$options.props // wtf flow?
      props[key] = validateProp(key, propOptions, propsData, vm)
    }
    toggleObserving(true)
    // keep a copy of raw propsData
    vm.$options.propsData = propsData
  }
}

代码分析：

以上vm实例为子组件，propsData为父组件中传递的props的值，而_propKeys是之前props初始化过程中缓存起来的所有的props的key。
在父组件值更新后，会通过遍历propsKey来重新对子组件props进行校验求值，最后赋值。

以上代码就是子组件props更新的过程，在props更新后会进行子组件的重新渲染，这个重新渲染的过程分两种情况：

普通props值被修改：当props值被修改后，其中有段代码props[key] = validateProp(key, propOptions, propsData, vm)根据响应式原理，会触发属性的setter，进而子组件可以重新渲染。
对象props内部属性变化：当这种情况发生时，并没有触发子组件prop的更新，但是在子组件渲染的时候读取到了props，因此会收集到这个props的render watcher，当对象props内部属性变化的时候，根据响应式原理依然会触发setter，进而子组件可以重新进行渲染。

toggleObserving作用

toggleObserving是定义在src/core/observer/index.js文件中的一个函数，其代码很简单：

export let shouldObserve: boolean = true
export function toggleObserving (value: boolean) {
  shouldObserve = value
}

它的作用就是修改当前模块的shouldObserve变量，用来控制在observe的过程中是否需要把当前值变成一个observer对象。

export function observe (value: any, asRootData: ?boolean): Observer | void {
  if (!isObject(value) || value instanceof VNode) {
    return
  }
  let ob: Observer | void
  if (hasOwn(value, '__ob__') && value.__ob__ instanceof Observer) {
    ob = value.__ob__
  } else if (
    shouldObserve &&
    !isServerRendering() &&
    (Array.isArray(value) || isPlainObject(value)) &&
    Object.isExtensible(value) &&
    !value._isVue
  ) {
    ob = new Observer(value)
  }
  if (asRootData && ob) {
    ob.vmCount++
  }
  return ob
}

接下来来分析，在处理props的过程中，什么时候toggleObserving(true)，什么时候toggleObserving(false)以及为什么需要这样处理？

function initProps (vm: Component, propsOptions: Object) {
  if (!isRoot) {
    toggleObserving(false)
  }
  // 省略defineReactive的过程
  toggleObserving(true)
}

props初始化的时候：可以看到在最开始判断了当为非根实例(子组件)的时候，进行了toggleObserving(false)的操作，这样做的目的是因为：当非根实例的时候，组件的props来自于父组件。当props为对象或者数组时，根据响应式原理，会递归遍历子属性然后进行observe(val)，而正是因为props来源于父组件，这个过程其实已经在父组件执行过了，如果不做任何限制，那么会在子组件中又重复一次这样的过程，因此这里需要toggleObserving(false)，用来避免递归props子属性的情况，这属于响应式优化的一种手段。在代码最后，又调用了toggleObserving(true)，把shouldObserve的值还原。

props校验的时候：先来看props提供了default默认值，且默认值返回了对象或者数组。

export default {
  props: {
    point: {
      type: Object,
      default () {
        return {
          x: 0,
          y: 0
        }
      }
    },
    list: {
      type: Array,
      default () {
        return []
      }
    }
  }
}

对于以上point和list取默认值的情况，这个时候的props值与父组件没有关系，那么这个时候需要toggleObserving(true)，在observe后再把shouldObserve变量设置为原来的值。

export function validateProp () {
  // 省略代码
  if (value === undefined) {
    value = getPropDefaultValue(vm, prop, key)
    const prevShouldObserve = shouldObserve 
    toggleObserving(true)
    observe(value)
    toggleObserving(prevShouldObserve)
  }
}

在props更新的时候：当父组件更新的时候，会调用updateChildComponent()方法，用来更新子组件的props值，这个时候其实和props初始化的逻辑一样，同样不需要对指向父组件的对象或数组props进行递归子属性observe的过程，因此这里需要执行toggleObserving(false)。

export function updateChildComponent () {
  // update props
  if (propsData && vm.$options.props) {
    toggleObserving(false)
    const props = vm._props
    const propKeys = vm.$options._propKeys || []
    for (let i = 0; i < propKeys.length; i++) {
      const key = propKeys[i]
      const propOptions: any = vm.$options.props // wtf flow?
      props[key] = validateProp(key, propOptions, propsData, vm)
    }
    toggleObserving(true)
    vm.$options.propsData = propsData
  }
}