精读《Vuejs设计与实现》第 17 章(编译优化)

编译优化指的是编译器将模板编译为渲染函数的过程中,尽可能多地提取关键信息。并以此指导生成最优代码的过程。

编译优化的策略与具体实现是由框架的设计思路所决定,总的来说是尽可能地区分动态内容和静态内容,并针对不同的内容采用不同的优化策略。

17.1 动态节点收集与补丁标志

17.1.1 传统 Diff 算法的问题

之前我们介绍了三种 diff 算法,无论哪种,它们在对比两颗虚拟 dom 树的时候,都是按照虚拟 DOM 的层级结构"一层一层"地遍历。

举个例子,假设我们有如下模板:

html 复制代码
<div id="foo">
	<p class="bar">{{ text }}</p>
</div>

在上面这段模板中,唯一可能变化的就是 p 标签的文本子节点的内容。

也就是说,当响应式数据 text 的值发生变化时,最高效的更新方式就是直接设置 p 标签的文本内容。

但传统 Diff 算法显然做不到如此高效,当响应式数据 text 发生变化时,会产生一棵新的虚拟 DOM 树和旧的虚拟 DOM 对比:

  • 对比 div 节点,以及该节点的属性和子节点。
  • 对比 p 节点,以及该节点的属性和子节点。
  • 对比 p 节点的文本子节点,如果文本子节点的内容变了,则更新,否则什么都不做。

可以看到,多了很多无意义的对比操作,如果我们能跳过,将大幅提升性能。

实际上,模板的结构非常稳定。通过编译手段,我们可以分析出很多关键信息,例如哪些节点是静态的,哪些节点是动态的。

结合这些关键信息,编译器可以直接生成原生 DOM 操作的代码,这样甚至能够抛掉虚拟 DOM,从而避免虚拟 DOM 带来的性能开销。

但是,考虑到渲染函数的灵活性,以及Vue.js 2 的兼容问题,Vue.js 3 最终还是选择了保留虚拟 DOM。这样一来,就必然要面临它所带来的额外性能开销。

那么,为什么虚拟 DOM 会产生额外的性能开销呢?根本原因在于,渲染器在运行时得不到足够的信息。

传统 Diff 算法无法利用编译时提取到的任何关键信息,这导致渲染器在运行时不可能去做相关的优化。

而 Vue.js 3 的编译器会将编译时得到的关键信息"附着"在它生成的虚拟 DOM 上,这些信息会通过虚拟 DOM 传递给渲染器。

最终,渲染器会根据这些关键信息执行"快捷路径",从而提升运行时的性能。

17.1.2 Block 与 PatchFlags

之所以说传统 Diff 算法无法避免新旧虚拟 DOM 树间无用的比较操作,是因为它在运行时得不到足够的关键信息,从而无法区分动态内容和静态内容。

换句话说,只要运行时能够区分动态内容和静态内容,即可实现极致的优化策略。假设我们有如下模板:

html 复制代码
<div>
  <div>foo</div>
  <p>{{ bar }}</p>
</div>

在上面这段模板中,只有 {{ bar }} 是动态的内容。

因此,在理想情况下,当响应式数据 bar 的值变化时,只需要更新 p 标签的文本节点即可。

我们需要提供更多信息给运行时,这需要我们从虚拟 DOM 结构入手,我们先看看虚拟 DOM 如何描述上面的模版:

javascript 复制代码
const vnode = {
	tag: 'div',
	children: [
		{ tag: 'div', children: 'foo' },
		{ tag: 'p', children: ctx.bar },
	],
}

传统的虚拟 DOM 中没有任何标志能够体现出节点的动态性。

但经过编译优化之后,编译器会将它提取到的关键信息"附着"到虚拟 DOM 节点上,如下代码所示:

javascript 复制代码
const vnode = {
	tag: 'div',
	children: [
		{ tag: 'div', children: 'foo' },
		{ tag: 'p', children: ctx.bar, patchFlag: 1 }, // 这是动态节点
	],
}

可以看到,p 标签的虚拟节点多了一个属性,即 patchFlag,它的值是一个数字。

只要虚拟节点存在该属性,我们就认为它是一个动态节点。这里的 patchFlag 属性就是所谓的补丁标志。

我们可以把补丁标志理解为一系列数字标记,并根据数字值的不同赋予它不同的含义:

  • 数字 1:代表节点有动态的 textContent(例如上面模板中的 p 标签)。
  • 数字 2:代表元素有动态的 class 绑定。
  • 数字 3:代表元素有动态的 style 绑定。
  • 数字 4:其他......。

通常,我们会在运行时的代码中定义补丁标志的映射,例如:

javascript 复制代码
const PatchFlags = {
	TEXT: 1, // 代表节点有动态的 textContent
	CLASS: 2, // 代表元素有动态的 class 绑定
	STYLE: 3, // 代表元素有动态的 style 绑定
	// 其他......
}

有了这项信息,我们就可以在虚拟节点的创建阶段,把它的动态子节点提取出来,并将其存储到该虚拟节点的 dynamicChildren 数组内:

javascript 复制代码
const vnode = {
	tag: 'div',
	children: [
		{ tag: 'div', children: 'foo' },
		{ tag: 'p', children: ctx.bar, patchFlag: PatchFlags.TEXT }, // 这是动态节点
	],
	// 将 children 中的动态节点提取到 dynamicChildren 数组中
	dynamicChildren: [
		// p 标签具有 patchFlag 属性,因此它是动态节点
		{ tag: 'p', children: ctx.bar, patchFlag: PatchFlags.TEXT },
	],
}

观察上面的 vnode 对象可以发现,与普通虚拟节点相比,它多出了一个额外的 dynamicChildren 属性。

我们把带有该属性的虚拟节点称为"块",即 Block。

所以,一个 Block 本质上也是一个虚拟 DOM 节点,只不过它比普通的虚拟节点多出来一个用来存储动态子节点的 dynamicChildren 属性。

这里需要注意的是,一个 Block 不仅能够收集它的直接动态子节点,还能够收集所有动态子代节点。举个例子,假设我们有如下模板:

html 复制代码
<div>
  <div>
  	<p>{{ bar }}</p>
  </div>
</div>

在这段模板中,p 标签并不是最外层 div 标签的直接子节点,而是它的子代节点。

因此,最外层的 div 标签对应的 Block 能够将 p 标签收集到其 dynamicChildren 数组中,如下面的代码所示:

javascript 复制代码
const vnode = {
	tag: 'div',
	children: [
		{
			tag: 'div',
			children: [
				{ tag: 'p', children: ctx.bar, patchFlag: PatchFlags.TEXT }, // 这是动态节点
			],
		},
	],
	dynamicChildren: [
		// Block 可以收集所有动态子代节点
		{ tag: 'p', children: ctx.bar, patchFlag: PatchFlags.TEXT },
	],
}

有了 Block 这个概念之后,渲染器的更新操作将会以 Block 为维度。

也就是说,当渲染器在更新一个 Block 时,会忽略虚拟节点的 children 数组,而是直接找到该虚拟节点的 dynamicChildren 数组,并只更新该数组中的动态节点。

这样,在更新时就实现了跳过静态内容,只更新动态内容。同时,由于动态节点中存在对应的补丁标志,所以在更新动态节点的时候,也能够做到靶向更新。

例如,当一个动态节点的 patchFlag 值为数字 1 时,我们知道它只存在动态的文本节点,所以只需要更新它的文本内容即可。

既然 Block 的好处这么多,那么什么情况下需要将一个普通的虚拟节点变成 Block 节点呢?

实际上,当我们在编写模板代码的时候,所有模板的根节点都会是一个 Block 节点,如下面的代码所示:

vue 复制代码
<template>
  <!-- 这个 div 标签是一个 Block -->
  <div>
    <!-- 这个 p 标签不是 Block,因为它不是根节点 -->
    <p>{{ bar }}</p>
  </div>
  <!-- 这个 h1 标签是一个 Block -->
  <h1>
    <!-- 这个 span 标签不是 Block,因为它不是根节点 -->
    <span :id="dynamicId"></span>
  </h1>
</template>

实际上,除了模板中的根节点需要作为 Block 角色之外,任何带有 v-for、v-if/v-else-if/v-else 等指令的节点都需要作为 Block 节点,后面会讲。

17.1.3 收集动态节点

在编译器生成的渲染函数代码中,会包含着用来创建虚拟 DOM 节点的辅助函数,如下代码所示:

javascript 复制代码
render() {
  return createVNode('div', { id: 'foo' }, [
    createVNode('p', null, 'text')
  ])
}

其中 createVNode 函数就是用来创建虚拟 DOM 节点的辅助函数,基本实现类似于:

javascript 复制代码
function createVNode(tag, props, children) {
	const key = props && props.key
	props && delete props.key

	return {
		tag,
		props,
		children,
		key,
	}
}

可以看到,createVNode 函数的返回值是一个虚拟 DOM 节点。

在createVNode 函数内部,通常还会对 props 和 children 做一些额外的处理工作。

编译器在优化阶段提取的关键信息会影响最终生成的代码,具体体现在用于创建虚拟 DOM 节点的辅助函数上。假设我们有如下模板:

html 复制代码
<div id="foo">
  <p class="bar">{{ text }}</p>
</div>

编译器在对这段模板进行编译优化后,会生成带有补丁标志(patch flag)的渲染函数,如下所示:

javascript 复制代码
render() {
  return createVNode('div', { id: 'foo' }, [
    createVNode('p', { class: 'bar' }, text, PatchFlags.TEXT) // PatchFlags.TEXT 就是补丁标志
  ])
}

上述代码,用于创建 p 标签的 createVNode 函数调用存在第四个参数,即 PatchFlags.TEXT。

这个参数就是所谓的补丁标志,它代表当前虚拟DOM 节点具有动态的文本子节点。这样就实现了对动态节点的标记。

下一步我们要思考的是如何将根节点变成一个 Block,以及如何将动态子代节点收集到该 Block 的 dynamicChildren 数组中。

这里有一个重要的事实,即在渲染函数内,对 createVNode 函数的调用是层层的嵌套结构,并且该函数的执行顺序是"内层先执行,外层后执行",如图所示:

当外层 createVNode 函数执行时,内层的 createVNode 函数已经执行完毕了。

因此,为了让外层 Block 节点能够收集到内层动态节点,就需要一个栈结构的数据来临时存储内层的动态节点,如下所示:

javascript 复制代码
// 动态节点栈
const dynamicChildrenStack = []
// 当前动态节点集合
let currentDynamicChildren = null
// openBlock 用来创建一个新的动态节点集合,并将该集合压入栈中
function openBlock() {
	dynamicChildrenStack.push((currentDynamicChildren = []))
}
// closeBlock 用来将通过 openBlock 创建的动态节点集合从栈中弹出
function closeBlock() {
	currentDynamicChildren = dynamicChildrenStack.pop()
}

我们还需要调整 createVNode 函数,如下所示:

javascript 复制代码
function createVNode(tag, props, children, flags) {
	const key = props && props.key
	props && delete props.key

	const vnode = {
		tag,
		props,
		children,
		key,
		patchFlags: flags,
	}

	if (typeof flags !== 'undefined' && currentDynamicChildren) {
		// 动态节点,将其添加到当前动态节点集合中
		currentDynamicChildren.push(vnode)
	}

	return vnode
}

上述函数,检测节点是否存在补丁标志。如果存在,则说明该节点是动态节点,于是将其添加到当前动态节点集合 currentDynamicChildren 中。

最后,我们需要重新设计渲染函数的执行方式,如下所示:

javascript 复制代码
render() {
  // 1. 使用 createBlock 代替 createVNode 来创建 block
  // 2. 每当调用 createBlock 之前,先调用 openBlock
  return (openBlock(), createBlock('div', null, [
    createVNode('p', { class: 'foo' }, null, 1 /* patch flag */),
    createVNode('p', { class: 'bar' }, null),
  ]))
}

function createBlock(tag, props, children) {
  // block 本质上也是一个 vnode
  const block = createVNode(tag, props, children)
  // 将当前动态节点集合作为 block.dynamicChildren
  block.dynamicChildren = currentDynamicChildren

  // 关闭 block
  closeBlock()
  // 返回
  return block
}

上述代码,我们利用逗号运算符的性质来保证渲染函数的返回值仍然是 VNode 对象。

这里的关键点是 createBlock 函数,任何应该作为 Block 角色的虚拟节点,都应该使用该函数来完成虚拟节点的创建。

由于 createVNode 函数和 createBlock 函数的执行顺序是从内向外,所以当 createBlock 函数执行时,内层的所有 createVNode 函数已经执行完毕了。

这时,currentDynamicChildren 数组中所存储的就是属于当前 Block 的所有动态子代节点。

因此,我们只需要将 currentDynamicChildren 数组作为 block.dynamicChildren 属性的值即可。这样,我们就完成了动态节点的收集。

17.1.4 渲染器的运行时支持

现在,我们已经有了动态节点集合 vnode.dynamicChildren,以及附着其上的补丁标志。基于这两点,即可在渲染器中实现靶向更新。

回顾一下传统的节点更新方式,如下面的 patchElement 函数所示,它取自第三篇所讲解的渲染器:

javascript 复制代码
function patchElement(n1, n2) {
	const el = (n2.el = n1.el)
	const oldProps = n1.props
	const newProps = n2.props

	for (const key in newProps) {
		if (newProps[key] !== oldProps[key]) {
			patchProps(el, key, oldProps[key], newProps[key])
		}
	}
	for (const key in oldProps) {
		if (!(key in newProps)) {
			patchProps(el, key, oldProps[key], null)
		}
	}

	// 在处理 children 时,调用 patchChildren 函数
	patchChildren(n1, n2, el)
}

上述代码,渲染器在更新标签节点时,使用 patchChildren 函数来更新标签的子节点。但该函数会使用传统虚拟 DOM 的 Diff 算法进行更新,这样做效率比较低。

有了 dynamicChildren 之后,我们可以直接对比动态节点,如下所示:

javascript 复制代码
function patchElement(n1, n2) {
	const el = (n2.el = n1.el)
	const oldProps = n1.props
	const newProps = n2.props

	// 省略部分代码

	if (n2.dynamicChildren) {
		// 调用 patchBlockChildren 函数,这样只会更新动态节点
		patchBlockChildren(n1, n2)
	} else {
		patchChildren(n1, n2, el)
	}
}

function patchBlockChildren(n1, n2) {
	// 只更新动态节点即可
	for (let i = 0; i < n2.dynamicChildren.length; i++) {
		patchElement(n1.dynamicChildren[i], n2.dynamicChildren[i])
	}
}

在修改后的 patchElement 函数中,我们优先检测虚拟 DOM 是否存在动态节点集合,即 dynamicChildren 数组。

如果存在,则直接调用 patchBlockChildren 函数完成更新。这样,渲染器只会更新动态节点,而跳过所有静态节点。

动态节点集合能够使得渲染器在执行更新时跳过静态节点,但对于单个动态节点的更新来说,由于它存在对应的补丁标志,因此我们可以针对性地完成靶向更新,如以下代码所示:

javascript 复制代码
function patchElement(n1, n2) {
 const el = n2.el = n1.el
 const oldProps = n1.props
 const newProps = n2.props

 if (n2.patchFlags) {
   // 靶向更新
   if (n2.patchFlags === 1) {
     // 只需要更新 class
   } else if (n2.patchFlags === 2) {
     // 只需要更新 style
   } else if (...) {
              // ...
   }
 } else {
   // 全量更新
    for (const key in newProps) {
     if (newProps[key] !== oldProps[key]) {
       patchProps(el, key, oldProps[key], newProps[key])
     }
   }
   for (const key in oldProps) {
     if (!(key in newProps)) {
       patchProps(el, key, oldProps[key], null)
     }
   }
 }

 // 在处理 children 时,调用 patchChildren 函数
 patchChildren(n1, n2, el)
}

可以看到,在 patchElement 函数内,我们通过检测补丁标志实现了 props 的靶向更新。这样就避免了全量的 props 更新,从而最大化地提升性能。

17.2 Block 树

除了根节点,还会有其他特殊节点充当 Block 角色,如带有 v-if 和 v-for 指令的节点。

17.2.1 带有 v-if 指令的节点

首先,我们来看下面这段模板:

html 复制代码
<div>
  <section v-if="foo">
  	<p>{{ a }}</p>
  </section>
  <div v-else>
  	<p>{{ a }}</p>
  </div>
</div>

假设只有最外层的 div 标签会作为 Block 角色。

那么,当变量 foo 的值为 true 时,block 收集到的动态节点是:

javascript 复制代码
const block = {
	tag: 'div',
	dynamicChildren: [{ tag: 'p', children: ctx.a, patchFlags: 1 }],
	// ...
}

而当变量 foo 的值为 false 时,block 收集到的动态节点是:

javascript 复制代码
const block = {
	tag: 'div',
	dynamicChildren: [{ tag: 'p', children: ctx.a, patchFlags: 1 }],
	// ...
}

可以发现,无论是 变量 foo 的值是 true 还是 false,block 所收集的动态节点是不变的。

在上面的模板中,带有 v-if 指令的是 <section> 标签,而带有 v-else 指令的是 <div> 标签。

很明显,更新前后的标签不同,如果不做任何更新,将产生严重的 bug。不仅如此,下面的模板也会出现同样的问题:

html 复制代码
<div>
  <section v-if="foo">
    <p>{{ a }}</p>
  </section>
  <section v-else> <!-- 即使这里是 section -->
      <div> <!-- 这个 div 标签在 Diff 过程中被忽略 -->
            <p>{{ a }}</p>
        </div>
  </section >
</div>

实际上,上述问题的根本原因在于,dynamicChildren 数组中收集的动态节点是忽略虚拟 DOM 树层级的。

换句话说,结构化指令会导致更新前后模板的结构发生变化,即模板结构不稳定。

那么,如何让虚拟 DOM 树的结构变稳定呢?其实很简单,只需要让带有 v-if/v-else-if/v-else 等结构化指令的节点也作为 Block 角色即可。

以下面的模板为例:

html 复制代码
<div>
  <section v-if="foo">
    <p>{{ a }}</p>
  </section>
  <section v-else> <!-- 即使这里是 section -->
      <div> <!-- 这个 div 标签在 Diff 过程中被忽略 -->
            <p>{{ a }}</p>
        </div>
  </section >
</div>

如果上面这段模板中的两个 <section> 标签都作为 Block 角色,那么将构成一棵 Block 树:

html 复制代码
Block(Div)
   - Block(Section v-if)
   - Block(Section v-else)

父级 Block 除了会收集动态子代节点之外,也会收集子 Block。

因此,两个子 Block(section) 将作为父级 Block(div) 的动态节点被收集到父级 Block(div) 的 dynamicChildren 数组中,如下所示:

javascript 复制代码
const block = {
  tag: 'div',
  dynamicChildren: [
    /* Block(Section v-if) 或者 Block(Section v-else) */
    { tag: 'section', { key: 0 /* key 值会根据不同的 Block 而发生变化 */ }, dynamicChildren: [...]},
  ]
}

这样,当 v-if 条件为真时,父级 Block 的 dynamicChildren 数组中包含的是 Block(section v-if)。

当 v-if 的条件为假时,父级 Block 的 dynamicChildren 数组中包含的将是 Block(section v-else)。

在 Diff 过程中,渲染器能够根据 Block 的 key 值区分出更新前后的两个 Block 是不同的,并使用新的 Block 替换旧的 Block。

这样就解决了 DOM 结构不稳定引起的更新问题。

17.2.2 带有 v-for 指令的节点

不仅带有 v-if 指令的节点会让虚拟 DOM 树的结构不稳定,带有 v-for 指令的节点也会让虚拟 DOM 树变得不稳定,而后者的情况会稍微复杂一些。

思考如下模板:

html 复制代码
<div>
  <p v-for="item in list">{{ item }}</p>
  <i>{{ foo }}</i>
  <i>{{ bar }}</i>
</div>

假设 list 是一个数组,在更新过程中,list 数组的值由 [1 ,2] 变为 [1]。

按照之前的思路,即只有根节点会作为 Block 角色,那么,上面的模板中,只有最外层的 <div> 标签会作为 Block。所以,这段模板在更新前后对应的 Block树是:

javascript 复制代码
// 更新前
const prevBlock = {
  tag: 'div',
  dynamicChildren: [
    { tag: 'p', children: 1, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'p', children: 2, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'i', children: ctx.foo, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'i', children: ctx.bar, 1 /* TEXT */ },
  ]
}

// 更新后
const nextBlock = {
  tag: 'div',
  dynamicChildren: [
    { tag: 'p', children: item, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'i', children: ctx.foo, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'i', children: ctx.bar, 1 /* TEXT */ },
  ]
}

观察上面这段代码,更新前的 Block 树(prevBlock)中有四个动态节点,而更新后的 Block 树(nextBlock)中只有三个动态节点。

这时候使用传统 Diff 对比两个 dynamicChildren 数组内的节点是不行的,因为进行 Diff 操作的节点必须是同层级节点。但是 dynamicChildren 数组内的节点未必是同层级的,

实际上,解决方法很简单,我们只需要让带有 v-for 指令的标签也作为 Block 角色即可。

这样就能够保证虚拟 DOM 树具有稳定的结构,即无论 v-for 在运行时怎样变化,这棵 Block 树看上去都是一样的,如下所示:

javascript 复制代码
const block = {
  tag: 'div',
  dynamicChildren: [
    // 这是一个 Block,它有 dynamicChildren
    { tag: Fragment, dynamicChildren: [/* v-for 的节点 */] }
    { tag: 'i', children: ctx.foo, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'i', children: ctx.bar, 1 /* TEXT */ },
  ]
}

由于 v-for 指令渲染的是一个片段,所以我们需要使用类型为 Fragment 的节点来表达 v-for 指令的渲染结果,并作为 Block 角色。

17.2.3 Fragment 的稳定性

上一节,我们使用了一个 Fragment 来表达 v-for 循环产生的虚拟节点,并让其充当 Block 的角色。现在我们来研究下 Fragment 节点本身。

给出下面这段模板:

html 复制代码
<p v-for="item in list">{{ item }}</p>

当 list 数组由 [1, 2] 变成 [1] 时,Fragment 节点在更新前后对应的内容分别是:

javascript 复制代码
// 更新前
const prevBlock = {
  tag: Fragment,
  dynamicChildren: [
    { tag: 'p', children: item, 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'p', children: item, 2 /* TEXT */ }
  ]
}

// 更新后
const prevBlock = {
  tag: Fragment,
  dynamicChildren: [
    { tag: 'p', children: item, 1 /* TEXT */ }
  ]
}

我们发现,Fragment 本身收集的动态节点仍然面临结构不稳定的情况。
所谓结构不稳定,从结果上看,指的是更新前后一个 block 的 dynamicChildren 数组中收集的动态节点的数量或顺序不一致。

对于这种我们只能回归传统虚拟 DOM 的 Diff 手段,即直接使用 Fragment 的 children 而非dynamicChildren 来进行 Diff 操作。

但需要注意的是,Fragment 的子节点(children)仍然可以是由 Block 组成的数组,例如:

javascript 复制代码
const block = {
  tag: Fragment,
  children: [
    { tag: 'p', children: item, dynamicChildren: [/*...*/], 1 /* TEXT */ },
    { tag: 'p', children: item, dynamicChildren: [/*...*/], 1 /* TEXT */ }
  ]
}

这样,当 Fragment 的子节点进行更新时,就可以恢复优化模式。

既然有不稳定的 Fragment,那就有稳定的 Fragment。那什么样的Fragment 是稳定的呢?有以下几种情况。

  • v-for 指令的表达式是常量:
html 复制代码
<p v-for="n in 10"></p>
<!-- 或者 -->
<p v-for="s in 'abc'"></p>

由于表达式 10 和 'abc' 是常量,所以无论怎样更新,上面两个 Fragment 都不会变化。

因此这两个 Fragment 是稳定的。对于稳定的 Fragment,我们不需要回退到传统 Diff 操作,这在性能上会有一定的优势。

  • 模板中有多个根节点。Vue3当模板中存在多个根节点时,我们需要使用 Fragment 来描述它。例如:
html 复制代码
<template>
	<div></div>
	<p></p>
	<i></i>
</template>

同时,用于描述具有多个根节点的模板的 Fragment 也是稳定的。

17.3 静态提升

静态提升。它能够减少更新时创建虚拟 DOM 带来的性能开销和内存占用。

假设我们有如下模板:

html 复制代码
<div>   
  <p>static text</p>
  <p>{{ title }}</p>
</div>

在没有静态提升的情况下,它对应的渲染函数是:

javascript 复制代码
function render() {
	return (
		openBlock(),
		createBlock('div', null, [
			createVNode('p', null, 'static text'),
			createVNode('p', null, ctx.title, 1 /* TEXT */),
		])
	)
}

可以看到,在这段虚拟 DOM 的描述中存在两个 p 标签,一个是纯静态的,而另一个拥有动态文本。

当响应式数据 title 的值发生变化时,整个渲染函数会重新执行,并产生新的虚拟 DOM 树。

这个过程有一个明显的问题,即纯静态的虚拟节点在更新时也会被重新创建一次。很显然,这是没有必要的。

解决方案就是所谓的"静态提升",即把纯静态的节点提升到渲染函数之外,如下所示:

javascript 复制代码
// 把静态节点提升到渲染函数之外
const hoist1 = createVNode('p', null, 'text')

function render() {
	return (
		openBlock(),
		createBlock('div', null, [
			hoist1, // 静态节点引用
			createVNode('p', null, ctx.title, 1 /* TEXT */),
		])
	)
}

可以看到,当把纯静态的节点提升到渲染函数之外后,在渲染函数内只会持有对静态节点的引用。

当响应式数据变化,并使得渲染函数重新执行时,并不会重新创建静态的虚拟节点,从而避免了额外的性能开销。

需要强调的是,静态提升是以树为单位的。以下面的模板为例:

html 复制代码
<div>
  <section>
    <p>
      <span>abc</span>
    </p>
  </section>
</div>

在上面这段模板中,除了根节点的 div 标签会作为 Block 角色而不可被提升之外,整个 <section> 元素及其子代节点都会被提升。

如果我们把上面模板中的静态字符串 abc 换成动态绑定的 {{ abc }},那么整棵树都不会被提升。

然包含动态绑定的节点本身不会被提升,但是该动态节点上仍然可能存在纯静态的属性,如下面的模板所示:

html 复制代码
<div>
	<p foo="bar" a=b>{{ text }}</p>
</div>

上面模板,p 标签存在动态绑定的文本内容,因此整个节点都不会被静态提升。

但该节点的所有 props 都是静态的,因此在最终生成渲染函数时,我们可以将纯静态的 props 提升到渲染函数之外,如下面的代码所示:

javascript 复制代码
// 静态提升的 props 对象
const hoistProp = { foo: 'bar', a: 'b' }

function render(ctx) {
  return openBlock(), createBlock('div', null, [createVNode('p', hoistProp, ctx.text)])
}

这样做同样可以减少创建虚拟 DOM 产生的开销以及内存占用。

17.4 预字符串化

预字符串化是基于静态提升的一种优化策略。静态提升的虚拟节点或虚拟节点树本身是静态的,那么,能否将其预字符串化呢?如下面的模板所示:

html 复制代码
<div>
  <p></p>
  <p></p>
  // ... 20 个 p 标签
  <p></p>
</div>

假设上面的模板中包含大量连续纯静态的标签节点,当采用了静态提升优化策略时,其编译后的代码如下:

javascript 复制代码
cosnt hoist1 = createVNode('p', null, null, PatchFlags.HOISTED)
cosnt hoist2 = createVNode('p', null, null, PatchFlags.HOISTED)
// ... 20 个 hoistx 变量
cosnt hoist20 = createVNode('p', null, null, PatchFlags.HOISTED)

render() {
  return (openBlock(), createBlock('div', null, [
    hoist1, hoist2, /* ...20 个变量 */, hoist20
  ]))
}

预字符串化能够将这些静态节点序列化为字符串,并生成一个 Static 类型的 VNode:

javascript 复制代码
const hoistStatic = createStaticVNode('<p></p><p></p><p></p>...20 个...<p></p>')

render() {
  return (openBlock(), createBlock('div', null, [
    hoistStatic
  ]))
}

这么做有几个明显的优势:

  • 大块的静态内容可以通过 innerHTML 进行设置,在性能上具有一定优势。
  • 减少创建虚拟节点产生的性能开销。
  • 减少内存占用。

17.5 缓存内联事件处理函数

。缓存内联事件处理函数可以避免不必要的更新。假设模板内容如下:

html 复制代码
<Comp @change="a + b" />

上面这段模板展示的是一个绑定了 change 事件的组件,并且为 change 事件绑定的事件处理程序是一个内联语句。

对于这样的模板,编译器会为其创建一个内联事件处理函数,如下所示:

javascript 复制代码
function render(ctx) {
  return h(Comp, {
    // 内联事件处理函数
    onChange: () => ctx.a + ctx.b,
  })
}

很显然,每次重新渲染时(即 render 函数重新执行时),都会为 Comp 组件创建一个全新的 props 对象。

同时,props 对象中 onChange 属性的值也会是全新的函数。这

会导致渲染器对 Comp 组件进行更新,造成额外的性能开销。

我们对内联事件处理函数进行缓存,如下所示:

javascript 复制代码
function render(ctx, cache) {
	return h(Comp, {
		// 将内联事件处理函数缓存到 cache 数组中
		onChange: cache[0] || (cache[0] = $event => ctx.a + ctx.b),
	})
}

渲染函数的第二个参数是一个数组 cache,该数组来自组件实例,我们可以把内联事件处理函数添加到 cache 数组中。

这样,当渲染函数重新执行并创建新的虚拟 DOM 树时,会优先读取缓存中的事件处理函数。

这样,无论执行多少次渲染函数,props 对象中 onChange 属性的值始终不变,于是就不会触发 Comp 组件更新了。

17.6 v-once

Vue.js 3 不仅会缓存内联事件处理函数,配合 v-once 还可实现对虚拟 DOM 的缓存。

Vue.js 2 也支持 v-once 指令,当编译器遇到 v-once 指令时,会使用到上节的 cache。

如下面的模板所示:

html 复制代码
<section>
	<div v-once>{{ foo }}</div>
</section>

在上面这段模板中,div 标签存在动态绑定的文本内容。但是它被 v-once 指令标记,所以这段模板会被编译为:

javascript 复制代码
function render(ctx, cache) {
  return (
    openBlock(),
    createBlock('div', null, [
      cache[1] || (cache[1] = createVNode('div', null, ctx.foo, 1 /* TEXT */)),
    ])
  )
}

从编译结果中可以看到,该 div 标签对应的虚拟节点被缓存到了 cache 数组中。

既然虚拟节点已经被缓存了,那么后续更新导致渲染函数重新执行时,会优先读取缓存的内容,而不会重新创建虚拟节点。

同时,由于虚拟节点被缓存,意味这不会变化,也就不需要参与 diff 操作了。所以在实际编译后的代码中经常出现下面这段内容:

javascript 复制代码
render(ctx, cache) {
  return (openBlock(), createBlock('div', null, [
    cache[1] || (
      setBlockTracking(-1), // 阻止这段 VNode 被 Block 收集
      cache[1] = h("div", null, ctx.foo, 1 /* TEXT */),
      setBlockTracking(1), // 恢复
      cache[1] // 整个表达式的值
    )
  ]))
}

注意上面这段代码中的 setBlockTracking(-1) 函数调用,它用来暂停动态节点的收集。

换句话说,使用 v-once 包裹的动态节点不会被父级 Block 收集。因此,被 v-once 包裹的动态节点在组件更新时,自然不会参与 Diff 操作。

v-once 指令通常用于不会发生改变的动态绑定中,以提升性能,例如绑定一个常量:

html 复制代码
<div v-once>{{ SOME_CONSTANT }}</div>

样,在组件更新时就会跳过这段内容的更新,从而提升更新性能。

实际上,v-once 指令能够从两个方面提升性能:

  • 避免组件更新时重新创建虚拟 DOM 带来的性能开销。因为虚拟 DOM 被缓存了,所以更新时无须重新创建。
  • 避免无用的 Diff 开销。这是因为被 v-once 标记的虚拟 DOM 树不会被父级 Block 节点收集。

17.7 总结

本章中,我们主要讨论了 Vue.js 3 在编译优化方面所做的努力。

编译优化指的是通过编译的手段提取关键信息,并以此指导生成最优代码的过程。

具体来说,Vue.js 3 的编译器会充分分析模板,提取关键信息并将其附着到对应的虚拟节点上。

在运行时阶段,渲染器通过这些关键信息执行"快捷路径",从而提升性能。

编译优化的核心在于,区分动态节点与静态节点。Vue.js 3 会为动态节点打上补丁标志,即 patchFlag。

同时,Vue.js 3 还提出了 Block 的概念,一个Block 本质上也是一个虚拟节点,但与普通虚拟节点相比,会多出一个dynamicChildren 数组。

该数组用来收集所有动态子代节点,这利用了createVNode 函数和 createBlock 函数的层层嵌套调用的特点,即以"由内向外"的方式执行。

再配合一个用来临时存储动态节点的节点栈,即可完成动态子代节点的收集。

由于 Block 会收集所有动态子代节点,所以对动态节点的比对操作是忽略DOM 层级结构的。

这会带来额外的问题,即 v-if、v-for 等结构化指令会影响 DOM 层级结构,使之不稳定。这会间接导致基于 Block 树的比对算法失效。

而解决方式很简单,只需要让带有 v-if、v-for 等指令的节点也作为 Block 角色即可。

除了 Block 树以及补丁标志之外,Vue.js 3 在编译优化方面还做了其他努力,具体如下:

  • 静态提升:能够减少更新时创建虚拟 DOM 带来的性能开销和内存占用。
  • 预字符串化:在静态提升的基础上,对静态节点进行字符串化。这样做能够减少创建虚拟节点产生的性能开销以及内存占用。
  • 缓存内联事件处理函数:避免造成不必要的组件更新。
  • v-once 指令:缓存全部或部分虚拟节点,能够避免组件更新时重新创建虚拟 DOM 带来的性能开销,也可以避免无用的 Diff 操作。
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