vue3编译优化之“静态提升”

欧阳码农2024-05-14 8:45

前言

在上一篇 vue3早已具备抛弃虚拟DOM的能力了文章中讲了对于动态节点，vue做的优化是将这些动态节点收集起来，然后当响应式变量修改后进行靶向更新。那么vue对静态节点有没有做什么优化呢？答案是：当然有，对于静态节点会进行"静态提升"。这篇文章我们来看看vue是如何进行静态提升的。

什么是静态提升？

我们先来看一个demo，代码如下：

<template>
  <div>
    <h1>title</h1>
    <p>{{ msg }}</p>
    <button @click="handleChange">change msg</button>
  </div>
</template>

<script setup lang="ts">
import { ref } from "vue";

const msg = ref("hello");

function handleChange() {
  msg.value = "world";
}
</script>

这个demo代码很简单，其中的h1标签就是我们说的静态节点，p标签就是动态节点。点击button按钮会将响应式msg变量的值更新，然后会执行render函数将msg变量的最新值"world"渲染到p标签中。

我们先来看看未开启静态提升之前生成的render函数是什么样的：

由于在vite项目中启动的vue都是开启了静态提升，所以我们需要在 Vue 3 Template Explorer网站中看看未开启静态提升的render函数的样子（网站URL为： https://template-explorer.vuejs.org/ ），如下图将hoistStatic这个选项取消勾选即可：

未开启静态提升生成的render函数如下：

import { createElementVNode as _createElementVNode, toDisplayString as _toDisplayString, openBlock as _openBlock, createElementBlock as _createElementBlock } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("template", null, [
    _createElementVNode("div", null, [
      _createElementVNode("h1", null, "title"),
      _createElementVNode("p", null, _toDisplayString(_ctx.msg), 1 /* TEXT */),
      _createElementVNode("button", { onClick: _ctx.handleChange }, "change msg", 8 /* PROPS */, ["onClick"])
    ])
  ]))
}

每次响应式变量更新后都会执行render函数，每次执行render函数都会执行createElementVNode方法生成h1标签的虚拟DOM。但是我们这个h1标签明明就是一个静态节点，根本就不需要每次执行render函数都去生成一次h1标签的虚拟DOM。

vue3对此做出的优化就是将"执行createElementVNode方法生成h1标签虚拟DOM的代码"提取到render函数外面去，这样就只有初始化的时候才会去生成一次h1标签的虚拟DOM，也就是我们这篇文章中要讲的"静态提升"。开启静态提升后生成的render函数如下：

import { createElementVNode as _createElementVNode, toDisplayString as _toDisplayString, openBlock as _openBlock, createElementBlock as _createElementBlock } from "vue"

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createElementVNode("h1", null, "title", -1 /* HOISTED */)

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("template", null, [
    _createElementVNode("div", null, [
      _hoisted_1,
      _createElementVNode("p", null, _toDisplayString(_ctx.msg), 1 /* TEXT */),
      _createElementVNode("button", {
        onClick: _cache[0] || (_cache[0] = (...args) => (_ctx.handleChange && _ctx.handleChange(...args)))
      }, "change msg")
    ])
  ]))
}

从上面可以看到生成h1标签虚拟DOM的createElementVNode函数被提取到render函数外面去执行了，只有初始化时才会执行一次将生成的虚拟DOM赋值给_hoisted_1变量。在render函数中直接使用_hoisted_1变量即可，无需每次执行render函数都去生成h1标签的虚拟DOM，这就是我们这篇文章中要讲的"静态提升"。

我们接下来还是一样的套路通过debug的方式来带你搞清楚vue是如何实现静态提升的，注：本文使用的vue版本为3.4.19

如何实现静态提升

实现静态提升主要分为两个阶段：

  • transform阶段遍历AST抽象语法树，将静态节点找出来进行标记和处理，然后将这些静态节点塞到根节点的hoists数组中。

  • generate阶段遍历上一步在根节点存的hoists数组，在render函数外 去生成存储静态节点虚拟DOM的_hoisted_x变量。然后在render函数中使用这些_hoisted_x变量表示这些静态节点。

transform阶段

在我们这个场景中transform函数简化后的代码如下：

function transform(root, options) {
  // ...省略
  if (options.hoistStatic) {
    hoistStatic(root, context);
  }
  root.hoists = context.hoists;
}

从上面可以看到实现静态提升是执行了hoistStatic函数，我们给hoistStatic函数打个断点。让代码走进去看看hoistStatic函数是什么样的，在我们这个场景中简化后的代码如下：

function hoistStatic(root, context) {
  walk(root, context, true);
}

从上面可以看到这里依然不是具体实现的地方，接着将断点走进walk函数。在我们这个场景中简化后的代码如下：

function walk(node, context, doNotHoistNode = false) {
  const { children } = node;
  for (let i = 0; i < children.length; i++) {
    const child = children[i];
    if (
      child.type === NodeTypes.ELEMENT &&
      child.tagType === ElementTypes.ELEMENT
    ) {
      const constantType = doNotHoistNode
        ? ConstantTypes.NOT_CONSTANT
        : getConstantType(child, context);
      if (constantType > ConstantTypes.NOT_CONSTANT) {
        if (constantType >= ConstantTypes.CAN_HOIST) {
          child.codegenNode.patchFlag = PatchFlags.HOISTED + ` /* HOISTED */`;
          child.codegenNode = context.hoist(child.codegenNode);
          continue;
        }
      }
    }

    if (child.type === NodeTypes.ELEMENT) {
      walk(child, context);
    }
  }
}

我们先在debug终端上面看看传入的第一个参数node是什么样的，如下图：

从上面可以看到此时的node为AST抽象语法树的根节点，树的结构和template中的代码刚好对上。外层是div标签，div标签下面有h1、p、button三个标签。

我们接着来看walk函数，简化后的walk函数只剩下一个for循环遍历node.children。在for循环里面主要有两块if语句：

  • 第一块if语句的作用是实现静态提升

  • 第二块if语句的作用是递归遍历整颗树。

我们来看第一块if语句中的条件，如下：

if (
  child.type === NodeTypes.ELEMENT &&
  child.tagType === ElementTypes.ELEMENT
)

在将这块if语句之前，我们先来了解一下这里的两个枚举。NodeTypes和ElementTypes

NodeTypes枚举

NodeTypes表示AST抽象语法树中的所有node节点类型，枚举值如下：

enum NodeTypes {
  ROOT, // 根节点
  ELEMENT,  // 元素节点，比如：div元素节点、Child组件节点
  TEXT, // 文本节点
  COMMENT,  // 注释节点
  SIMPLE_EXPRESSION,  // 简单表达式节点，比如v-if="msg !== 'hello'"中的msg!== 'hello'
  INTERPOLATION,  // 双大括号节点，比如{{msg}}
  ATTRIBUTE,  // 属性节点，比如 title="我是title"
  DIRECTIVE,  // 指令节点，比如 v-if=""
  // ...省略
}

看到这里有的小伙伴可能有疑问了，为什么AST抽象语法树中有这么多种节点类型呢？

我们来看一个例子你就明白了，如下：

<div v-if="msg !== 'hello'" title="我是title">msg为 {{ msg }}</div>

上面这段代码转换成AST抽象语法树后会生成很多node节点：

  • div对应的是ELEMENT元素节点

  • v-if对应的是DIRECTIVE指令节点

  • v-if中的msg !== 'hello'对应的是SIMPLE_EXPRESSION简单表达式节点

  • title对应的是ATTRIBUTE属性节点

  • msg为对应的是ELEMENT元素节点

  • {{ msg }}对应的是INTERPOLATION双大括号节点

ElementTypes枚举

div元素节点、Child组件节点都是NodeTypes.ELEMENT元素节点，那么如何区分是不是组件节点呢？就需要使用ElementTypes枚举来区分了，如下：

enum ElementTypes {
  ELEMENT,  // html元素
  COMPONENT,  // 组件
  SLOT, // 插槽
  TEMPLATE, // 内置template元素
}

现在来看第一块if条件，你应该很容易看得懂了：

if (
  child.type === NodeTypes.ELEMENT &&
  child.tagType === ElementTypes.ELEMENT
)

如果当前节点是html元素节点，那么就满足if条件。

当前的node节点是最外层的div节点，当然满足这个if条件。

接着将断点走进if条件内，第一行代码如下：

const constantType = doNotHoistNode
  ? ConstantTypes.NOT_CONSTANT
  : getConstantType(child, context);

在搞清楚这行代码之前先来了解一下ConstantTypes枚举

ConstantTypes枚举

我们来看看ConstantTypes枚举，如下：

enum ConstantTypes {
  NOT_CONSTANT = 0, // 不是常量
  CAN_SKIP_PATCH, // 跳过patch函数
  CAN_HOIST,  // 可以静态提升
  CAN_STRINGIFY,  // 可以预字符串化
}

ConstantTypes枚举的作用就是用来标记静态节点的4种等级状态，高等级的状态拥有低等级状态的所有能力。比如：
NOT_CONSTANT：表示当前节点不是静态节点。比如下面这个p标签使用了msg响应式变量：

<p>{{ msg }}</p>

const msg = ref("hello");

CAN_SKIP_PATCH：表示当前节点在重新执行render函数时可以跳过patch函数。比如下面这个p标签虽然使用了变量name，但是name是一个常量值。所以这个p标签其实是一个静态节点，但是由于使用了name变量，所以不能提升到render函数外面去。

<p>{{ name }}</p>
const name = "name";

CAN_HOIST：表示当前静态节点可以被静态提升，当然每次执行render函数时也无需执行patch函数。demo如下：

<h1>title</h1>

CAN_STRINGIFY：表示当前静态节点可以被预字符串化 ，下一篇文章会专门讲预字符串化 。

从debug终端中可以看到此时doNotHoistNode变量的值为true，所以constantType变量的值为ConstantTypes.NOT_CONSTANT。
getConstantType函数的作用是根据当前节点以及其子节点拿到静态节点的constantType。

我们接着来看后面的代码，如下：

if (constantType > ConstantTypes.NOT_CONSTANT) {
  if (constantType >= ConstantTypes.CAN_HOIST) {
    child.codegenNode.patchFlag = PatchFlags.HOISTED + ` /* HOISTED */`;
    child.codegenNode = context.hoist(child.codegenNode);
    continue;
  }
}

前面我们已经讲过了，当前div节点的constantType的值为ConstantTypes.NOT_CONSTANT，所以这个if语句条件不通过。

我们接着看walk函数中的最后一块代码，如下：

if (child.type === NodeTypes.ELEMENT) {
  walk(child, context);
}

前面我们已经讲过了，当前child节点是div标签，所以当然满足这个if条件。将子节点div作为参数，递归调用walk函数。

我们再次将断点走进walk函数，和上一次执行walk函数不同的是，上一次walk函数的参数为root根节点，这一次参数是div节点。

同样的在walk函数内先使用for循环遍历div节点的子节点，我们先来看第一个子节点h1标签，也就是需要静态提升的节点。很明显h1标签是满足第一个if条件语句的：

if (
  child.type === NodeTypes.ELEMENT &&
  child.tagType === ElementTypes.ELEMENT
)

在debug终端中来看看h1标签的constantType的值，如下：

从上图中可以看到h1标签的constantType值为3，也就是ConstantTypes.CAN_STRINGIFY。表明h1标签是最高等级的预字符串 ，当然也能静态提升。

h1标签的constantType当然就能满足下面这个if条件：

if (constantType > ConstantTypes.NOT_CONSTANT) {
  if (constantType >= ConstantTypes.CAN_HOIST) {
    child.codegenNode.patchFlag = PatchFlags.HOISTED + ` /* HOISTED */`;
    child.codegenNode = context.hoist(child.codegenNode);
    continue;
  }
}

值得一提的是上面代码中的codegenNode属性就是用于生成对应node节点的render函数。

然后以codegenNode属性作为参数执行context.hoist函数，将其返回值赋值给节点的codegenNode属性。如下：

child.codegenNode = context.hoist(child.codegenNode);

上面这行代码的作用其实就是将原本生成render函数的codegenNode属性替换成用于静态提升的codegenNode属性。

context.hoist方法

将断点走进context.hoist方法，简化后的代码如下：

function hoist(exp) {
  context.hoists.push(exp);
  const identifier = createSimpleExpression(
    `_hoisted_${context.hoists.length}`,
    false,
    exp.loc,
    ConstantTypes.CAN_HOIST
  );
  identifier.hoisted = exp;
  return identifier;
}

我们先在debug终端看看传入的codegenNode属性。如下图：

从上图中可以看到此时的codegenNode属性对应的就是h1标签，codegenNode.children对应的就是h1标签的title文本节点。codegenNode属性的作用就是用于生成h1标签的render函数。

在hoist函数中首先执行 context.hoists.push(exp)将h1标签的codegenNode属性push到context.hoists数组中。context.hoists是一个数组，数组中存的是AST抽象语法树中所有需要被静态提升 的所有node节点的codegenNode属性。

接着就是执行createSimpleExpression函数生成一个新的codegenNode属性，我们来看传入的第一个参数：

`_hoisted_${context.hoists.length}`

由于这里处理的是第一个需要静态提升 的静态节点，所以第一个参数的值_hoisted_1。如果处理的是第二个需要静态提升 的静态节点，其值为_hoisted_2，依次类推。

接着将断点走进createSimpleExpression函数中，代码如下：

function createSimpleExpression(
  content,
  isStatic = false,
  loc = locStub,
  constType = ConstantTypes.NOT_CONSTANT
) {
  return {
    type: NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION,
    loc,
    content,
    isStatic,
    constType: isStatic ? ConstantTypes.CAN_STRINGIFY : constType,
  };
}

这个函数的作用很简单，根据传入的内容生成一个简单表达式节点。我们这里传入的内容就是_hoisted_1。

表达式节点我们前面讲过了，比如：v-if="msg !== 'hello'"中的msg!== 'hello'就是一个简单的表达式。

同理上面的_hoisted_1表示的是使用了一个变量名为_hoisted_1的表达式。

我们在debug终端上面看看hoist函数返回值，也就是h1标签新的codegenNode属性。如下图：

此时的codegenNode属性已经变成了一个简单表达式节点，表达式的内容为：_hoisted_1。后续执行generate生成render函数时，在render函数中h1标签就变成了表达式：_hoisted_1。

最后再执行transform函数中的root.hoists = context.hoists，将context上下文中存的hoists属性数组赋值给根节点的hoists属性数组，后面在generate生成render函数时会用。

至此transform阶段已经完成了，主要做了两件事：

  • 将h1静态节点找出来，将该节点生成render函数的codegenNode属性push到根节点的hoists属性数组中，后面generate生成render函数时会用。

  • 将上一步h1静态节点的codegenNode属性替换为一个简单表达式，表达式为：_hoisted_1。

generate阶段

在generate阶段主要分为两部分：

  • 将原本render函数内调用createElementVNode生成h1标签虚拟DOM的代码，提到render函数外面去执行，赋值给全局变量_hoisted_1。

  • 在render函数内直接使用_hoisted_1变量即可。

如下图：

生成render函数外面的_hoisted_1变量

经过transform阶段的处理，根节点的hoists属性数组中存了所有需要静态提升的静态节点。我们先来看如何处理这些静态节点，生成h1标签对应的_hoisted_1变量的。代码如下：

genHoists(ast.hoists, context);

将根节点的hoists属性数组传入给genHoists函数，将断点走进genHoists函数，在我们这个场景中简化后的代码如下：

function genHoists(hoists, context) {
  const { push, newline } = context;
  newline();
  for (let i = 0; i < hoists.length; i++) {
    const exp = hoists[i];
    if (exp) {
      push(`const _hoisted_${i + 1} = ${``}`);
      genNode(exp, context);
      newline();
    }
  }
}

generate部分的代码会在后面文章中逐行分析，这篇文章就不细看到每个函数了。简单解释一下genHoists函数中使用到的那些方法的作用。

  • context.code属性：此时的render函数字符串，可以在debug终端看一下执行每个函数后render函数字符串是什么样的。

  • newline方法：向当前的render函数字符串中插入换行符。

  • push方法：向当前的render函数字符串中插入字符串code。

  • genNode函数：在transform阶段给会每个node节点生成codegenNode属性，在genNode函数中会使用codegenNode属性生成对应node节点的render函数代码。

在刚刚进入genHoists函数，我们在debug终端使用context.code看看此时的render函数字符串是什么样的，如下图：

从上图中可以看到此时的render函数code字符串只有一行import vue的代码。

然后执行newline方法向render函数code字符串中插入一个换行符。

接着遍历在transform阶段收集的需要静态提升的节点集合，也就是hoists数组。在debug终端来看看这个hoists数组，如下图：

从上图中可以看到在hoists数组中只有一个h1标签需要静态提升。

在for循环中会先执行一句push方法，如下：

push(`const _hoisted_${i + 1} = ${``}`)

这行代码的意思是插入一个名为_hoisted_1的const变量，此时该变量的值还是空字符串。在debug终端使用context.code看看执行push方法后的render函数字符串是什么样的，如下图：

从上图中可以看到_hoisted_1全局变量的定义已经生成了，值还没生成。

接着就是执行genNode(exp, context)函数生成_hoisted_1全局变量的值，同理在debug终端看看执行genNode函数后的render函数字符串是什么样的，如下图：

从上面可以看到render函数外面已经定义了一个_hoisted_1变量，变量的值为调用createElementVNode生成h1标签虚拟DOM。

生成render函数中return的内容

在generate中同样也是调用genNode函数生成render函数中return的内容，代码如下：

genNode(ast.codegenNode, context);

这里传入的参数ast.codegenNode是根节点的codegenNode属性，在genNode函数中会从根节点开始递归遍历整颗AST抽象语法树，为每个节点生成自己的createElementVNode函数，执行createElementVNode函数会生成这些节点的虚拟DOM。

我们先来看看传入的第一个参数ast.codegenNode，也就是根节点的codegenNode属性。如下图：

从上图中可以看到静态节点h1标签已经变成了一个名为_hoisted_1的变量，而使用了msg变量的动态节点依然还是p标签。

我们再来看看执行这个genNode函数之前render函数字符串是什么样的，如下图：

从上图中可以看到此时的render函数字符串还没生成return中的内容。

执行genNode函数后，来看看此时的render函数字符串是什么样的，如下图：

从上图中可以看到，在生成的render函数中h1标签静态节点已经变成了_hoisted_1变量，_hoisted_1变量中存的是静态节点h1的虚拟DOM，所以每次页面更新重新执行render函数时就不会每次都去生成一遍静态节点h1的虚拟DOM。

总结

整个静态提升的流程图如下：

整个流程主要分为两个阶段：

  • 在transform阶段中：

    • 将h1静态节点找出来，将静态节点的codegenNode属性push到根节点的hoists属性数组中。

    • 将h1静态节点的codegenNode属性替换为一个简单表达式节点，表达式为：_hoisted_1。

  • 在generate阶段中：

    • 在render函数外面生成一个名为_hoisted_1的全局变量，这个变量中存的是h1标签的虚拟DOM。

    • 在render函数内直接使用_hoisted_1变量就可以表示这个h1标签。

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