Vue3 渲染器源码实现

Mrk2025-11-11 14:40

Vue3 渲染器源码实现详解：从虚拟DOM到Diff算法的完整实现

引言

Vue3 的渲染器是其性能提升的关键所在，它负责将虚拟DOM转换为真实DOM，并高效处理更新。本文将深入分析一个完整的 Vue3 渲染器实现，详细注释关键代码，帮助理解其核心原理。

1. 虚拟DOM (vnode) 系统

虚拟DOM是Vue渲染系统的核心，它是对真实DOM的轻量级JavaScript对象表示。

javascript

typescript 复制代码 
/**
 * 虚拟 DOM 节点类型枚举
 * 定义了不同类型的虚拟节点，每种类型对应不同的处理方式
 */
const VNODE_TYPES = {
  ELEMENT: 1,     // 普通HTML元素节点
  TEXT: 2,        // 文本节点  
  COMPONENT: 3,   // 组件节点
  FRAGMENT: 4,    // Fragment节点（多个根节点）
  COMMENT: 5,     // 注释节点
};

/**
 * 创建虚拟 DOM 节点
 * 这是构建虚拟DOM树的基石函数
 * 
 * @param {string|Object|Function} type - 节点类型（标签名、组件对象或组件函数）
 * @param {Object|null} props - 属性对象
 * @param {Array|string|number|null} children - 子节点
 * @param {string|number|null} key - 节点的key（用于diff算法优化）
 * @returns {Object} 虚拟DOM节点对象
 */
function createVNode(type, props = null, children = null, key = null) {
  // 确定节点类型：字符串为HTML元素，对象/函数为组件
  let vnodeType = VNODE_TYPES.ELEMENT;
  
  if (isString(type)) {
    vnodeType = VNODE_TYPES.ELEMENT;
  } else if (isObject(type) || isFunction(type)) {
    vnodeType = VNODE_TYPES.COMPONENT;
  }

  return {
    type,           // 节点类型标识
    props,          // 属性集合
    children,       // 子节点数组或文本
    key,            // 用于diff算法的唯一标识
    el: null,       // 对应的真实DOM元素（挂载后赋值）
    component: null, // 组件实例（组件节点专用）
    shapeFlag: vnodeType, // 节点形状标志，决定如何处理该节点
    __v_isVNode: true,    // 标识这是一个虚拟节点
  };
}

关键点说明：

  • shapeFlag 使用位运算标志来快速判断节点类型
  • key 属性是Diff算法优化的关键
  • el 属性在挂载后指向对应的真实DOM，建立虚拟DOM与真实DOM的桥梁

2. 渲染器核心架构

渲染器是Vue3的核心，采用可插拔架构，支持不同平台的渲染。

javascript

php 复制代码 
/**
 * 创建渲染器 - Vue3渲染系统的核心工厂函数
 * 采用依赖注入模式，接收平台特定的DOM操作函数
 * 
 * @param {Object} options - 渲染器选项（平台相关的DOM操作）
 * @returns {Object} 包含render和createApp方法的渲染器对象
 */
function createRenderer(options) {
  // 解构平台相关的DOM操作函数
  const {
    createElement,  // 创建DOM元素
    insert,         // 插入DOM元素  
    remove,         // 移除DOM元素
    setElementText, // 设置元素文本
    setText,        // 设置文本节点内容
    patchProp,      // 更新元素属性
  } = options;

  // ... 渲染器核心实现

  return {
    render,
    createApp: createAppAPI(render),
  };
}

3. 挂载与更新机制

3.1 挂载元素节点

javascript

scss 复制代码 
/**
 * 挂载元素节点 - 将虚拟DOM转换为真实DOM的关键步骤
 * 
 * @param {Object} vnode - 虚拟节点
 * @param {HTMLElement} container - 容器元素
 * @param {HTMLElement|null} anchor - 锚点元素（插入位置参考）
 */
function mountElement(vnode, container, anchor = null) {
  // 1. 创建对应的真实DOM元素
  const el = createElement(vnode.type);
  vnode.el = el;  // 建立虚拟DOM与真实DOM的关联

  // 2. 处理属性：设置class、style、事件监听器等
  if (vnode.props) {
    for (const key in vnode.props) {
      patchProp(el, key, null, vnode.props[key]);
    }
  }

  // 3. 处理子节点：递归挂载或设置文本内容
  if (vnode.children) {
    if (isString(vnode.children) || typeof vnode.children === 'number') {
      // 文本子节点直接设置
      setElementText(el, vnode.children);
    } else if (isArray(vnode.children)) {
      // 数组子节点递归挂载
      vnode.children.forEach((child) => {
        patch(null, child, el);
      });
    }
  }

  // 4. 将创建的元素插入到容器中
  insert(el, container, anchor);
}

3.2 核心patch函数

javascript

scss 复制代码 
/**
 * patch函数 - 渲染器的心脏，负责挂载新节点或更新已存在节点
 * 这是Vue3性能优化的核心，智能判断应该创建新节点还是更新现有节点
 * 
 * @param {Object|null} oldVNode - 旧的虚拟节点（null表示挂载新节点）
 * @param {Object} newVNode - 新的虚拟节点
 * @param {HTMLElement} container - 容器元素
 * @param {HTMLElement|null} anchor - 锚点元素（插入位置）
 */
function patch(oldVNode, newVNode, container, anchor = null) {
  // 1. 如果旧节点存在且类型不同，需要卸载旧节点
  if (oldVNode && !isSameVNode(oldVNode, newVNode)) {
    unmount(oldVNode);
    oldVNode = null;
  }

  const { shapeFlag } = newVNode;

  // 2. 根据节点类型进行不同的处理
  if (shapeFlag === VNODE_TYPES.TEXT) {
    // 文本节点处理
    if (!oldVNode) {
      mountText(newVNode, container, anchor);
    } else {
      // 更新文本内容
      if (newVNode.children !== oldVNode.children) {
        setText(newVNode.el, newVNode.children);
      }
    }
  } else if (shapeFlag === VNODE_TYPES.ELEMENT) {
    // 元素节点处理
    if (!oldVNode) {
      mountElement(newVNode, container, anchor);
    } else {
      patchElement(oldVNode, newVNode);
    }
  } else if (shapeFlag === VNODE_TYPES.COMPONENT) {
    // 组件节点处理
    if (!oldVNode) {
      mountComponent(newVNode, container, anchor);
    } else {
      patchComponent(oldVNode, newVNode);
    }
  }
}

4. Diff算法：Vue3性能的秘诀

Vue3的Diff算法是其性能大幅提升的关键，采用双端比较和最长递增子序列优化。

4.1 双端比较算法

javascript

ini 复制代码 
/**
 * 带key的子节点diff算法（双端比较 + 最长递增子序列优化）
 * 这是Vue3相比Vue2性能提升的核心算法
 * 
 * @param {Array} oldChildren - 旧的子节点数组
 * @param {Array} newChildren - 新的子节点数组  
 * @param {HTMLElement} container - 容器元素
 */
function patchKeyedChildren(oldChildren, newChildren, container) {
  // 阶段1：双端比较 - 处理简单的头部和尾部相同情况
  let oldStartIdx = 0;
  let newStartIdx = 0;
  let oldEndIdx = oldChildren.length - 1;
  let newEndIdx = newChildren.length - 1;
  
  // 双端比较的四种简单情况处理
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    // 情况1：旧头节点 === 新头节点（位置不变，只需更新内容）
    if (isSameVNode(oldStartVNode, newStartVNode)) {
      patch(oldStartVNode, newStartVNode, container);
      oldStartVNode = oldChildren[++oldStartIdx];
      newStartVNode = newChildren[++newStartIdx];
    }
    // 情况2：旧尾节点 === 新尾节点（位置不变，只需更新内容）  
    else if (isSameVNode(oldEndVNode, newEndVNode)) {
      patch(oldEndVNode, newEndVNode, container);
      oldEndVNode = oldChildren[--oldEndIdx];
      newEndVNode = newChildren[--newEndIdx];
    }
    // 情况3：旧头节点 === 新尾节点（节点从头部移到尾部）
    else if (isSameVNode(oldStartVNode, newEndVNode)) {
      patch(oldStartVNode, newEndVNode, container);
      // 移动DOM元素到正确位置
      insert(oldStartVNode.el, container, oldEndVNode.el.nextSibling);
      oldStartVNode = oldChildren[++oldStartIdx];
      newEndVNode = newChildren[--newEndIdx];
    }
    // 情况4：旧尾节点 === 新头节点（节点从尾部移到头部）
    else if (isSameVNode(oldEndVNode, newStartVNode)) {
      patch(oldEndVNode, newStartVNode, container);
      insert(oldEndVNode.el, container, oldStartVNode.el);
      oldEndVNode = oldChildren[--oldEndIdx];
      newStartVNode = newChildren[++newStartIdx];
    }
    // 情况5：都不匹配，进入复杂情况处理
    else {
      break;
    }
  }
  
  // 阶段2：建立key映射表，处理复杂移动情况
  // 阶段3：使用最长递增子序列算法优化DOM移动操作
}

4.2 最长递增子序列算法

javascript

ini 复制代码 
/**
 * 最长递增子序列（Longest Increasing Subsequence）算法
 * 用于找出数组中保持递增顺序的最长子序列
 * 在Diff算法中用于识别不需要移动的节点，最小化DOM操作
 * 
 * 算法原理：贪心 + 二分查找，时间复杂度O(n log n)
 * 
 * @param {Array} arr - 输入数组
 * @returns {Array} 最长递增子序列的索引数组
 */
function getSequence(arr) {
  const p = arr.slice(); // 前驱节点数组，用于回溯构建结果
  const result = [0];    // 当前最长递增子序列的索引
  
  let i, j, u, v, c;
  const len = arr.length;
  
  for (i = 0; i < len; i++) {
    const arrI = arr[i];
    
    // 跳过值为0的元素（表示新节点）
    if (arrI !== 0) {
      j = result[result.length - 1];
      
      // 如果当前元素大于结果数组最后一个元素，直接添加
      if (arr[j] < arrI) {
        p[i] = j;           // 记录前驱节点
        result.push(i);     // 添加到结果数组
        continue;
      }
      
      // 否则使用二分查找找到应该插入的位置
      u = 0;
      v = result.length - 1;
      
      while (u < v) {
        c = (u + v) >> 1;  // 二分查找中间位置
        if (arr[result[c]] < arrI) {
          u = c + 1;
        } else {
          v = c;
        }
      }
      
      // 替换找到的位置
      if (arrI < arr[result[u]]) {
        if (u > 0) {
          p[i] = result[u - 1];
        }
        result[u] = i;
      }
    }
  }
  
  // 回溯构建完整的最长递增子序列
  u = result.length;
  v = result[u - 1];
  
  while (u-- > 0) {
    result[u] = v;
    v = p[v];
  }
  
  return result;
}

算法应用场景：

当节点顺序发生变化时，LIS算法找出不需要移动的节点，只移动必要的节点，极大减少DOM操作。

5. 组件系统实现

Vue3的组件系统基于组合式API，支持更灵活的代码组织方式。

javascript

ini 复制代码 
/**
 * 挂载组件 - 处理组件节点的创建和渲染
 * 
 * @param {Object} vnode - 组件虚拟节点
 * @param {HTMLElement} container - 容器元素
 * @param {HTMLElement|null} anchor - 锚点元素
 */
function mountComponent(vnode, container, anchor = null) {
  // 1. 获取组件定义（可能是对象或函数）
  const component = vnode.type;
  
  // 2. 创建组件实例
  const instance = {
    vnode,
    type: component,
    props: vnode.props || {},
    setupState: {},     // setup函数返回的状态
    render: null,       // 组件的渲染函数
    subTree: null,      // 组件渲染的子树
    isMounted: false,
    update: null,       // 更新函数
  };
  
  // 3. 处理不同类型的组件定义
  if (isFunction(component)) {
    // 函数式组件：直接使用函数作为render
    instance.render = component;
  } else if (isObject(component)) {
    // 选项式组件：处理setup和render
    if (component.setup) {
      // 调用setup函数，传入props和上下文
      const setupResult = component.setup(instance.props, {
        // 这里可以传入emit、slots等上下文
      });
      
      if (isFunction(setupResult)) {
        // setup返回渲染函数
        instance.render = setupResult;
      } else if (isObject(setupResult)) {
        // setup返回状态对象
        instance.setupState = setupResult;
        instance.render = component.render || defaultRender;
      }
    } else if (component.render) {
      instance.render = component.render;
    }
  }
  
  vnode.component = instance;
  
  // 4. 执行渲染函数，得到子树并挂载
  instance.subTree = instance.render(instance.setupState, instance.props);
  patch(null, instance.subTree, container, anchor);
  instance.isMounted = true;
}

6. 浏览器DOM操作适配器

javascript

scss 复制代码 
/**
 * 浏览器环境的渲染器选项
 * 将抽象的渲染操作映射到具体的DOM API
 */
const rendererOptions = {
  // 创建DOM元素
  createElement(tag) {
    return document.createElement(tag);
  },
  
  // 插入DOM元素
  insert(el, parent, anchor = null) {
    parent.insertBefore(el, anchor);
  },
  
  // 移除DOM元素  
  remove(el) {
    const parent = el.parentNode;
    if (parent) {
      parent.removeChild(el);
    }
  },
  
  // 设置元素文本内容
  setElementText(el, text) {
    el.textContent = text;
  },
  
  // 更新元素属性（包括事件、class、style等）
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    // 处理事件监听器（以on开头的属性）
    if (/^on/.test(key)) {
      const eventName = key.slice(2).toLowerCase();
      
      // 移除旧事件监听器
      if (prevValue) {
        el.removeEventListener(eventName, prevValue);
      }
      
      // 添加新事件监听器
      if (nextValue) {
        el.addEventListener(eventName, nextValue);
      }
    }
    // 处理class属性
    else if (key === 'class') {
      el.className = nextValue || '';
    }
    // 处理style属性
    else if (key === 'style') {
      if (isObject(nextValue)) {
        // 样式对象：逐个设置样式属性
        for (const k in nextValue) {
          el.style[k] = nextValue[k];
        }
        // 移除旧样式中不存在的属性
        if (isObject(prevValue)) {
          for (const k in prevValue) {
            if (!(k in nextValue)) {
              el.style[k] = '';
            }
          }
        }
      } else {
        el.style.cssText = nextValue || '';
      }
    }
    // 处理其他属性
    else {
      if (nextValue == null || nextValue === false) {
        el.removeAttribute(key);
      } else {
        el.setAttribute(key, nextValue);
      }
    }
  }
};

7. 应用实例创建

javascript

javascript 复制代码 
/**
 * 创建createApp API - Vue应用实例的工厂函数
 * 
 * @param {Function} render - 渲染函数
 * @returns {Function} createApp函数
 */
function createAppAPI(render) {
  return function createApp(rootComponent) {
    const app = {
      _component: rootComponent,
      _container: null,
      
      /**
       * 挂载应用到容器
       * 
       * @param {HTMLElement|string} containerOrSelector - 容器元素或选择器
       * @returns {Object} 应用实例
       */
      mount(containerOrSelector) {
        // 获取容器元素
        const container = typeof containerOrSelector === 'string' 
          ? document.querySelector(containerOrSelector) 
          : containerOrSelector;
        
        this._container = container;
        
        // 创建根组件的虚拟节点
        const vnode = createVNode(rootComponent);
        
        // 渲染到容器
        render(vnode, container);
        
        return this;
      }
    };
    
    return app;
  };
}

总结

Vue3渲染器的核心创新点：

  1. 模块化设计 ：通过createRenderer工厂函数，支持多平台渲染
  2. 高效的Diff算法：双端比较 + 最长递增子序列，最小化DOM操作
  3. 灵活的组件系统：支持函数式和选项式组件，组合式API提供更好的逻辑复用
  4. 静态提升：在编译阶段优化静态节点，减少运行时开销
  5. Tree Shaking友好：模块化的架构使未使用的功能可以被摇树优化

这个实现虽然简化，但完整展示了Vue3渲染器的核心原理。实际Vue3源码中还有更多优化，如静态提升、补丁标志、缓存优化等，但基本架构和算法思想是一致的。

通过深入理解这个渲染器实现，开发者可以更好地掌握Vue3的性能优化技巧，编写更高效的Vue应用。

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