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[vue3] vue3更新组件流程与diff算法

2024-08-21 23:32 由 feixianxing 发表于 #前端开发

在Vue3中，组件的更新通过patch函数进行处理。

patch函数

源码位置：core/packages/runtime-core/src/renderer.ts at main · vuejs/core (github.com)

const patch: PatchFn = (
    n1,
    n2,
    container,
    anchor = null,
    parentComponent = null,
    parentSuspense = null,
    namespace = undefined,
    slotScopeIds = null,
    optimized = __DEV__ && isHmrUpdating ? false : !!n2.dynamicChildren,
) => {
    // 二者相同，不需要更新
    if (n1 === n2) {
        return
    }

    // vnode类型不同，直接卸载旧节点
    if (n1 && !isSameVNodeType(n1, n2)) {
        anchor = getNextHostNode(n1)
        unmount(n1, parentComponent, parentSuspense, true)
        n1 = null
    }
	// ......

    const { type, ref, shapeFlag } = n2
    switch (type) {
        case Text:
            // 处理文字节点
            break
        case Comment:
            // 处理注释节点
            break
        case Static:
            // 静态节点
            break
        case Fragment:
            // Fragment节点
            break
        default:
            if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
                // 处理普通DOM元素
            } else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {
                // 处理组件
            } else if (shapeFlag & ShapeFlags.TELEPORT) {
                // 处理teleport
            } else if (__FEATURE_SUSPENSE__ && shapeFlag & ShapeFlags.SUSPENSE) {
                // 处理suspense
            } else if (__DEV__) {
                // 报错：vnode类型不在可识别范围内
                warn('Invalid VNode type:', type, `(${typeof type})`)
            }
    }
}

patch函数用来挂载或者更新vnode。

patch的大致流程：

  1. n1和n2如果相等，则表示无变化，直接退出；
  2. n1和n2如果引用不同，则先检查其vnode类型，如果类型不同，则直接卸载n1，挂载n2；
  3. 主流程：根据n1和n2的vnode类型，调用不同的process函数。

process

process函数的参数列表大致相同，都是要传入n1、n2和container等参数。patch函数主要起到一个分类讨论的功能。

这里只讨论普通元素类型和组件类型的vnode处理过程，因为这是Vue应用中最常见、覆盖范围最广的两种类型。

普通元素类型，即ShapeFlags.ELEMENT，在浏览器环境下就是指DOM类型。

普通元素vs组件

从组件树的角度来理解普通元素和组件元素的区别。

一个组件的children可以是普通元素或组件元素。

  • 叶子节点必须是普通元素，因为只有普通元素能够通过相关平台挂载到界面上。Vue会在编译时确定mount方法，以适应不同的平台。对于浏览器环境来说，普通元素是通过vnode来表示DOM节点，将vnode转换成实际DOM元素并插入到页面上的操作由vue3源码中的runtime-dom这个package实现。

    叶子节点必须是普通元素，但是普通元素不一定是叶子节点，比如一个div标签内部可以包含其它组件。

  • 叶子节点不可能是组件，因为组件必须被实现且被注册，其实现必须使用已注册的组件或者普通元素。并且组件是虚拟元素，并不能被实际挂载到指定平台上，只能递归地patch它的children，直到把普通元素都挂载到界面上。

在 Vue3 - patch 函数的源码中可以看到除了这两种类型，还有很多针对其它类型 vnode 的 process 函数，这些 process 函数主要做的只有两件事：挂载和更新。

对于旧vnode n1 和 新vnode n2：

  • 当n1是null时，则表示挂载n2；
  • 当n1不为null时，则表示n1更新为n2；

patchElement

patchElement 会对它的 children 也进行 patch，也就是调用 patchChildren 函数。

children 有三种情况：文本、数组、NULL。

diff算法

diff 算法用于将旧children的vnode数组更新为新children的vnode数组，它通过比较两个序列，尽可能地复用相同的vnode，以此来减少频繁创建vnode带来的开销。

事实上，diff 是在 patchKeyedChildren 中实现的，对于没有设置 key 的数组，patchChildren函数内部调用的是 patchUnkeyedChildren，函数实现大致如下：

  1. 计算两个数组的长度的最小值 commonLength；
  2. 前 commonLength 个 vnode 直接 patch 更新，不会考虑移动到不同位置来复用；
  3. 旧序列如果有剩余则unmount，新序列如果有多余则mount。

这种做法在大多数情况下都会需要创建 vnode，开销还是比较大的。因此为了提高渲染性能，使用渲染列表的时候要写上 key。

vue3 的 diff算法实现在patchKeyedChildren函数中，主要包含五个流程，其中第五个是最复杂的步骤：

  1. 两个序列从头部向尾部依次同步，直到不能匹配进入下个流程；

    起始索引都是从0开始，用一个变量 i 就可以了。

  2. 两个序列从尾部向头部依次同步，直到不能匹配进入下个流程；

    两个序列长度可能不一样，最后一个元素的索引不一样，因此需要两个变量 e1 和 e2 来指向 ending index。

在上述两个流程之后：

  1. 如果旧序列遍历完了，而新序列还有剩余，则新序列剩余的vnode依次mount；

    • i>e1则表示旧序列遍历完了；
    • i<=e2则表示新序列还有剩余；
    • while(i<=e2){...; i++}把剩余的vnode都挂载。

  2. 如果新序列遍历完了，而旧序列还有剩余，则旧序列剩余的vnode依次unmount；

    • i>e2表示新序列都遍历完了；
    • i<=e1表示旧序列还有剩余；
    • while(i<=e1){ unmount(...); i++ }将剩余的旧 vnode 都卸载。

  3. 未知序列，尽可能地通过移动复用vnode，剩下的mount或者unmount。

    头部和尾部都同步了若干vnode，但是两个序列都还没有遍历完成，说明中间有一段序列是混乱的、难以匹配的。

    在步骤5中，有细分为多个子步骤：

    首先用s1和s2表示旧新序列的起始索引：const s1 = s2 = i;

    5.1. 遍历新序列，使用Map建立key到newIndex的映射：keyToNewIndexMap；

    使用Map的原因是PropertyKey这个类型是联合类型string | number | symbol，不能简单的用对象或数组表示。

    建立 key 到 index 的映射，是为了后续我们可以通过旧序列中的 key 来建立可复用情况下新旧节点之间的映射关系。

    // 这段代码不是源码，只保留主干。
const keyToNewIndexMap: Map<PropertyKey, number> = new Map()
for (i = s2; i <= e2; i++) {
    const nextChild = c2[i];	// c2 即 children2
    if (nextChild.key != null) 
        keyToNewIndexMap.set(nextChild.key, i)
    }
}

    5.2. 遍历旧序列，使用一个newIndexToOldIndexMap数组建立新旧序列中可复用节点的位置对应关系。

    newIndexToOldIndexMap的作用：

    通过这个数组，我们可以知道一个新vnode可以由哪个旧vnode更新得到。在这个数组中，newIndex是以 0 开始的，而 oldIndex 是以 1 开始的，这是为了把 oldIndex==0 作为一个特殊标识，表示新节点在旧序列中不存在。当newIndexToOldIndexMap[k] = 0，则表示新序列中第 k 个vnode在旧序列中不存在，无法复用。

    newIndexToOldIndexMap的构建过程：

    遍历旧序列 c1：

    for(let i=s1; i<=e1; i++){...}

    • 使用 keyToNewIndexMap 查询 c1[i] 的 key：

      • 如果 key 为 undefined，则说明这个旧的 vnode 在新序列中不存在了，卸载这个旧 vnode；

      • 如果 key 为某个数字，则表明这个旧 vnode 在新序列中有 vnode 的 key 跟它一样，可以复用。使用 patch 函数将旧节点更新为新节点。

        这一步骤中记录新旧序列索引映射的代码是 newIndexToOldIndexMap[newIndex - s2] = i + 1。

        • 减去s2是因为序列包含 diff 算法步骤1同步的头节点；
        • i+1是因为这个数组记录的 oldIndex 是从 1 开始的。

    • 如果发现新序列中的节点都找到与之对应的旧节点了，那么 for 循环后续的旧节点都直接卸载。

    在这个步骤中，还通过一个 moved 变量来记录节点的相对位置是否被移动了：

    if (newIndex >= maxNewIndexSoFar) {
    maxNewIndexSoFar = newIndex
} else {
    moved = true
}

    如果当前新节点的索引 newIndex 大于或等于此前遍历到的最大新节点索引 maxNewIndexSoFar，那么当前节点在新列表中的顺序相对于旧列表来说是保持递增的。

​ 5.3 移动与挂载

​ 经过上面若干步骤，能复用的旧节点都通过 patch 将数据更新到新节点上了，不能复用的旧节点都被卸载了。

​ 而新节点如果没有在旧序列中出现，则挂载；如果在旧序列中出现了，

  • 如果moved为 false，则表示（已经执行复用操作的）新节点的顺序和在旧序列中的相对顺序是一致的，这种情况无需处理；

  • 如果moved为 true，则表示相对顺序不一致，需要移动 vnode。

    为了减少移动次数，这里应用了最长递增子序列算法，计算了数组newIndexToOldIndexMap的最长递增子序列。

    从上图右边的子图中可以看出，递增子序列越长意味着相对顺序一致的子序列越长，那么需要移动的 vnode 就越少。

    思考版图大致如下：