解释 Vue 3 Compiler 中 `static hoisting` (静态提升) 和 `patch flags` (补丁标志) 如何在编译时优化 VNode 的生成和更新。

各位同学，早上好！很高兴今天能和大家一起聊聊Vue 3 Compiler的两个核心优化策略：静态提升（static hoisting）和补丁标志（patch flags）。这两个家伙，一个负责“偷懒”，一个负责“精准”，它们联手让Vue 3的虚拟DOM操作效率有了质的飞跃。让我们开始今天的旅程，深入剖析它们的工作原理和实战应用。

一、静态提升 (Static Hoisting)：搬运工的妙招

想象一下，你是一个搬运工，每天都要搬运同样一批货物。如果你每次都从头到尾搬一遍，那得多累啊！聪明的搬运工会怎么做？当然是把那些永远不会变化的货物提前搬到固定的地方，以后就不用再管它们了。

静态提升就是这个道理。 Vue 3 Compiler在编译模板时，会识别出那些静态的、永远不会改变的节点（比如纯文本、静态的HTML结构），然后把它们“提升”到渲染函数之外，作为常量存储起来。这样，每次渲染的时候，就不用重新创建这些节点了，直接引用就行。

1. 什么是静态节点？

简单来说，静态节点就是那些内容不会发生变化的节点。它们通常包含以下几种类型：

纯文本节点： 例如 <div>Hello World</div> 中的 "Hello World"
静态属性的元素节点： 例如 <div class="static-class"></div>，其中 class 属性的值是固定的。
完全静态的组件： 指的是没有响应式数据依赖，也没有动态属性的组件。

2. 静态提升的原理

在编译过程中，Vue 3 Compiler会遍历模板的AST (Abstract Syntax Tree，抽象语法树)，识别出静态节点，然后生成相应的代码，将这些节点提升到渲染函数之外。

让我们看一个简单的例子：

<template>
  <div>
    <h1>这是一个静态标题</h1>
    <p>这是一个静态段落</p>
    <button @click="count++">点击：{{ count }}</button>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);
    return {
      count,
    };
  },
};
</script>

编译后的渲染函数（简化版）可能会是这样：

import { createElementVNode, createTextVNode, toDisplayString, openBlock, createBlock, pushScopeId, popScopeId } from "vue"

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createTextVNode("这是一个静态标题")
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createTextVNode("这是一个静态段落")

const _withScopeId = n => (pushScopeId("data-v-7ba5bd90"),n=n(),popScopeId(),n)
const _hoisted_3 = /*#__PURE__*/_withScopeId(() => createElementVNode("h1", null, [
  _hoisted_1
], -1 /* HOISTED */))
const _hoisted_4 = /*#__PURE__*/_withScopeId(() => createElementVNode("p", null, [
  _hoisted_2
], -1 /* HOISTED */))

const _hoisted_5 = /*#__PURE__*/_withScopeId(() => createTextVNode("点击："))

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", null, [
    _hoisted_3,
    _hoisted_4,
    createElementVNode("button", { onClick: _cache[0] || (_cache[0] = (...args) => (_ctx.count++)) }, [
      _hoisted_5,
      createTextVNode(toDisplayString(_ctx.count), 1 /* TEXT */)
    ])
  ]))
}

可以看到，<h1> 和 <p> 元素及其内部的文本节点被提升到了渲染函数之外，并分别赋值给了 _hoisted_3 和 _hoisted_4 变量。这些变量使用了 /*#__PURE__*/ 注释，表明它们是纯函数，可以被tree-shaking优化。在渲染函数中，直接引用这些变量，避免了重复创建节点的开销。按钮内的文本节点 点击： 也被提升了。

3. 静态提升的收益

减少内存分配： 避免了重复创建静态节点，减少了内存分配的次数。
提高渲染速度： 直接引用静态节点，避免了不必要的DOM操作，提高了渲染速度。
更好的GC (Garbage Collection) 表现： 减少了需要GC回收的对象数量，提高了GC效率。

二、补丁标志 (Patch Flags)：精准打击，拒绝浪费

静态提升解决了静态节点的优化问题，但是对于动态节点，我们该如何优化呢？这就要用到Vue 3 Compiler的另一个利器：补丁标志（Patch Flags）。

想象一下，你是一位医生，需要给病人做手术。如果你每次都把病人全身检查一遍，那得多浪费时间啊！聪明的医生会怎么做？当然是只检查那些可能出现问题的部位，然后针对性地进行治疗。

补丁标志就是这个道理。 Vue 3 Compiler在编译模板时，会分析出哪些节点是动态的，并且会进一步分析出这些动态节点哪些部分是可能发生变化的。然后，它会给这些节点打上相应的补丁标志，告诉Runtime在更新VNode时，只需要关注这些标志所指示的部分。

1. 什么是补丁标志？

补丁标志是一个数字，它用不同的位来表示不同的动态类型。通过检查补丁标志，Runtime可以快速判断出VNode哪些部分需要更新，从而避免了不必要的DOM操作。

Vue 3 中定义了很多不同的补丁标志，这里列出一些常用的：

补丁标志	含义
`TEXT`	文本节点的内容需要更新。
`CLASS`	元素的 `class` 属性需要更新。
`STYLE`	元素的 `style` 属性需要更新。
`PROPS`	元素的属性需要更新（不包括 `class` 和 `style`）。
`FULL_PROPS`	元素的属性需要完整地更新，通常用于 `v-bind` 指令。
`HYDRATE_EVENTS`	元素需要水合事件监听器。
`STABLE_FRAGMENT`	子节点顺序稳定的 Fragment。
`KEYED_FRAGMENT`	子节点带有 `key` 属性的 Fragment。
`UNKEYED_FRAGMENT`	子节点没有 `key` 属性的 Fragment。
`NEED_PATCH`	节点需要进行打补丁操作。
`DYNAMIC_SLOTS`	动态插槽。
`DEV_ROOT_FRAGMENT`	仅在开发环境下使用的 Fragment，用于辅助调试。
`TELEPORT`	Teleport 组件。
`SUSPENSE`	Suspense 组件。

2. 补丁标志的原理

在编译过程中，Vue 3 Compiler会分析模板中的动态绑定，然后根据不同的动态类型，给VNode打上相应的补丁标志。

让我们看一个例子：

<template>
  <div :class="dynamicClass" :style="{ color: dynamicColor }">
    {{ message }}
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const dynamicClass = ref('class-a');
    const dynamicColor = ref('red');
    const message = ref('Hello Vue!');

    return {
      dynamicClass,
      dynamicColor,
      message,
    };
  },
};
</script>

编译后的渲染函数（简化版）可能会是这样：

import { toDisplayString, createElementVNode, openBlock, createBlock } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", {
    class: _ctx.dynamicClass,
    style: { color: _ctx.dynamicColor }
  }, toDisplayString(_ctx.message), 7 /* TEXT, CLASS, STYLE */))
}

可以看到，<div> 元素的补丁标志是 7 /* TEXT, CLASS, STYLE */。这个标志告诉Runtime，这个元素的 class 属性、style 属性和文本内容是可能发生变化的，在更新VNode时，只需要关注这三个部分。

补丁标志的值是通过位运算得到的。例如，TEXT 的值是 1，CLASS 的值是 2，STYLE 的值是 4，那么 TEXT | CLASS | STYLE 的结果就是 7。

3. 补丁标志的收益

减少DOM操作： 只更新VNode中发生变化的部分，避免了不必要的DOM操作。
提高更新速度： 通过检查补丁标志，Runtime可以快速判断出哪些部分需要更新，提高了更新速度。
更精细的控制： 允许开发者对VNode的更新进行更精细的控制，例如可以通过 v-bind 指令的 .prop 修饰符来指定只更新元素的属性，而不更新元素的特性。

三、静态提升 + 补丁标志：黄金搭档，效率翻倍

静态提升和补丁标志是Vue 3 Compiler的两个核心优化策略，它们通常会一起使用，发挥更大的威力。

静态提升负责处理静态节点，避免了重复创建节点的开销；补丁标志负责处理动态节点，只更新VNode中发生变化的部分。这两个策略相辅相成，让Vue 3的虚拟DOM操作效率有了质的飞跃。

一个更复杂的例子

让我们看一个更复杂的例子，来理解它们如何协同工作：

<template>
  <div>
    <h1>{{ title }}</h1>
    <p class="static-class" :style="{ color: textColor }">
      {{ content }}
    </p>
    <ul>
      <li v-for="item in list" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const title = ref('Vue 3 Optimization');
    const textColor = ref('blue');
    const content = ref('This is a dynamic paragraph.');
    const list = ref([
      { id: 1, name: 'Item 1' },
      { id: 2, name: 'Item 2' },
    ]);

    return {
      title,
      textColor,
      content,
      list,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中：

<h1> 元素的内容是动态的，会根据 title 的变化而更新。
<p> 元素的 class 属性是静态的，但是 style 属性是动态的，会根据 textColor 的变化而更新，文本内容也会根据 content 的变化而更新。
<ul> 元素中的 <li> 元素是动态的，会根据 list 的变化而更新。

编译后的渲染函数（简化版）会是这样：

import { toDisplayString, createElementVNode, createTextVNode, openBlock, createBlock, createVNode, Fragment, renderList } from "vue"

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createTextVNode("Vue 3 Optimization") // 初始值，会被覆盖
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createElementVNode("p", { class: "static-class" }, null, -1 /* HOISTED */)

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", null, [
    createElementVNode("h1", null, toDisplayString(_ctx.title), 1 /* TEXT */),
    (_hoisted_2.style = { color: _ctx.textColor }, _hoisted_2.textContent = toDisplayString(_ctx.content), _hoisted_2),
    createElementVNode("ul", null, [
      (openBlock(true), createBlock(Fragment, null, renderList(_ctx.list, (item) => {
        return (openBlock(), createBlock("li", { key: item.id }, toDisplayString(item.name), 1 /* TEXT */))
      }), 128 /* KEYED_FRAGMENT */))
    ])
  ]))
}

分析一下这个渲染函数：

_hoisted_2 这个VNode 虽然被提升了，但是它的 style 和 textContent 仍然会在每次渲染的时候更新。这是因为 style 和 textContent 依赖于响应式数据 textColor 和 content。提升的VNode作为模板，可以减少VNode的创建，但是动态属性仍然需要更新。
<h1> 元素的补丁标志是 1 /* TEXT */，表示只需要更新文本内容。
<p> 元素虽然使用了静态的 class 属性，但是它的 style 属性是动态的，因此没有被完全提升。它的 class 属性会被静态地设置一次，而 style 属性会在每次渲染时更新。文本内容也是动态的，会被根据 content 的变化而更新。
<ul> 元素使用了 v-for 指令，它的子节点是动态的。 Vue 3 会使用 KEYED_FRAGMENT 补丁标志来表示这是一个带有 key 属性的 Fragment。在更新时，Vue 3 会根据 key 属性来判断哪些子节点需要更新、移动或删除，从而实现高效的列表渲染。

四、开发者如何利用这些优化策略

作为开发者，我们不需要手动去打补丁标志或者进行静态提升，这些都是Vue 3 Compiler自动完成的。但是，我们可以通过编写更优化的代码，来帮助Compiler更好地进行优化。

1. 尽可能使用静态内容

尽量将那些不会发生变化的内容写成静态的，例如：

使用静态的 class 属性，而不是动态的绑定。
避免在模板中使用不必要的动态绑定。
使用 v-once 指令来缓存那些只需要渲染一次的节点。

2. 合理使用 key 属性

在使用 v-for 指令时，一定要给每个节点添加 key 属性。 key 属性可以帮助Vue 3更准确地判断哪些节点需要更新、移动或删除，从而提高列表渲染的效率。

3. 避免不必要的响应式数据

只将那些需要在模板中使用的变量声明为响应式的。如果一个变量只是在组件内部使用，而不需要在模板中显示，那么就不要把它声明为响应式的。

4. 使用 v-memo 指令（Vue 3.2+）

Vue 3.2 引入了 v-memo 指令，允许开发者手动控制VNode的更新。 v-memo 指令可以接收一个依赖项数组，只有当这些依赖项发生变化时，VNode才会更新。这可以避免不必要的VNode更新，提高渲染性能。

例如：

<template>
  <div v-memo="[item.id, item.name]">
    {{ item.name }}
  </div>
</template>

在这个例子中，只有当 item.id 或 item.name 发生变化时，<div> 元素才会更新。

五、总结

静态提升和补丁标志是Vue 3 Compiler的两个核心优化策略，它们通过不同的方式来提高虚拟DOM操作的效率。静态提升负责处理静态节点，避免了重复创建节点的开销；补丁标志负责处理动态节点，只更新VNode中发生变化的部分。

作为开发者，我们可以通过编写更优化的代码，来帮助Compiler更好地进行优化，从而提高Vue应用的性能。

希望今天的讲座对大家有所帮助！谢谢大家！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复