阐述 Vue 3 源码中 `scheduler` 队列的实现细节，它是如何批处理任务并利用浏览器的微任务队列确保 DOM 更新的最小化？

各位观众老爷，晚上好！我是今晚的讲师，咱们今天聊聊 Vue 3 源码里那个神秘又关键的 scheduler 队列。

这玩意儿就像 Vue 3 的大脑，专门负责安排任务，确保咱们的页面既能快速响应，又不会因为频繁的 DOM 操作而卡顿。 咱们的目标是：深入源码，搞清楚它到底是怎么工作的。

一、为什么需要 Scheduler？

首先，咱们得明白，没有 scheduler 会怎样。想象一下，每次数据变化都立刻更新 DOM，那画面太美我不敢看！

• 性能问题： 频繁的 DOM 操作是性能杀手。浏览器需要重新计算布局、绘制等等，消耗大量的资源。
• 用户体验问题： 页面卡顿、响应迟缓，用户体验极差。

所以，我们需要一种机制，能够：

1. 收集所有需要更新的任务： 避免每次数据变化都立刻更新。
2. 批量执行更新： 将多次 DOM 操作合并成一次。
3. 异步执行更新： 避免阻塞主线程，保持页面响应。

这就是 scheduler 的作用。 它就像一个工头，把所有需要干活的工人（更新任务）集中起来，安排好顺序，然后一次性让他们开工。

二、Vue 3 Scheduler 的核心结构

Vue 3 的 scheduler 主要由以下几个部分组成：

• queue： 一个数组，用来存储所有需要执行的副作用 (effect) 。副作用通常是指响应式数据变化后需要执行的操作，例如更新 DOM。
• pending： 一个布尔值，表示当前是否正在刷新队列。
• flushJobs： 一个函数，负责从 queue 中取出任务并执行。
• nextTick： 一个工具函数，用于将 flushJobs 推入浏览器的微任务队列。

简单来说，就是： 有活儿来了 (数据变了) -> 放进 queue 里 -> pending 标记为 true (准备要干活了) -> flushJobs 把 queue 里的活儿都干完 -> pending 标记为 false (干完收工)。

三、源码剖析： 关键函数

咱们来扒一扒源码，看看这些核心部分到底是怎么实现的。

1. queueJob(job)：将任务加入队列

这是最基础的函数，负责将一个副作用 job 加入到队列中。

let isFlushing = false // 标记当前是否正在刷新任务队列
let isFlushPending = false // 标记是否已经有刷新任务在等待执行

const queue: (Job | null)[] = [] // 任务队列
let flush: FlushJob | null = null // flush 函数
const resolvedPromise = Promise.resolve() as Promise<any> // 一个 resolve 的 Promise 实例

export function queueJob(job: Job) {
  // 如果任务队列中不存在该任务，则将任务添加到队列中
  if (!queue.length || !queue.includes(job, isFlushing ? flush!.index : 0)) {
    queue.push(job)
    queueFlush()
  }
}

function queueFlush() {
    if (!isFlushing && !isFlushPending) {
        isFlushPending = true
        nextTick(flushJobs)
    }
}

解释一下：

• Job 是一个类型定义，通常是一个函数，表示需要执行的副作用。
• queue.includes(job, isFlushing ? flush!.index : 0)： 这是个优化手段，避免重复添加任务。 如果已经在队列里了，就不用再加了。 isFlushing表示当前是否正在刷新队列，如果是，则从当前flush的index开始查找，避免重复添加任务
• queueFlush()：调用 nextTick 将 flushJobs 推入微任务队列。

2. flushJobs()：刷新队列，执行任务

这是最核心的函数，负责从队列中取出任务并执行。

function flushJobs() {
  isFlushPending = false
  isFlushing = true
  let job
  try {
    // sort queue before flush.
    // This ensures that:
    // 1. Components are updated from parent to child. (because parent is always
    //    created before the child so its render effect will have smaller
    //    priority number).
    // 2. If a component is unmounted during a parent component's update,
    //    its update can be skipped.
    queue.sort(comparator)

    for (flush!.index = 0; flush!.index < queue.length; flush!.index++) {
      job = queue[flush!.index]
      if (job) {
        callWithErrorHandling(job, null, ErrorCodes.SCHEDULER)
      }
    }
  } finally {
    isFlushing = false
    flush!.index = 0
    queue.length = 0
    pendingPostFlushCbs.length = 0
  }
}

解释一下：

• queue.sort(comparator)： 对队列进行排序。 排序的目的是确保组件的更新顺序是从父组件到子组件，以及在父组件更新期间卸载的组件可以跳过更新。
• callWithErrorHandling(job, null, ErrorCodes.SCHEDULER)： 执行任务。 callWithErrorHandling 是一个工具函数，用于捕获任务执行期间发生的错误。
• finally 块： 确保在任务执行完毕后，重置状态，清空队列。

3. nextTick(fn)：推入微任务队列

这个函数是 Vue 3 利用浏览器微任务队列的关键。

const p = Promise.resolve()

export function nextTick<T = void>(
  this: any,
  fn?: (...args: any[]) => T,
  ctx?: object
): Promise<T> {
  const promise: Promise<T> = p.then(() => fn!.call(ctx))
  return promise
}

解释一下：

• Promise.resolve()： 创建一个立即 resolve 的 Promise。
• p.then(() => fn!.call(ctx))： 将 fn 放入 Promise 的 then 回调中。 由于 Promise 的 then 回调会在微任务队列中执行，因此 fn 也会在微任务队列中执行。

四、Scheduler 的工作流程

现在，咱们把这些函数串起来，看看 scheduler 的完整工作流程。

1. 数据变化： 当响应式数据发生变化时，会触发相关的副作用 (effect)。
2. queueJob(job)： 将副作用 job 加入到 queue 队列中。
3. nextTick(flushJobs)： 将 flushJobs 函数推入微任务队列。
4. 微任务队列执行： 在当前宏任务执行完毕后，浏览器会执行微任务队列中的任务。
5. flushJobs()： 从 queue 队列中取出任务并执行。
6. DOM 更新： 执行任务可能会导致 DOM 更新。
7. 循环： 如果在执行任务期间，又有新的数据变化，会重复上述步骤，直到队列中的所有任务都执行完毕。

可以用一个表格来概括：

步骤	函数	作用
1	数据变化	触发副作用
2	queueJob(job)	将副作用加入队列
3	nextTick(flushJobs)	将 flushJobs 推入微任务队列
4	微任务队列执行	浏览器执行微任务
5	flushJobs()	从队列中取出任务并执行
6	DOM 更新	执行任务导致 DOM 更新
7	循环	重复上述步骤，直到队列为空

五、Scheduler 的优势

• 批量更新： scheduler 将多次数据变化合并成一次 DOM 更新，减少了 DOM 操作的次数，提高了性能。
• 异步更新： scheduler 利用浏览器的微任务队列，将 DOM 更新操作放到微任务队列中执行，避免阻塞主线程，保持页面响应。
• 优化更新顺序： scheduler 可以对队列中的任务进行排序，确保组件的更新顺序是从父组件到子组件，从而避免一些不必要的更新。

六、Scheduler 与 Macro Task & Micro Task

Scheduler 的核心是 nextTick，而 nextTick 依赖于浏览器的 Task 队列。 这里简单回顾一下 Macro Task 和 Micro Task 的区别：

Task Type	执行时机	示例
Macro Task (宏任务)	每次事件循环只执行一个	setTimeout，setInterval，setImmediate (Node.js)，I/O，UI rendering
Micro Task (微任务)	在当前宏任务执行完毕后立即执行	Promise.then，async/await，MutationObserver，queueMicrotask

Scheduler 使用 Promise.then (或者 queueMicrotask 在支持的浏览器中) 将 flushJobs 推入微任务队列。 这样做的好处是，flushJobs 会在当前宏任务执行完毕后立即执行，确保 DOM 更新尽可能快地发生，同时又不会阻塞主线程。

七、一个简单的例子

咱们来写一个简单的例子，演示一下 scheduler 的作用。

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

<script>
import { ref, onMounted, nextTick } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const increment = () => {
      count.value++;
      count.value++;
      count.value++;
      console.log('数据更新完成');

      nextTick(() => {
        console.log('DOM 更新完成');
      });
    };

    onMounted(() => {
      console.log('组件挂载完成');
      nextTick(() => {
        console.log('初次 DOM 更新完成');
      });
    });

    return {
      count,
      increment,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，点击 Increment 按钮，count 的值会增加三次。 但是，由于 scheduler 的存在，DOM 只会更新一次。

控制台的输出顺序可能是：

组件挂载完成
数据更新完成
初次 DOM 更新完成
DOM 更新完成 (显示 3)

如果没有 scheduler，DOM 可能会更新三次，每次 count 的值增加 1。 这会造成不必要的性能损耗。

八、总结

Vue 3 的 scheduler 是一个非常重要的组件，它负责管理和执行副作用，确保页面既能快速响应，又不会因为频繁的 DOM 操作而卡顿。

• scheduler 通过将任务加入队列、批量执行更新、异步执行更新等方式，优化了 DOM 操作的性能。
• scheduler 利用浏览器的微任务队列，确保 DOM 更新尽可能快地发生，同时又不会阻塞主线程。
• scheduler 可以对队列中的任务进行排序，确保组件的更新顺序是从父组件到子组件，从而避免一些不必要的更新。

掌握 scheduler 的原理，可以帮助我们更好地理解 Vue 3 的响应式系统，编写更高效的 Vue 应用。

九、 深入思考

1. scheduler 的排序算法： Vue 3 的 scheduler 使用了一种简单的排序算法，确保组件的更新顺序是从父组件到子组件。 你可以思考一下，这种排序算法的优缺点是什么？ 是否有更好的排序算法可以提高性能？
2. scheduler 的错误处理： scheduler 使用 callWithErrorHandling 函数来捕获任务执行期间发生的错误。 你可以思考一下，这种错误处理机制是否完善？ 是否有更好的错误处理机制可以提高应用的健壮性？
3. scheduler 的扩展性： scheduler 的设计相对简单，易于理解和扩展。 你可以思考一下，如何扩展 scheduler 的功能，例如添加任务优先级、任务超时等功能？

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解 Vue 3 的 scheduler。 谢谢大家！