探讨 Vue 3 编译器中 `static hoisting` (静态提升) 和 `patch flags` (补丁标志) 的具体实现，它们如何显著减少运行时开销？

好的，各位靓仔靓女，欢迎来到“Vue 3 性能优化秘籍”讲座现场！今天咱们要聊聊 Vue 3 编译器里的两大利器：static hoisting (静态提升) 和 patch flags (补丁标志)，看看它们是怎么把运行时开销给干下去的。

开场白：性能优化，永恒的追求

在前端的世界里，性能永远是绕不开的话题。用户体验好不好，很大程度上取决于你的应用够不够丝滑。Vue 作为前端三大框架之一，自然也把性能优化放在了重要的位置。Vue 3 在这方面下了不少功夫，其中 static hoisting 和 patch flags 就是两把锋利的宝剑，能帮你斩断很多不必要的运行时开销。

第一章：Static Hoisting (静态提升)：把不变的搬走

什么是静态提升？

简单来说，静态提升就是把模板中永远不会改变的部分，在编译时就提取出来，放到渲染函数之外。这样，每次组件更新的时候，就不用重新创建这些静态节点了。

为什么要这么做？

想想看，如果你的模板里有一大段静态 HTML，比如一个页面的头部或者底部，每次组件更新都要重新创建一遍，是不是很浪费？静态提升就是为了解决这个问题，让这些静态节点只创建一次，然后复用。

代码示例：

假设我们有这样一个组件：

<template>
  <div>
    <h1>Hello World</h1>
    <p>This is a static paragraph.</p>
    <p>{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const message = ref('Dynamic message');
    return {
      message
    };
  }
};
</script>

在 Vue 2 中，每次 message 改变，整个 div 都会重新渲染。但在 Vue 3 中，编译器会把 <h1>Hello World</h1> 和 <p>This is a static paragraph.</p> 静态提升。

编译后的代码（简化版）：

import { createElementBlock, createVNode, toDisplayString, openBlock, ref } from 'vue';

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createVNode("h1", null, "Hello World", -1 /* HOISTED */);
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createVNode("p", null, "This is a static paragraph.", -1 /* HOISTED */);

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createElementBlock("div", null, [
    _hoisted_1,
    _hoisted_2,
    createVNode("p", null, toDisplayString(_ctx.message), 1 /* TEXT */)
  ]))
}

export default {
  setup() {
    const message = ref('Dynamic message');
    return {
      message
    };
  }
};

看到了吗？_hoisted_1 和 _hoisted_2 就是被静态提升的节点。它们在渲染函数之外被创建，并且带上了 -1 /* HOISTED */ 的标志，告诉 Vue 运行时，这些节点是静态的，不要每次都重新创建。

静态提升的收益：

• 减少内存分配： 静态节点只创建一次，减少了内存分配的次数。
• 减少垃圾回收： 由于减少了内存分配，垃圾回收的压力也减轻了。
• 提高渲染速度： 避免了重复创建和销毁节点，提高了渲染速度。

静态提升的限制：

• 动态属性： 如果节点有动态属性，就不能被静态提升。比如 <h1 :title="title">，因为 title 是动态的。
• 动态内容： 如果节点的内容是动态的，也不能被静态提升。比如 <h1>{{ title }}</h1>，因为 title 是动态的。
• 指令： 包含某些指令的节点可能无法静态提升，具体取决于指令的实现。

静态提升的类型：

Vue 3 的静态提升有不同的级别：

类型	描述
HOISTED	完全静态的 VNode，不会被修改。
BAIL	由于某些原因（例如，含有动态绑定或指令），无法完全静态提升，但仍然可以进行部分优化。

第二章：Patch Flags (补丁标志)：精准打击，只更新需要更新的

什么是补丁标志？

补丁标志是一种标记 VNode 上需要更新的部分的技术。Vue 3 在 VNode 上使用了一系列预定义的标志，用来告诉运行时，这个 VNode 的哪些部分需要更新。

为什么要用补丁标志？

在 Vue 2 中，每次组件更新，Vue 都会进行 Virtual DOM 的完整 Diff 算法，找出需要更新的部分。虽然 Virtual DOM 已经比直接操作 DOM 快很多了，但是如果大部分节点都没有变化，这种 Diff 算法仍然会带来不必要的开销。

补丁标志就是为了解决这个问题，它能让 Vue 知道哪些节点需要更新，以及具体更新哪些属性，从而避免不必要的 Diff 算法。

代码示例：

假设我们有这样一个组件：

<template>
  <div>
    <p :class="className" :style="style">{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const className = ref('red');
    const style = ref({ color: 'red' });
    const message = ref('Hello World');
    return {
      className,
      style,
      message
    };
  }
};
</script>

在 Vue 3 中，如果 className 改变，Vue 会在对应的 VNode 上设置 CLASS 补丁标志；如果 style 改变，Vue 会设置 STYLE 补丁标志；如果 message 改变，Vue 会设置 TEXT 补丁标志。

编译后的代码（简化版）：

import { createElementBlock, createVNode, toDisplayString, openBlock, ref } from 'vue';

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createElementBlock("div", null, [
    createVNode("p", {
      class: _ctx.className,
      style: _ctx.style
    }, toDisplayString(_ctx.message), 10 /* CLASS, STYLE  */) // 10 = CLASS | STYLE
  ]))
}

export default {
  setup() {
    const className = ref('red');
    const style = ref({ color: 'red' });
    const message = ref('Hello World');
    return {
      className,
      style,
      message
    };
  }
};

注意看 10 /* CLASS, STYLE */ 这个地方，这就是补丁标志。它告诉 Vue 运行时，这个 p 标签的 class 和 style 属性可能会改变。

常用的补丁标志：

标志	值	描述
TEXT	1	动态文本节点，例如 {{ message }}。
CLASS	2	动态 class 绑定，例如 :class="className"。
STYLE	4	动态 style 绑定，例如 :style="style"。
PROPS	8	动态属性绑定，例如 :title="title"。
FULL_PROPS	16	具有动态 key 的属性，需要完整 diff。
HYDRATE_EVENTS	32	带有事件监听器的节点，在服务端渲染（SSR）时需要 hydrate。
STABLE_FRAGMENT	64	子节点顺序稳定的 Fragment。
KEYED_FRAGMENT	128	带有 key 的 Fragment。
UNKEYED_FRAGMENT	256	没有 key 的 Fragment。
NEED_PATCH	512	需要完整 diff 的节点。
DYNAMIC_SLOTS	1024	动态 slots。
DEV_ROOT_FRAGMENT	2048	仅在开发模式下使用的 Fragment。
TELEPORT	4096	Teleport 组件。
SUSPENSE	8192	Suspense 组件。
SLOTS_CHILDREN	16384	带有 slot children 的组件。
COMPONENT	32768	动态组件。

补丁标志的收益：

• 减少 Diff 算法的开销： Vue 可以根据补丁标志，只 Diff 需要更新的部分，避免了不必要的 Diff 算法。
• 提高渲染速度： 由于减少了 Diff 算法的开销，渲染速度也得到了提升。
• 更精确的更新： Vue 可以更精确地更新 DOM，避免了不必要的 DOM 操作。

补丁标志的注意事项：

• 编译器自动生成： 补丁标志是由 Vue 编译器自动生成的，开发者不需要手动设置。
• 了解补丁标志有助于优化： 虽然不需要手动设置，但是了解补丁标志有助于你编写更高效的 Vue 代码。比如，尽量避免在同一个节点上绑定过多的动态属性，因为这会导致 Vue 设置更多的补丁标志，增加 Diff 算法的开销。

第三章：实战演练：如何编写更高效的 Vue 代码

了解了 static hoisting 和 patch flags 的原理之后，我们来看看如何在实际开发中应用这些知识，编写更高效的 Vue 代码。

• 尽量使用静态内容： 如果你的模板中有一段内容是永远不会改变的，尽量把它写成静态 HTML。这样，Vue 就可以静态提升这些节点，避免每次都重新创建。

  <template>
    <div>
      <h1>My App</h1>  <!-- 静态内容 -->
      <p>{{ message }}</p>
    </div>
  </template>

• 避免在同一个节点上绑定过多的动态属性： 如果你需要在同一个节点上绑定多个动态属性，尽量把它们拆分成多个节点。这样，Vue 就可以更精确地设置补丁标志，避免不必要的 Diff 算法。

  <!-- 不推荐 -->
  <div :class="className" :style="style" :title="title"></div>
  
  <!-- 推荐 -->
  <div :class="className">
    <div :style="style" :title="title"></div>
  </div>

• 使用 v-once 指令： 如果你确定某个节点的内容只会渲染一次，可以使用 v-once 指令。这样，Vue 就会把这个节点缓存起来，避免每次都重新渲染。

  <template>
    <div>
      <p v-once>{{ message }}</p>
    </div>
  </template>

• 合理使用 key 属性： 在使用 v-for 指令渲染列表时，一定要给每个节点设置一个唯一的 key 属性。这样，Vue 才能正确地 Diff 列表中的节点，避免不必要的 DOM 操作。

  <template>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </template>

• 避免不必要的计算属性： 计算属性虽然方便，但是如果计算逻辑过于复杂，或者依赖的响应式数据过多，会导致性能下降。尽量避免不必要的计算属性，或者使用 computed 的 cache 选项来缓存计算结果。

  // 避免复杂的计算属性
  computed: {
    expensiveValue() {
      // 大量的计算逻辑
      return ...;
    }
  }

• 使用 shallowRef 和 shallowReactive： 如果你的数据不需要深度响应式，可以使用 shallowRef 和 shallowReactive 来创建浅层响应式数据。这样，可以减少 Vue 的依赖追踪开销。

  import { shallowRef } from 'vue';
  
  export default {
    setup() {
      const data = shallowRef({ name: 'John', age: 30 });
      return { data };
    }
  };

第四章：总结与展望

static hoisting 和 patch flags 是 Vue 3 编译器中的两大利器，它们能显著减少运行时开销，提高应用性能。通过了解它们的原理和应用场景，我们可以编写更高效的 Vue 代码，提升用户体验。

当然，性能优化是一个持续不断的过程。除了 static hoisting 和 patch flags 之外，还有很多其他的优化技巧，比如代码分割、懒加载、服务端渲染等等。希望大家在实践中不断探索，找到最适合自己的优化方案。

彩蛋：Vue 4 的性能优化方向

虽然 Vue 3 已经非常优秀了，但是 Vue 团队并没有停止前进的脚步。在 Vue 4 中，他们可能会探索以下性能优化方向：

• 更智能的编译器： Vue 4 可能会采用更先进的编译技术，比如静态分析、类型推断等等，来进一步优化生成的代码。
• 更精细的补丁策略： Vue 4 可能会引入更精细的补丁策略，比如基于 AST 的 Diff 算法，来更准确地找出需要更新的部分。
• 更好的服务端渲染支持： Vue 4 可能会提供更好的服务端渲染支持，比如流式渲染、渐进式增强等等，来提高首屏加载速度。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获，在 Vue 的性能优化之路上越走越远！ 感谢各位的参与，下课！