Vue 组件更新流程：响应性触发、调度器调度与 Patching 的精确执行
大家好，今天我们来深入探讨 Vue 组件更新流程的核心机制，包括响应性触发、调度器调度以及 Patching 的精确执行。 理解这些机制对于编写高性能、可维护的 Vue 应用至关重要。
一、响应性触发：数据变化的侦测与通知
Vue 的响应式系统是组件更新的基础。它通过 Object.defineProperty (Vue 2) 或 Proxy (Vue 3) 劫持数据的访问和修改，从而能够追踪数据的依赖关系。
1.1 响应式数据的创建
当我们在 Vue 组件的 data 选项中定义数据时，Vue 会将其转换为响应式数据。
// Vue 2
new Vue({
data: {
message: 'Hello Vue!'
}
})
// Vue 3
import { reactive } from 'vue'
const state = reactive({
message: 'Hello Vue!'
})在内部，Vue 会为 message 属性创建一个 依赖收集器 (Dep)。 这个 Dep 负责存储所有依赖于 message 的 观察者 (Watcher)。
1.2 观察者 (Watcher) 的创建
当我们在模板中使用响应式数据时，Vue 会创建一个 Watcher 对象。 Watcher 的作用是：
- 记录依赖关系: 在渲染过程中，当
Watcher访问响应式数据时，Dep会将该Watcher添加到自己的依赖列表中。 - 接收更新通知: 当响应式数据发生变化时，
Dep会通知所有依赖于它的Watcher。 - 执行更新回调:
Watcher收到通知后，会执行一个更新回调函数，通常是重新渲染组件。
<template>
<div>{{ message }}</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
message: 'Hello Vue!'
}
}
}
</script>在这个例子中，当组件渲染时，Watcher 会访问 message 属性，Dep 会将该 Watcher 添加到自己的依赖列表中。
1.3 数据变更与依赖通知
当响应式数据发生变化时，例如：
// Vue 2
this.message = 'Updated message!';
// Vue 3
state.message = 'Updated message!';会触发以下流程：
- 数据设置:
message属性的值被修改。 - 触发 setter:
Object.defineProperty或Proxy的 setter 拦截到这次修改。 - 通知 Dep: setter 通知
message属性对应的Dep对象。 - 通知 Watcher:
Dep遍历自己的依赖列表，通知所有Watcher对象。
1.4 代码示例：简化的 Dep 和 Watcher 实现
为了更好地理解 Dep 和 Watcher 的工作原理，我们可以简单地实现一个：
class Dep {
constructor() {
this.subs = []; // 存储依赖于该数据的 Watcher 列表
}
depend() {
if (Dep.target) {
this.subs.push(Dep.target); // 将当前的 Watcher 添加到依赖列表中
}
}
notify() {
this.subs.forEach(watcher => watcher.update()); // 通知所有 Watcher 更新
}
}
// 静态属性，用于存储当前正在执行的 Watcher
Dep.target = null;
class Watcher {
constructor(vm, expOrFn, cb) {
this.vm = vm;
this.getter = typeof expOrFn === 'string' ? () => vm[expOrFn] : expOrFn; // 获取依赖数据的值
this.cb = cb; // 更新回调函数
this.value = this.get(); // 初始化时获取一次值，触发依赖收集
}
get() {
Dep.target = this; // 将当前 Watcher 设置为 Dep.target
const value = this.getter.call(this.vm); // 触发依赖收集
Dep.target = null; // 清空 Dep.target
return value;
}
update() {
const newValue = this.get(); // 获取新值
if (newValue !== this.value) {
this.cb.call(this.vm, newValue, this.value); // 执行更新回调
this.value = newValue; // 更新旧值
}
}
}
// 示例用法
const data = { message: 'Hello' };
const dep = new Dep();
Object.defineProperty(data, 'message', {
get() {
dep.depend(); // 依赖收集
return this._message;
},
set(newValue) {
this._message = newValue;
dep.notify(); // 通知更新
}
});
data._message = data.message;
const vm = { data };
const watcher = new Watcher(vm, 'message', (newValue, oldValue) => {
console.log(`Message updated: ${oldValue} -> ${newValue}`);
});
data.message = 'World'; // 触发更新这个简化的例子展示了 Dep 如何收集 Watcher，以及 Watcher 如何在数据变化时接收通知并执行更新回调。
二、调度器调度：优化更新频率与性能
当多个响应式数据同时发生变化时，如果每次都立即更新组件，可能会导致不必要的渲染开销。 为了优化性能，Vue 使用 调度器 (Scheduler) 来管理组件的更新。
2.1 调度器的作用
- 批量更新: 将同一时间段内触发的多个更新合并为一个更新周期。
- 异步更新: 将更新操作放入异步队列中，避免阻塞主线程。
- 去重: 避免重复更新同一个组件。
- 控制更新顺序: 允许开发者控制组件的更新顺序。
2.2 更新队列
调度器维护一个 更新队列 (update queue)，用于存储需要更新的 Watcher 对象。 当 Watcher 收到更新通知时，它不会立即执行更新回调，而是将自己添加到更新队列中。
2.3 nextTick
Vue 使用 nextTick 方法将更新操作放入异步队列中。 nextTick 的实现原理是：
- 优先使用
Promise.resolve().then()(如果支持)。 - 否则使用
MutationObserver(如果支持)。 - 最后使用
setTimeout(fn, 0)。
这些方法都可以在当前执行栈执行完毕后，异步执行回调函数。
2.4 调度器执行流程
- 当响应式数据发生变化时，
Watcher被添加到更新队列中。 nextTick被调用，将 flushSchedulerQueue 函数放入异步队列中。- 当当前执行栈执行完毕后，flushSchedulerQueue 函数被执行。
- flushSchedulerQueue 函数遍历更新队列，执行每个
Watcher的更新回调。 - 更新队列被清空。
2.5 代码示例：模拟调度器
const queue = []; // 更新队列
let flushing = false; // 是否正在刷新队列
let waiting = false; // 是否正在等待刷新
function queueWatcher(watcher) {
const id = watcher.id;
if (!queue.some(q => q.id === id)) { // 去重
queue.push(watcher);
}
if (!waiting) {
waiting = true;
nextTick(flushSchedulerQueue); // 放入异步队列
}
}
function flushSchedulerQueue() {
flushing = true;
queue.sort((a, b) => a.id - b.id); // 根据 id 排序
// 执行更新
queue.forEach(watcher => {
watcher.update();
});
// 清空队列
queue.length = 0;
flushing = false;
waiting = false;
}
function nextTick(cb) {
Promise.resolve().then(cb); // 使用 Promise 模拟 nextTick
}
// 示例用法
let watcherId = 0;
class MockWatcher {
constructor(id, update) {
this.id = id;
this.update = update;
}
}
const watcher1 = new MockWatcher(watcherId++, () => console.log('Watcher 1 updated'));
const watcher2 = new MockWatcher(watcherId++, () => console.log('Watcher 2 updated'));
const watcher3 = new MockWatcher(watcherId++, () => console.log('Watcher 3 updated'));
queueWatcher(watcher1);
queueWatcher(watcher2);
queueWatcher(watcher3);
// 模拟多个数据同时变化
setTimeout(() => {
console.log('Data changed!');
queueWatcher(watcher1); // 再次添加 watcher1，但会被去重
}, 0);
这个例子展示了如何使用 queueWatcher 函数将 Watcher 添加到更新队列中，以及如何使用 flushSchedulerQueue 函数来批量执行更新。
三、Patching 的精确执行：Diff 算法与最小化 DOM 操作
当组件需要更新时，Vue 并不会直接替换整个 DOM 树，而是使用 Patching 算法 (也称为 Diff 算法) 来比较新旧虚拟 DOM 树的差异，然后只更新需要修改的部分，从而最小化 DOM 操作，提高性能。
3.1 虚拟 DOM (Virtual DOM)
虚拟 DOM 是一个轻量级的 JavaScript 对象，用于描述真实的 DOM 结构。 当组件的状态发生变化时，Vue 会创建一个新的虚拟 DOM 树，然后与旧的虚拟 DOM 树进行比较。
3.2 Diff 算法
Diff 算法的目标是找出新旧虚拟 DOM 树之间的最小差异，并生成一系列的 DOM 操作指令，用于更新真实的 DOM 树。 Vue 的 Diff 算法主要基于以下策略：
- 同层比较: 只比较同一层级的节点。
- Key 的作用: 使用
key属性来标识节点，方便 Diff 算法识别节点的移动和复用。 - 优化策略: 使用多种优化策略，例如：
- 文本节点优化: 如果节点只有文本内容发生变化，直接更新文本内容。
- 属性优化: 只更新发生变化的属性。
- 列表 diff 优化: 使用高效的算法来比较列表节点的差异。
3.3 Patching 过程
Patching 过程是将 Diff 算法生成的 DOM 操作指令应用到真实的 DOM 树上的过程。 Vue 的 Patching 过程主要包括以下步骤：
- 创建节点: 如果新节点在旧节点中不存在，则创建新节点并添加到 DOM 树中。
- 删除节点: 如果旧节点在新节点中不存在，则从 DOM 树中删除旧节点。
- 更新节点: 如果新旧节点都存在，但属性或内容发生了变化，则更新节点。
- 移动节点: 如果新旧节点都存在，但位置发生了变化，则移动节点。
3.4 Key 的重要性
key 属性是 Vue Diff 算法中非常重要的一个概念。 它用于标识虚拟 DOM 节点，帮助 Vue 识别节点的移动和复用。
例如，考虑以下列表：
<template>
<ul>
<li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
</ul>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
items: [
{ id: 1, name: 'Item 1' },
{ id: 2, name: 'Item 2' },
{ id: 3, name: 'Item 3' }
]
}
}
}
</script>如果没有 key 属性，当我们在列表中插入或删除节点时，Vue 可能会错误地更新其他节点，导致性能问题。 有了 key 属性，Vue 就可以准确地识别节点的移动和复用，从而避免不必要的 DOM 操作。
3.5 代码示例：简化的 Patching 过程
以下是一个简化的 Patching 函数，用于比较两个虚拟节点：
function patch(oldVNode, newVNode) {
if (oldVNode === newVNode) {
return; // 如果是同一个节点，则直接返回
}
const el = oldVNode.el; // 获取真实 DOM 节点
if (oldVNode.tag === newVNode.tag) {
// 如果是相同的标签，则更新属性和子节点
patchProps(el, oldVNode.props, newVNode.props);
patchChildren(el, oldVNode, newVNode);
} else {
// 如果标签不同，则替换节点
const newEl = document.createElement(newVNode.tag);
patchProps(newEl, {}, newVNode.props);
patchChildren(newEl, null, newVNode);
el.parentNode.replaceChild(newEl, el);
}
newVNode.el = el;
}
function patchProps(el, oldProps, newProps) {
// 更新属性
for (const key in newProps) {
if (newProps[key] !== oldProps[key]) {
el.setAttribute(key, newProps[key]);
}
}
// 移除旧属性
for (const key in oldProps) {
if (!(key in newProps)) {
el.removeAttribute(key);
}
}
}
function patchChildren(el, oldVNode, newVNode) {
if (Array.isArray(newVNode.children)) {
// 如果新节点有子节点，则递归比较子节点
if (Array.isArray(oldVNode.children)) {
// TODO: 实现更复杂的列表 diff 算法
// 这里只是简单地替换所有子节点
el.innerHTML = '';
newVNode.children.forEach(child => {
const childEl = document.createElement(child.tag);
patchProps(childEl, {}, child.props);
child.el = childEl;
el.appendChild(childEl);
});
} else {
el.innerHTML = '';
newVNode.children.forEach(child => {
const childEl = document.createElement(child.tag);
patchProps(childEl, {}, child.props);
child.el = childEl;
el.appendChild(childEl);
});
}
} else if (typeof newVNode.children === 'string') {
// 如果新节点是文本节点，则更新文本内容
el.textContent = newVNode.children;
} else {
// 如果新节点没有子节点，则清空旧节点
el.innerHTML = '';
}
}
// 示例用法
const oldVNode = {
tag: 'div',
props: { id: 'old' },
children: [
{ tag: 'span', props: {}, children: 'Hello' }
],
el: document.createElement('div')
};
oldVNode.el.setAttribute('id', 'old');
document.body.appendChild(oldVNode.el);
const newVNode = {
tag: 'div',
props: { id: 'new', class: 'container' },
children: [
{ tag: 'span', props: {}, children: 'World' },
{ tag: 'p', props: {}, children: '!' }
]
};
patch(oldVNode, newVNode);
这个简化的例子展示了 Patching 函数如何比较新旧虚拟节点，并更新真实的 DOM 节点。 它只实现了基本的属性更新和子节点替换，并没有实现完整的 Diff 算法。
四、总结
Vue 组件的更新流程是一个复杂而精妙的过程，它涉及到响应式系统、调度器和 Patching 算法。 响应式系统负责追踪数据的依赖关系，调度器负责优化更新频率，Patching 算法负责最小化 DOM 操作。 深入理解这些机制可以帮助我们编写更高效、更可维护的 Vue 应用。
数据驱动视图，高效更新
响应式系统侦听数据变化，触发更新。调度器优化更新频率，避免不必要的渲染。Patching 算法精确更新 DOM，最大限度提升性能。
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