好的，我们开始。
Vue 渲染器 DOM 操作批处理：利用调度器减少回流与重绘
大家好，今天我们来深入探讨 Vue 渲染器中 DOM 操作的优化，重点是如何利用调度器来减少回流（Reflow）和重绘（Repaint），提升应用的性能。回流和重绘是浏览器渲染过程中的关键环节，频繁触发会导致页面卡顿，影响用户体验。Vue 作为流行的前端框架，其渲染优化策略值得我们深入研究。
1. 渲染流程与性能瓶颈
首先，我们简单回顾一下浏览器的渲染流程，理解回流和重绘产生的原因。
- 解析 HTML: 浏览器解析 HTML 代码，构建 DOM 树。
- 解析 CSS: 浏览器解析 CSS 代码，构建 CSSOM 树。
- 构建渲染树 (Render Tree): 浏览器将 DOM 树和 CSSOM 树合并，生成渲染树。渲染树只包含需要显示的节点。
- 布局 (Layout/Reflow): 浏览器计算渲染树中每个节点的几何位置和大小。这个过程被称为布局或回流。当 DOM 结构发生改变、元素尺寸改变、页面布局改变等情况时，都会触发回流。
- 绘制 (Paint/Repaint): 浏览器将渲染树中的每个节点绘制到屏幕上。如果仅仅是元素的颜色、背景色等样式改变，而没有改变布局，则只会触发重绘。
- 合成 (Composite): 浏览器将不同的图层合成到一起，显示最终的页面。
回流的开销远大于重绘，因为它涉及到重新计算布局。频繁的回流会导致页面卡顿，尤其是在复杂的页面中。因此，优化 DOM 操作，减少回流和重绘的次数，是前端性能优化的重要目标。
2. Vue 的虚拟 DOM 与 Diff 算法
Vue 通过使用虚拟 DOM 和 Diff 算法来优化 DOM 操作。虚拟 DOM 是一个轻量级的 JavaScript 对象，它描述了真实的 DOM 结构。当数据发生变化时，Vue 会创建一个新的虚拟 DOM 树，并与旧的虚拟 DOM 树进行比较 (Diff)。Diff 算法找出新旧虚拟 DOM 树之间的差异，然后只更新需要更新的真实 DOM 节点。
这种方式避免了直接操作真实 DOM，减少了不必要的 DOM 操作次数，从而降低了回流和重绘的风险。
3. Vue 的调度器 (Scheduler)
Vue 的调度器是实现 DOM 操作批处理的核心机制。它负责收集需要在下一个事件循环中执行的更新操作，并将它们合并成一个批次，然后一次性地应用到真实 DOM 上。
3.1 调度器的基本原理
当 Vue 组件的状态发生变化时，会触发组件的重新渲染。重新渲染过程会生成新的虚拟 DOM 树，并与旧的虚拟 DOM 树进行 Diff。Diff 算法会生成一个更新队列，其中包含了需要更新的 DOM 节点的信息。
Vue 并不会立即将这些更新应用到真实 DOM 上，而是将它们添加到调度器中。调度器会在下一个事件循环开始时，执行这些更新操作。
3.2 调度器的实现方式
Vue 的调度器通常使用 Promise.resolve().then() 或 requestAnimationFrame() 来实现异步更新。这两种方式都可以在下一个事件循环中执行回调函数。
Promise.resolve().then(): 这种方式利用了 Promise 的异步特性，将更新操作添加到微任务队列中。微任务队列会在当前任务队列执行完毕后立即执行。requestAnimationFrame(): 这种方式利用了浏览器提供的 API，可以在浏览器下一次重绘之前执行回调函数。这种方式更适合用于动画相关的场景，因为它可以保证动画的流畅性。
3.3 调度器带来的好处
- 批处理 DOM 操作: 调度器可以将多个 DOM 操作合并成一个批次，然后一次性地应用到真实 DOM 上。这可以减少回流和重绘的次数，提升应用的性能。
- 异步更新: 调度器使用异步的方式来更新 DOM，避免了阻塞主线程，提高了应用的响应速度。
- 优化更新顺序: 调度器可以根据更新的优先级来调整更新顺序，确保重要的更新操作优先执行。
4. 代码示例：模拟一个简单的 Vue 调度器
为了更好地理解 Vue 调度器的工作原理，我们可以模拟一个简单的调度器。
class Scheduler {
constructor() {
this.queue = [];
this.pending = false;
}
queueJob(job) {
if (!this.queue.includes(job)) {
this.queue.push(job);
this.queueFlush();
}
}
queueFlush() {
if (!this.pending) {
this.pending = true;
Promise.resolve().then(() => {
this.flushJobs();
});
}
}
flushJobs() {
try {
this.queue.forEach(job => job());
} finally {
this.queue = [];
this.pending = false;
}
}
}
const scheduler = new Scheduler();
// 模拟 DOM 更新操作
function updateDOM(elementId, newText) {
const element = document.getElementById(elementId);
if (element) {
element.textContent = newText;
console.log(`DOM updated: ${elementId} with "${newText}"`);
} else {
console.warn(`Element with id "${elementId}" not found.`);
}
}
// 模拟组件更新
function updateComponent(componentName, newData) {
console.log(`Component "${componentName}" data changed:`, newData);
// 模拟多个 DOM 更新操作
scheduler.queueJob(() => updateDOM('title', `New Title: ${newData.title}`));
scheduler.queueJob(() => updateDOM('content', `New Content: ${newData.content}`));
}
// 模拟数据变化
updateComponent('MyComponent', { title: 'Hello', content: 'World' });
updateComponent('MyComponent', { title: 'Vue', content: 'Scheduler' });
// 最终会输出：
// Component "MyComponent" data changed: {title: "Hello", content: "World"}
// Component "MyComponent" data changed: {title: "Vue", content: "Scheduler"}
// DOM updated: title with "New Title: Vue"
// DOM updated: content with "New Content: Scheduler"在这个例子中，Scheduler 类模拟了 Vue 的调度器。queueJob 方法将更新操作添加到队列中，queueFlush 方法使用 Promise.resolve().then() 来异步执行更新操作。 可以看到，虽然 updateComponent 被调用了两次，但是DOM只被更新了一次。这就是调度器的作用。
5. 优化技巧与最佳实践
除了使用调度器之外，还有一些其他的优化技巧可以帮助我们减少回流和重绘。
- 批量更新 DOM: 尽量将多个 DOM 操作合并成一个批次，然后一次性地更新 DOM。例如，可以使用
DocumentFragment来批量添加 DOM 节点。 - 避免频繁访问 DOM 属性: 访问 DOM 属性会导致浏览器重新计算布局。因此，应该尽量避免频繁访问 DOM 属性。可以将 DOM 属性的值缓存到 JavaScript 变量中，然后使用这些变量进行计算。
- 使用 CSS transforms 和 opacity: 使用 CSS
transforms和opacity属性可以避免触发回流。这些属性可以在 GPU 上执行动画，而不需要重新计算布局。 - 避免使用 table 布局:
table布局的性能较差，因为它需要浏览器进行复杂的布局计算。应该尽量避免使用table布局，可以使用CSS Grid或Flexbox来代替。 - 使用
will-change属性:will-change属性可以提前告诉浏览器，某个元素将会发生变化。这可以帮助浏览器提前进行优化，例如，为该元素分配更多的资源。但是，过度使用will-change属性可能会导致性能问题，因此应该谨慎使用。 - 使用 Vue 的
v-once指令: 如果一个组件的内容在整个生命周期内都不会发生变化，可以使用v-once指令来告诉 Vue，该组件只需要渲染一次。这可以减少不必要的重新渲染。 - 合理使用计算属性和侦听器: 计算属性和侦听器是 Vue 中常用的功能，但是它们也会带来性能开销。应该合理使用计算属性和侦听器，避免不必要的计算和更新。
6. 表格总结：优化技巧与效果
| 优化技巧 | 效果 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 批量更新 DOM | 减少 DOM 操作次数，降低回流和重绘风险 | 需要进行多个 DOM 操作的场景，例如批量添加 DOM 节点 |
| 避免频繁访问 DOM 属性 | 减少布局计算，提升性能 | 需要频繁访问 DOM 属性的场景，例如获取元素尺寸、位置等信息 |
| 使用 CSS transforms/opacity | 避免触发回流，利用 GPU 加速动画 | 需要进行动画效果的场景，例如元素移动、缩放、旋转等 |
| 避免使用 table 布局 | 减少布局计算，提升性能 | 页面布局复杂的场景，建议使用 CSS Grid 或 Flexbox 代替 |
使用 will-change 属性 |
提前告知浏览器元素将要发生变化，帮助浏览器进行优化，但需谨慎使用。 | 元素即将发生变化的场景，例如动画开始之前 |
使用 v-once 指令 |
减少不必要的重新渲染，提升性能 | 组件内容在整个生命周期内都不会发生变化的场景 |
| 合理使用计算属性/侦听器 | 避免不必要的计算和更新，提升性能 | 数据变化频繁的场景，需要仔细考虑计算属性和侦听器的使用方式 |
7. 实际案例分析
假设我们有一个 Vue 组件，它需要根据用户输入动态更新列表。如果每次用户输入都立即更新 DOM，会导致频繁的回流和重绘。
<template>
<div>
<input type="text" v-model="searchText">
<ul>
<li v-for="item in filteredList" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
</ul>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
searchText: '',
list: [
{ id: 1, name: 'Apple' },
{ id: 2, name: 'Banana' },
{ id: 3, name: 'Orange' },
// ... 更多数据
],
};
},
computed: {
filteredList() {
return this.list.filter(item =>
item.name.toLowerCase().includes(this.searchText.toLowerCase())
);
},
},
};
</script>为了优化这个组件的性能，我们可以使用 debounce 或 throttle 技术来减少 filteredList 的计算次数。
import { debounce } from 'lodash'; // 或者自己实现 debounce
export default {
data() {
return {
searchText: '',
list: [
{ id: 1, name: 'Apple' },
{ id: 2, name: 'Banana' },
{ id: 3, name: 'Orange' },
// ... 更多数据
],
};
},
computed: {
filteredList() {
return this.list.filter(item =>
item.name.toLowerCase().includes(this.searchText.toLowerCase())
);
},
},
watch: {
searchText: {
handler: function(newValue) {
this.debouncedUpdate(newValue);
},
immediate: true // 首次加载时也执行一次
}
},
created() {
this.debouncedUpdate = debounce((newValue) => {
// 在这里更新 list
this.list = this.list.map(item => ({...item})); // 触发响应式更新，这行代码仅作示例，实际场景需要根据需求修改
this.list = this.list.filter(item => item.name.toLowerCase().includes(newValue.toLowerCase()));
}, 300); // 300ms 的防抖延迟
},
};在这个例子中，我们使用了 lodash 库的 debounce 函数来限制 filteredList 的计算频率。只有在用户停止输入 300ms 后，才会重新计算 filteredList。这可以减少不必要的计算和 DOM 更新，提升应用的性能。 请注意，这里只是为了演示， computed 本身就具有缓存特性，实际项目中并不需要这么复杂的实现。
8. 总结： 优化DOM操作，提升用户体验
Vue 的渲染器通过虚拟 DOM、Diff 算法和调度器等机制，有效地优化了 DOM 操作，减少了回流和重绘的次数。通过理解这些机制，并结合一些优化技巧，我们可以编写出性能更佳的 Vue 应用，提供更好的用户体验。核心就是减少不必要的DOM操作，将多次操作合并为一次执行，并利用异步更新机制，避免阻塞主线程。
更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院