Vue `nextTick`的实现：利用微任务队列确保DOM更新后的回调时序 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

Vue `nextTick` 的实现：利用微任务队列确保 DOM 更新后的回调时序

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 中一个非常重要的概念和 API：nextTick。nextTick 的核心作用是让我们能够在 DOM 更新之后执行回调函数，确保我们操作的是已经更新完成的 DOM。理解 nextTick 的实现原理，对于编写高效、可靠的 Vue 应用至关重要。

为什么需要 `nextTick`？

Vue 的核心机制之一是异步更新 DOM。当我们修改 Vue 组件的数据时，Vue 并不会立即更新 DOM。相反，它会将这些更改进行批量处理，然后在下一个“tick”时统一更新 DOM。这样做是为了性能优化，避免频繁的 DOM 操作。

让我们看一个简单的例子：

<template>
  <div>
    <p ref="message">{{ message }}</p>
    <button @click="updateMessage">Update Message</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello, Vue!');
    const messageElement = ref(null);

    const updateMessage = () => {
      message.value = 'Updated Message!';
      console.log('Message after update:', message.value); // Updated Message!
      console.log('DOM Content:', messageElement.value.textContent); // Hello, Vue! (可能)
    };

    onMounted(() => {
      messageElement.value = this.$refs.message; // Vue 2 的写法，Vue 3 使用 ref
    });

    return {
      message,
      updateMessage,
      messageElement,
    };
  },
  mounted(){
    //Vue 2 的写法
    this.messageElement = this.$refs.message;
  }
};
</script>

在这个例子中，我们点击按钮更新 message 的值。在 updateMessage 函数中，我们首先修改了 message 的值，然后尝试打印 DOM 元素的 textContent。你可能会期望打印出 "Updated Message!"，但实际上，你很可能会看到 "Hello, Vue!"。

这是因为 Vue 在修改 message 的值之后，并不会立即更新 DOM。DOM 的更新会在下一个 tick 中进行。所以在 console.log(messageElement.value.textContent) 执行时，DOM 还没有被更新。

这就是 nextTick 存在的意义。它可以让我们在 DOM 更新之后执行回调函数，确保我们操作的是已经更新完成的 DOM。

`nextTick` 的使用

我们可以使用 nextTick 来解决上面的问题：

<template>
  <div>
    <p ref="message">{{ message }}</p>
    <button @click="updateMessage">Update Message</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello, Vue!');
    const messageElement = ref(null);

    const updateMessage = () => {
      message.value = 'Updated Message!';
      nextTick(() => {
        console.log('DOM Content:', messageElement.value.textContent); // Updated Message!
      });
    };

    onMounted(() => {
      messageElement.value = this.$refs.message;
    });

    return {
      message,
      updateMessage,
      messageElement,
    };
  },
  mounted(){
    this.messageElement = this.$refs.message;
  }
};
</script>

现在，我们在 nextTick 的回调函数中打印 textContent，就可以得到 "Updated Message!"。 nextTick 保证了回调函数会在 DOM 更新之后执行。

`nextTick` 的实现原理：微任务队列

nextTick 的核心实现原理是利用 JavaScript 的事件循环（Event Loop）和微任务队列（Microtask Queue）。

简单来说，JavaScript 的事件循环机制是这样的：

执行同步代码。
如果存在微任务队列，则依次执行微任务队列中的任务。
如果存在宏任务队列，则从宏任务队列中取出一个任务执行。
重复 2 和 3。

宏任务（Macrotask）包括：

setTimeout
setInterval
I/O
UI rendering

微任务（Microtask）包括：

Promise.then
MutationObserver
process.nextTick (Node.js)

nextTick 的实现就是将回调函数放入微任务队列中。由于微任务队列的优先级高于宏任务队列，因此微任务队列中的任务会在 DOM 更新（通常在宏任务中）之后立即执行。

Vue 的 nextTick 源码实现（简化版）大致如下：

let callbacks = [];
let pending = false;

function flushCallbacks() {
  pending = false;
  const copies = callbacks.slice(0);
  callbacks.length = 0;
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]();
  }
}

let timerFunc;

// Determine microtask or macrotask
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  const p = Promise.resolve();
  timerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks);
  };
} else if (typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
  isNative(MutationObserver) ||
  // PhantomJS and iOS 7.x
  MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
)) {
  // use MutationObserver where native Promise is not available,
  // e.g. PhantomJS, iOS7, Android 4.4
  // (#3948)
  let counter = 1
  const observer = new MutationObserver(flushCallbacks)
  const textNode = document.createTextNode(String(counter))
  observer.observe(textNode, {
    characterData: true
  })
  timerFunc = () => {
    counter = (counter + 1) % 2
    textNode.data = String(counter)
  }
} else if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  // Fallback to setImmediate.
  // Technically it leverages the (setTimeout) macrotask queue,
  // but it is still a better choice than setTimeout.
  timerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else {
  // Fallback to setTimeout.
  timerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0);
  };
}

export function nextTick(cb) {
  callbacks.push(cb);
  if (!pending) {
    pending = true;
    timerFunc();
  }
}

function isNative(Ctor) {
  return typeof Ctor === 'function' && /native code/.test(Ctor.toString())
}

让我们分解一下这段代码：

callbacks 数组： 用于存储 nextTick 的回调函数。
pending 变量： 用于标记是否已经有 flushCallbacks 函数正在等待执行。
flushCallbacks 函数： 负责执行 callbacks 数组中的所有回调函数。它会将 callbacks 数组复制一份，然后清空原数组，再依次执行复制数组中的回调函数。这样做是为了避免在执行回调函数时，又有新的 nextTick 调用导致死循环。
timerFunc 变量： 用于选择合适的异步执行方式。它的优先级是：
- Promise.then (微任务)
- MutationObserver (微任务)
- setImmediate (宏任务，但比 setTimeout 更高效)
- setTimeout (宏任务)
nextTick 函数： 接受一个回调函数 cb 作为参数，将 cb 添加到 callbacks 数组中。如果 pending 为 false，则将 pending 设置为 true，并调用 timerFunc，触发异步执行。
isNative 函数： 判断一个函数是否是原生函数。

流程图如下：

graph TD
    A[调用 nextTick(callback)] --> B{callbacks.push(callback)};
    B --> C{pending == false?};
    C -- Yes --> D[pending = true];
    C -- No --> E;
    D --> F[调用 timerFunc()];
    F --> G{Promise.then 支持?};
    G -- Yes --> H[使用 Promise.then(flushCallbacks)];
    G -- No --> I{MutationObserver 支持?};
    I -- Yes --> J[使用 MutationObserver(flushCallbacks)];
    I -- No --> K{setImmediate 支持?};
    K -- Yes --> L[使用 setImmediate(flushCallbacks)];
    K -- No --> M[使用 setTimeout(flushCallbacks, 0)];
    H --> N[DOM 更新];
    J --> N;
    L --> N;
    M --> N;
    N --> O[执行 flushCallbacks()];
    O --> P{遍历 callbacks 数组};
    P --> Q[执行 callbacks[i]()];
    Q --> R{i < callbacks.length?};
    R -- Yes --> P;
    R -- No --> S[callbacks.length = 0];
    S --> T[pending = false];
    E --> End;
    N --> End;

总结一下 nextTick 的工作流程：

调用 nextTick(callback) 将回调函数 callback 添加到 callbacks 数组中。
如果当前没有等待执行的 flushCallbacks 函数（pending 为 false），则将 pending 设置为 true，并调用 timerFunc。
timerFunc 会选择合适的异步执行方式（Promise.then, MutationObserver, setImmediate, setTimeout）来触发 flushCallbacks 函数的执行。
在 DOM 更新之后，异步任务会被执行，flushCallbacks 函数会被调用。
flushCallbacks 函数会遍历 callbacks 数组，依次执行其中的回调函数，并清空 callbacks 数组，将 pending 设置为 false。

为什么选择微任务？

为什么 nextTick 要选择微任务而不是宏任务呢？

这是因为微任务的执行时机比宏任务更早。在一次事件循环中，微任务会在 DOM 更新之后、UI 渲染之前执行。而宏任务则会在 UI 渲染之后执行。

如果 nextTick 使用宏任务，那么回调函数可能会在 UI 渲染之后才执行，这会导致一些问题。例如，我们可能需要在回调函数中访问 DOM 元素的大小或位置，如果 UI 已经渲染，那么这些信息可能是不准确的。

使用微任务可以确保回调函数在 DOM 更新之后、UI 渲染之前执行，从而保证我们可以访问到最新的 DOM 信息。

表格总结微任务和宏任务：

特性	微任务（Microtask）	宏任务（Macrotask）
例子	Promise.then, MutationObserver	setTimeout, setInterval, UI rendering
执行时机	DOM 更新之后，UI 渲染之前	UI 渲染之后
优先级	高	低
应用场景	nextTick, 需要在 DOM 更新后立即执行的任务	定时任务，I/O 操作等

浏览器兼容性

由于不同的浏览器对微任务和宏任务的支持程度不同，因此 Vue 的 nextTick 实现需要考虑浏览器的兼容性。

Vue 会优先使用 Promise.then 作为微任务的实现方式。如果浏览器不支持 Promise，则会尝试使用 MutationObserver。如果 MutationObserver 也不支持，则会降级使用 setImmediate 或 setTimeout 作为宏任务的实现方式。

这种降级策略可以保证 nextTick 在各种浏览器中都能正常工作，即使在一些老旧的浏览器中，也能提供基本的 nextTick 功能。

`nextTick` 的应用场景

除了在更新 DOM 之后访问 DOM 元素之外，nextTick 还有很多其他的应用场景。

在组件渲染完成后执行一些初始化操作。 例如，我们可以在 nextTick 的回调函数中获取组件的宽度和高度，并根据这些信息进行一些布局调整。
在数据更新后执行一些动画效果。 例如，我们可以在 nextTick 的回调函数中启动一个过渡动画，让用户看到数据更新的过程。
解决一些异步更新导致的问题。 例如，在某些情况下，异步更新可能会导致组件的状态不一致，我们可以使用 nextTick 来强制 Vue 在下一个 tick 中更新组件，从而解决这些问题。

避免过度使用 `nextTick`

虽然 nextTick 非常有用，但是我们也应该避免过度使用它。

过度使用 nextTick 会导致代码变得复杂，难以维护。此外，频繁地将回调函数放入微任务队列中，也会增加浏览器的负担，影响性能。

在大多数情况下，我们不需要手动调用 nextTick。Vue 会自动处理 DOM 的异步更新，并在需要的时候触发回调函数。只有在一些特殊情况下，例如需要手动操作 DOM 元素时，才需要使用 nextTick。

`nextTick` 与 `$forceUpdate` 的区别

nextTick 和 $forceUpdate 都可以用于强制 Vue 更新组件，但它们的作用和使用场景是不同的。

nextTick： 将回调函数放入微任务队列中，等待 DOM 更新之后执行。它主要用于解决异步更新导致的问题，或者需要在 DOM 更新之后执行一些操作。
$forceUpdate： 强制 Vue 重新渲染组件。它会跳过 Vue 的虚拟 DOM 比对过程，直接更新 DOM。它主要用于解决一些特殊情况下的渲染问题，例如当组件的数据没有发生变化，但需要重新渲染时。

$forceUpdate 应该谨慎使用，因为它会跳过 Vue 的优化机制，可能会导致性能问题。在大多数情况下，我们应该尽量避免使用 $forceUpdate，而是通过修改组件的数据来触发更新。

表格总结 nextTick 和 $forceUpdate：

特性	nextTick	$forceUpdate
作用	在 DOM 更新之后执行回调函数	强制重新渲染组件
原理	利用微任务队列	跳过虚拟 DOM 比对，直接更新 DOM
使用场景	需要在 DOM 更新之后执行操作，解决异步更新问题	组件的数据没有发生变化，但需要重新渲染
性能影响	较小	较大
是否常用	常用	不常用，谨慎使用

总结

nextTick 是 Vue 中一个非常重要的 API，它可以让我们在 DOM 更新之后执行回调函数，确保我们操作的是已经更新完成的 DOM。nextTick 的核心实现原理是利用 JavaScript 的事件循环和微任务队列。通过理解 nextTick 的实现原理，我们可以更好地编写高效、可靠的 Vue 应用。
理解 nextTick 的原理对于写出更加健壮和可维护的Vue代码至关重要。合理使用nextTick可以在处理DOM更新和异步操作时提供精确的控制。

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