Vue渲染器中的DOM操作队列与微任务：保证DOM更新的精确时序

大家好，今天我们来深入探讨Vue渲染器中DOM操作队列和微任务机制，以及它们如何协同工作以保证DOM更新的精确时序。理解这部分内容对于编写高性能、避免意外行为的Vue应用至关重要。

1. Vue渲染器的核心流程

Vue渲染器的职责是将虚拟DOM（Virtual DOM）转换为实际的DOM节点，并更新到页面上。这个过程并非简单的同步操作，而是涉及一系列优化策略，以提升性能。简而言之，Vue的渲染流程可以概括为以下几个步骤：

数据变更检测： 当Vue组件中的数据发生变化时，会触发依赖收集系统，标记需要更新的组件。
生成新的虚拟DOM： 根据新的数据，Vue会重新生成虚拟DOM树。
Diff算法： 将新的虚拟DOM树与旧的虚拟DOM树进行比较（Diff），找出需要更新的部分。
创建/更新/删除真实DOM节点： 根据Diff算法的结果，创建、更新或删除相应的真实DOM节点。
应用更新： 将修改后的DOM节点应用到页面上。

其中，第4步和第5步就是我们今天要重点讨论的DOM操作部分。

2. 同步与异步：DOM操作的选择

一个直接的想法是，每次数据变更后，立即同步地更新DOM。然而，这样做会导致性能问题。频繁的DOM操作会引起浏览器的重绘（repaint）和重排（reflow），消耗大量资源。

为了解决这个问题，Vue采用了异步更新策略。它不会在每次数据变更后立即更新DOM，而是将这些变更收集起来，放到一个队列中，然后在合适的时机一次性地更新DOM。

3. DOM操作队列：批量更新DOM

Vue维护了一个DOM操作队列，用于存放待执行的DOM更新任务。当数据发生变化时，Vue会将对应的更新任务添加到队列中。

// 伪代码：Vue的DOM操作队列实现

let queue = [];
let flushing = false;

function queueJob(job) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job);
    queueFlush(); // 触发队列刷新
  }
}

function queueFlush() {
  if (!flushing) {
    flushing = true;
    nextTick(flushJobs); // 使用nextTick将flushJobs放入微任务队列
  }
}

function flushJobs() {
  // 执行队列中的所有DOM更新任务
  queue.forEach(job => job());
  queue = [];
  flushing = false;
}

在上面的伪代码中：

queue：存储DOM更新任务的数组。
flushing：一个标志位，表示队列是否正在刷新。
queueJob(job)：将DOM更新任务job添加到队列中，并触发队列刷新。
queueFlush()：如果队列当前没有刷新，则设置flushing标志位，并使用nextTick将flushJobs函数放入微任务队列。
flushJobs()：遍历队列，执行所有DOM更新任务，然后清空队列，重置flushing标志位。

关键点在于 nextTick 的使用。它将 flushJobs 函数放入微任务队列，而不是立即执行。这是Vue实现异步更新的关键。

4. 微任务队列：nextTick的秘密

nextTick 是Vue提供的一个API，用于将回调函数延迟到下一个DOM更新周期之后执行。它的实现原理是利用浏览器的微任务队列（Microtask Queue）。

微任务队列是一种特殊的任务队列，它的优先级比宏任务队列（Macrotask Queue）更高。常见的微任务包括：

Promise.then
MutationObserver
queueMicrotask (现代浏览器)

在浏览器事件循环中，会优先执行微任务队列中的任务，然后再执行宏任务队列中的任务。

nextTick 的实现通常会尝试使用以下方式，按优先级排序：

Promise.then
MutationObserver
setImmediate (仅IE可用)
setTimeout

如果以上方法都不支持，则会降级使用setTimeout(fn, 0)。

// 伪代码：nextTick的实现

let nextTickCallbacks = [];
let pending = false;

function nextTick(cb) {
  nextTickCallbacks.push(cb);
  if (!pending) {
    pending = true;
    timerFunc(); // 选择合适的计时器函数
  }
}

let timerFunc;

if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  timerFunc = () => {
    Promise.resolve().then(flushNextTick);
  };
} else if (typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
  isNative(MutationObserver) ||
  // PhantomJS and iOS 7.x
  MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
)) {
  let counter = 1;
  const observer = new MutationObserver(flushNextTick);
  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)) {
  timerFunc = () => {
    setImmediate(flushNextTick);
  };
} else {
  // Fallback: use setTimeout.
  timerFunc = () => {
    setTimeout(flushNextTick, 0);
  };
}

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

在上面的伪代码中：

nextTickCallbacks：存储待执行的回调函数。
pending：一个标志位，表示是否已经有nextTick任务在等待执行。
timerFunc：根据环境选择合适的计时器函数，将flushNextTick函数放入微任务队列（或者宏任务队列，如果降级使用setTimeout）。
flushNextTick：执行所有回调函数，然后清空回调函数列表，重置pending标志位。

通过使用微任务队列，nextTick 能够保证回调函数在DOM更新之后立即执行。

5. DOM更新的时序：微任务的优先级

理解DOM更新的时序，需要理解浏览器事件循环和微任务队列的优先级。

浏览器事件循环：

执行同步代码。
执行微任务队列中的所有任务。
更新DOM。
执行宏任务队列中的一个任务。
重复步骤2-4。

Vue的DOM更新时序：

数据变更。
将DOM更新任务添加到DOM操作队列。
使用nextTick将flushJobs函数放入微任务队列。
同步代码执行完毕。
执行微任务队列中的flushJobs函数，执行DOM更新任务，更新DOM。
nextTick的回调函数执行。

这意味着，在数据变更之后，Vue会将DOM更新任务放入队列，并利用微任务队列延迟执行。在同步代码执行完毕后，会立即执行微任务队列中的flushJobs函数，更新DOM。最后，nextTick的回调函数会在DOM更新之后立即执行。

示例：

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

<script>
export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello Vue!'
    };
  },
  methods: {
    updateMessage() {
      this.message = 'Updated Message!';
      this.$nextTick(() => {
        console.log('Message after DOM update:', this.$refs.message.textContent);
      });
      console.log('Message immediately after update:', this.$refs.message.textContent);
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，当我们点击按钮时，会发生以下事情：

this.message 的值被更新为 ‘Updated Message!’。
DOM操作队列中添加一个更新 p 标签的文本内容的任务。
this.$nextTick 将回调函数放入微任务队列。
console.log('Message immediately after update:', this.$refs.message.textContent) 执行，由于DOM尚未更新，所以输出的是 ‘Hello Vue!’ (注意，这依赖于浏览器的具体实现。有些浏览器可能在同步代码中也能够读取到更新后的虚拟DOM的值，但不能保证所有情况都一致。)
同步代码执行完毕。
微任务队列开始执行，首先执行flushJobs函数，更新 p 标签的文本内容。
this.$nextTick 的回调函数执行，console.log('Message after DOM update:', this.$refs.message.textContent) 输出 ‘Updated Message!’。

6. 避免常见陷阱

理解DOM操作队列和微任务机制，可以帮助我们避免一些常见的陷阱：

不要在数据变更后立即访问DOM。 由于DOM是异步更新的，因此在数据变更后立即访问DOM，可能获取到旧的值。应该使用nextTick来确保在DOM更新之后再访问DOM。

// 错误示例
this.message = 'Updated Message!';
console.log(this.$refs.message.textContent); // 可能输出 'Hello Vue!'

// 正确示例
this.message = 'Updated Message!';
this.$nextTick(() => {
  console.log(this.$refs.message.textContent); // 输出 'Updated Message!'
});

避免在nextTick回调函数中进行大量计算。 nextTick的回调函数会在微任务队列中执行，如果回调函数执行时间过长，会阻塞浏览器的渲染，影响用户体验。
理解nextTick的执行时机。 nextTick的回调函数会在DOM更新之后立即执行，但可能在一些浏览器API（如setTimeout）之前执行。

7. 微任务机制的优势

使用微任务机制进行DOM更新，具有以下优势：

性能优化： 批量更新DOM，减少浏览器的重绘和重排。
数据一致性： 保证在DOM更新之后再执行回调函数，避免数据不一致的问题。
更好的用户体验： 异步更新DOM，避免阻塞主线程，提高页面的响应速度。

特性	描述	优势
异步更新	Vue 不会立即更新DOM，而是将更新任务添加到队列中。	避免频繁的DOM操作，减少浏览器的重绘和重排，提高性能。
DOM操作队列	存储待执行的DOM更新任务。	批量更新DOM，减少DOM操作的次数。
微任务队列	优先级高于宏任务队列的任务队列，用于执行`nextTick`的回调函数。	保证在DOM更新之后立即执行回调函数，避免数据不一致的问题。
`nextTick` API	用于将回调函数延迟到下一个DOM更新周期之后执行。	提供了一种在DOM更新之后执行代码的机制，方便开发者进行DOM操作和数据处理。
事件循环	浏览器用于处理用户交互、网络请求和定时器等事件的机制。微任务队列会在每次事件循环的末尾执行。	确保DOM更新在事件循环的正确时机执行，避免阻塞主线程，提高页面的响应速度。

8. 深入理解，写出更好的Vue代码

理解Vue渲染器中DOM操作队列和微任务机制，能够帮助我们编写更高效、更健壮的Vue应用。通过合理地利用nextTick，我们可以确保在DOM更新之后执行代码，避免数据不一致的问题。避免在数据变更后立即访问DOM，可以减少不必要的错误。深入理解这些机制，能够让我们更好地掌握Vue的内部原理，写出更优秀的Vue代码。

希望今天的分享对大家有所帮助，谢谢！

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