Vue 3 的运行时补丁 (Runtime Patching) 机制是如何工作的？它与 Vue 2 的更新机制有何不同？

各位技术大佬、未来的架构师们，晚上好！我是你们今晚的讲师，咱们今晚唠唠 Vue 3 里边儿一个相当重要的机制：运行时补丁 (Runtime Patching)。这玩意儿，说白了，就是 Vue 3 悄咪咪地更新 DOM 的秘密武器。

咱们先简单回顾一下 Vue 2 的更新机制，然后深入 Vue 3 的补丁策略，最后再聊聊它们之间的差异，保证让大家听得明白，学得会，用得上！

一、Vue 2 的老套路：虚拟 DOM 全量对比

在 Vue 2 时代，数据一变，它就有点儿像个憨憨，直接把整个虚拟 DOM 树都重新渲染一遍，然后和之前的虚拟 DOM 树进行对比 (diff)。这个对比过程，就是查找哪些节点需要更新。

这种做法简单粗暴，但也带来了不少问题。你想啊，如果只是一个小小的文本内容改变，它也要把整个树都遍历一遍，效率肯定不高。这就好比你想找根针，结果把整个屋子都翻了一遍，累得够呛。

简化版 Vue 2 更新流程：

1. 数据变化： data 里的某个值改变了。
2. 触发 Watcher： 对应的 Watcher 对象接收到通知。
3. 重新渲染：Watcher 触发组件的 render 函数，生成新的虚拟 DOM 树 (newVnode)。
4. 虚拟 DOM 对比： 用 diff 算法对比 newVnode 和旧的虚拟 DOM 树 (oldVnode)，找出差异。
5. 更新 DOM： 根据 diff 的结果，更新实际的 DOM。

Vue 2 的 Diff 算法简述 (Snabbdom 为例)：

Vue 2 主要借鉴了 Snabbdom 的 Diff 算法，它遵循以下几个原则：

• 只比较同一层级的节点： 避免深度遍历，提高效率。
• key 的重要性： key 帮助 Vue 识别哪些节点是相同的，可以复用。没有 key 的情况下，Vue 只能通过节点类型和属性来判断。
• 四种假设：
  • oldVnode 和 newVnode 完全相同 (sameVnode)。
  • oldVnode 和 newVnode 的 children 都是文本节点。
  • oldVnode 有 children，newVnode 没有 children。
  • oldVnode 没有 children，newVnode 有 children。

Vue 2 的缺陷：

• 全量对比： 即使只有小部分数据改变，也要全量对比虚拟 DOM 树。
• 静态节点： 无法跳过静态节点，每次都要重新对比。

二、Vue 3 的精明策略：运行时补丁 (Runtime Patching)

Vue 3 就聪明多了，它引入了运行时补丁 (Runtime Patching) 的机制。这玩意儿就像一个精准的手术刀，只对需要更新的部分进行操作，避免了不必要的性能浪费。

Vue 3 的核心思想：

• 编译时优化： 在编译阶段，Vue 3 会对模板进行分析，标记出静态节点、动态节点，以及动态节点的类型。
• 运行时补丁： 在运行时，Vue 3 会根据编译时的信息，选择合适的补丁策略，只更新需要更新的部分。

运行时补丁的过程：

1. 编译阶段： Vue 3 的编译器会分析模板，生成渲染函数 (render function)。在生成渲染函数的同时，会标记出节点的类型 (静态节点、动态节点等)，以及动态节点的属性类型 (文本、属性、事件等)。
2. 运行时： 当数据发生变化时，Vue 3 会执行渲染函数，生成新的虚拟 DOM 树。然后，它会根据编译时的信息，选择合适的补丁策略，更新实际的 DOM。

Vue 3 的补丁策略：

Vue 3 采用的是一种基于类型 (Type-based) 的补丁策略。也就是说，它会根据虚拟 DOM 节点的类型，选择不同的补丁方法。

常见的节点类型和对应的补丁方法：

节点类型	描述	补丁方法
TEXT	文本节点。	直接更新 textContent。
CLASS	带有 class 属性的节点。	比较新旧 class 属性，添加或移除 class。
STYLE	带有 style 属性的节点。	比较新旧 style 属性，添加、移除或更新 style。
PROPS	带有普通 HTML 属性的节点。	比较新旧属性，添加、移除或更新属性。
EVENTS	带有事件监听器的节点。	比较新旧事件监听器，添加或移除事件监听器。
CHILDREN	带有子节点的节点。	对比新旧子节点列表，进行添加、移除、移动或更新操作。这里会递归调用补丁方法，处理子节点的更新。
COMPONENT	组件节点。	更新组件的 props，触发组件的更新钩子函数。
ELEMENT	普通的 HTML 元素节点。	根据节点的属性和子节点，进行相应的更新操作。
STATIC	静态节点。	跳过更新。因为静态节点的内容不会改变。

代码示例 (简化版的 patch 函数)：

function patch(n1, n2, container) { // n1: oldVnode, n2: newVnode, container: 容器

  // 如果新旧节点类型不同，直接替换
  if (n1 && n1.type !== n2.type) {
    const anchor = n1.el.nextSibling;  // 获取旧节点的下一个兄弟节点，用于插入新节点
    container.removeChild(n1.el); // 移除旧节点
    n1 = null;  // 将旧节点设置为 null，方便垃圾回收
    mount(n2, container, anchor); // 调用 mount 函数挂载新节点
    return;
  }

  const { type } = n2;

  switch (type) {
    case 'TEXT':
      patchText(n1, n2);
      break;
    case 'ELEMENT':
      patchElement(n1, n2);
      break;
    case 'COMPONENT':
      patchComponent(n1, n2);
      break;
    // 其他节点类型...
  }
}

function patchText(n1, n2) {
  const el = n2.el = n1.el; // 复用旧节点的 DOM 元素
  if (n1.children !== n2.children) {
    el.textContent = n2.children; // 更新文本内容
  }
}

function patchElement(n1, n2) {
  const el = n2.el = n1.el; // 复用旧节点的 DOM 元素

  // 更新属性
  const oldProps = n1.props || {};
  const newProps = n2.props || {};

  for (const key in newProps) {
    if (newProps[key] !== oldProps[key]) {
      el.setAttribute(key, newProps[key]);
    }
  }

  for (const key in oldProps) {
    if (!(key in newProps)) {
      el.removeAttribute(key);
    }
  }

  // 更新子节点 (简化的 diff 算法)
  const oldChildren = n1.children || [];
  const newChildren = n2.children || [];

  if (typeof newChildren === 'string') {
    // 新节点是文本
    if (typeof oldChildren === 'string') {
      if (newChildren !== oldChildren) {
        el.textContent = newChildren;
      }
    } else {
      el.textContent = newChildren;
    }
  } else if (Array.isArray(newChildren)) {
    // 新节点是数组
    if (typeof oldChildren === 'string') {
      el.textContent = '';
      newChildren.forEach(child => mount(child, el));
    } else if (Array.isArray(oldChildren)) {
      // 简单 Diff 算法 (真实 Diff 算法更复杂)
      //这里省略了完整的diff算法，目的是展示element的patch过程
      //真实场景下，会使用更复杂的算法来优化更新过程
      newChildren.forEach((child, index) => {
        patch(oldChildren[index], child, el);
      });
    }
  }
}

function patchComponent(n1, n2) {
    //这里省略组件更新的详细逻辑，包括props更新，生命周期钩子等
    //实际场景会复杂的多
}

代码解释：

• patch(n1, n2, container): 这是整个补丁的入口函数。它接收旧的虚拟节点 n1、新的虚拟节点 n2 和容器 container 作为参数。
• patchText(n1, n2): 专门用于更新文本节点的函数。它会直接更新 DOM 元素的 textContent 属性。
• patchElement(n1, n2): 专门用于更新元素节点的函数。它会比较新旧节点的属性和子节点，进行相应的更新操作。
• patchComponent(n1, n2): 专门用于更新组件节点的函数。它会更新组件的 props，触发组件的更新钩子函数。

三、Vue 3 的优势：静态提升 (Static Hoisting) 和事件侦听器缓存

除了运行时补丁，Vue 3 还有两个重要的优化手段：静态提升 (Static Hoisting) 和事件侦听器缓存。

1. 静态提升 (Static Hoisting)：

Vue 3 会把模板中的静态节点 (内容不会改变的节点) 提升到渲染函数之外，只创建一次，然后在每次渲染时直接复用。这样可以避免重复创建和对比静态节点，大大提高性能。

举个例子：

<template>
  <div>
    <h1>{{ title }}</h1>
    <p>这是一个静态段落。</p>
  </div>
</template>

在这个例子中，<p>这是一个静态段落。</p> 就是一个静态节点。Vue 3 会把这个节点提升到渲染函数之外，只创建一次，然后在每次渲染时直接复用。

2. 事件侦听器缓存 (Event Listener Cache)：

Vue 3 会缓存事件侦听器函数，避免每次渲染都重新创建。这样可以减少垃圾回收的压力，提高性能。

举个例子：

<template>
  <button @click="handleClick">点击</button>
</template>

<script>
export default {
  methods: {
    handleClick() {
      console.log('点击了按钮');
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，handleClick 函数会被 Vue 3 缓存起来，避免每次渲染都重新创建。

四、Vue 2 vs Vue 3：一场效率革命

咱们来总结一下 Vue 2 和 Vue 3 在更新机制上的差异：

| 特性 | Vue 2 | Vue 3 运行时，Vue 3 的运行时补丁机制就像一位精明的裁缝，它会根据布料的材质（虚拟 DOM 节点的类型），选择合适的缝纫方式（补丁方法），只对需要缝补的地方进行操作，避免了不必要的浪费。

五、总结

Vue 3 的运行时补丁机制，加上静态提升和事件侦听器缓存，共同构成了一个高效、精准的 DOM 更新系统。它不仅提高了性能，也降低了内存占用，让我们的 Vue 应用跑得更快、更稳。

总而言之，Vue 3 在更新机制上进行了一场效率革命，让我们的应用更加轻盈、敏捷。掌握这些知识，能帮助我们更好地理解 Vue 3 的内部原理，写出更高性能的 Vue 应用。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获！ 散会！