解释 Vue 3 源码中 `scheduler` (调度器) 的作用，它是如何批处理更新任务，避免不必要的重复渲染？ - 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

各位观众老爷，晚上好！

今天咱们不聊风花雪月，直接上硬菜：Vue 3 源码中的 scheduler（调度器），这可是 Vue 3 性能优化的核心秘密之一。想象一下，如果没有它，Vue 3 就像一个急性子，稍微有点风吹草动就恨不得把整个页面都重新渲染一遍，那性能肯定凉凉。

所以，scheduler 的作用，一句话概括：它是 Vue 3 的大脑，负责统一管理和调度更新任务，避免不必要的重复渲染，让我们的应用跑得更快更流畅。

接下来，咱们就一层层扒开它的神秘面纱，看看它到底是怎么工作的。

1. 为什么需要调度器？

在深入 scheduler 之前，我们先搞清楚一个问题：为什么 Vue 需要这么一个复杂的调度机制？直接同步更新不行吗？

答案是：不行！

考虑以下场景：

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const increment = () => {
      count.value++;
      count.value++;
    };

    return {
      count,
      increment,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，increment 函数连续两次修改了 count.value。如果没有调度器，每次修改 count.value 都会立即触发一次组件的重新渲染。也就是说，count 会被渲染两次，实际上我们只需要渲染最终的结果。这不仅浪费了性能，还可能导致一些意想不到的副作用。

再想象一个更复杂的场景：一个组件内部有多个响应式数据，并且这些数据之间相互依赖。如果我们同时修改了多个响应式数据，那么组件可能会被多次触发更新，最终导致性能瓶颈。

这就是 scheduler 存在的意义：它就像一个任务管理器，将所有待更新的任务收集起来，然后按照一定的策略进行处理，最终只进行一次或尽可能少的更新，从而提高性能。

2. scheduler 的核心概念

scheduler 的核心概念主要包括以下几个方面：

Job (任务): 一个需要执行的更新函数。通常是组件的 update 函数，用于更新组件的 DOM。
Queue (队列): 一个用于存储待执行任务的数组。 Vue 3 使用一个微任务队列来存储 Job。
Flush (刷新): 从队列中取出 Job 并执行的过程。 Vue 3 会在合适的时机触发 flush 操作。
Priority (优先级): 每个 Job 都有一个优先级，用于决定 Job 的执行顺序。

3. scheduler 的工作流程

scheduler 的工作流程大致如下：

触发更新: 当响应式数据发生变化时，会触发 trigger 函数，该函数会找到所有依赖于该数据的 Job。
收集任务: trigger 函数会将 Job 添加到队列中。如果队列中已经存在相同的 Job，则会忽略本次添加（去重）。
调度执行: Vue 3 会在下一个微任务时机执行 flush 操作。
刷新队列: flush 操作会按照优先级从队列中取出 Job 并执行。
更新 DOM: Job 的执行会触发组件的 update 函数，从而更新组件的 DOM。

4. 源码解析

接下来，咱们深入 Vue 3 源码，看看 scheduler 的具体实现。

首先，找到 runtime-core 目录下的 scheduler.ts 文件，这里就是 scheduler 的核心代码所在地。

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts

import { ReactiveEffect } from '@vue/reactivity';
import { isArray, isFunction } from '@vue/shared';

const queue: (ReactiveEffect | null)[] = [];
let flushPromise: Promise<void> | null;
let currentFlushPending = false;
const resolvedPromise = /*#__PURE__*/ Promise.resolve() as Promise<any>;

const RECURSION_LIMIT = 100; // 递归更新的限制次数

export function nextTick<T = void>(
  this: any,
  fn?: (...args: any[]) => T,
  ctx?: object
): Promise<T> {
  const p = flushPromise || (flushPromise = resolvedPromise);
  return fn ? p.then(this ? fn.bind(ctx) : fn) : p;
}

export function queueJob(job: ReactiveEffect) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job);
    queueFlush();
  }
}

function queueFlush() {
  if (!currentFlushPending) {
    currentFlushPending = true;
    nextTick(flushJobs);
  }
}

const pendingPostFlushCbs: Function[] = [];
let activePostFlushCbs: Function[] | null = null;

export function queuePostRenderEffect(
  fn: Function | Function[],
  suspense: SuspenseBoundary | null = null
): void {
  if (!isArray(fn) && typeof fn !== 'function') {
    return;
  }

  if (activePostFlushCbs) {
    activePostFlushCbs.push(fn);
  } else {
    pendingPostFlushCbs.push(fn);
    queueFlush();
  }
}

function flushPostFlushCbs(seen?: CountMap) {
  if (pendingPostFlushCbs.length) {
    const deduped = [...new Set(pendingPostFlushCbs)];
    pendingPostFlushCbs.length = 0;

    if (activePostFlushCbs) {
      activePostFlushCbs.push(...deduped);
      return;
    }

    activePostFlushCbs = deduped;

    for (let i = 0; i < activePostFlushCbs.length; i++) {
      activePostFlushCbs[i]();
    }
    activePostFlushCbs = null;
  }
}

let isFlushing = false;
let isFlushPending = false;

const flushJobs = () => {
  if (isFlushing) {
    return;
  }
  isFlushing = true;
  let job;

  try {
    // Sort queue before flush.
    // This ensures that:
    // 1. Components are updated from parent to child. (because parent is always
    //    created before the child so its render effect is pushed first)
    // 2. If a component is unmounted during a parent component's update,
    //    its update can be skipped.
    queue.sort((a, b) => computeJobPriority(a!) - computeJobPriority(b!));

    while ((job = queue.shift())) {
      if (job) {
        callWithErrorHandling(job, null, ErrorCodes.SCHEDULER);
      }
    }
  } finally {
    isFlushing = false;
    currentFlushPending = false;
    if (queue.length || pendingPostFlushCbs.length) {
      flushJobs();
    }
  }
  flushPostFlushCbs();
};

const queryPreTasks: Function[] = [];

function callWithErrorHandling(
  fn: Function,
  instance: ComponentInternalInstance | null,
  type: ErrorCodes,
  args?: unknown[]
) {
  let res;
  try {
    res = args ? fn(...args) : fn();
  } catch (e: any) {
    handleError(e, instance, type);
  }
  return res;
}

export const invalidateJob = (job: ReactiveEffect) => {
  const i = queue.indexOf(job);
  if (i > -1) {
    queue.splice(i, 1);
  }
};

const isNonComponentEffect = (job: ReactiveEffect) =>
  job.id > instanceId;

const computeJobPriority = (job: ReactiveEffect): number => {
  const ownerInstance = job.ownerInstance;
  if (!isComponentPublicInstance(ownerInstance)) {
    return LifecycleHooks.BEFORE_MOUNT;
  }
  return updateComponentPreRender;
};

咱们来解读一下这段代码：

queue: 这就是我们的任务队列，它是一个数组，用于存储待执行的 ReactiveEffect 对象 (也就是 Job)。
queueJob(job: ReactiveEffect): 这个函数用于将 Job 添加到队列中。它会先检查队列中是否已经存在相同的 Job，如果不存在，则将其添加到队列中，并调用 queueFlush 函数。
queueFlush(): 这个函数用于触发 flush 操作。它会使用 nextTick 函数将 flushJobs 函数放到下一个微任务中执行。
flushJobs(): 这个函数是真正的 flush 操作执行者。它会从队列中取出 Job 并执行。在执行之前，它会对队列进行排序，以确保组件按照从父到子的顺序进行更新。
nextTick(fn?: (...args: any[]) => T): 这是 Vue 3 中用于异步执行任务的函数。它基于 Promise.resolve() 实现，可以将任务放到下一个微任务中执行。

5. 批处理更新任务

scheduler 的核心价值在于它能够批处理更新任务，避免不必要的重复渲染。它是如何做到的呢？

微任务队列: scheduler 使用微任务队列来存储待执行的任务。这意味着所有的更新任务都会被收集起来，直到当前同步任务执行完毕后才会开始执行。
去重: scheduler 在将 Job 添加到队列中之前，会先检查队列中是否已经存在相同的 Job。如果存在，则会忽略本次添加，从而避免重复执行相同的任务。
排序: scheduler 在执行 flush 操作之前，会对队列进行排序。这样做可以确保组件按照从父到子的顺序进行更新，从而避免一些潜在的问题。

6. 优先级调度

Vue 3 的 scheduler 还引入了优先级的概念，允许我们更细粒度地控制任务的执行顺序。优先级高的任务会优先执行，从而确保重要的更新能够及时响应。

在源码中，computeJobPriority 函数用于计算 Job 的优先级。优先级主要体现在以下几个方面：

组件更新顺序: 父组件的更新优先级高于子组件的更新。
生命周期钩子: 不同的生命周期钩子有不同的优先级。例如，beforeMount 钩子的优先级高于 updated 钩子。

7. 避免无限递归更新

为了防止组件进入无限递归更新的状态，scheduler 中还设置了递归更新的限制次数。如果一个组件在更新过程中触发了自身或其他组件的更新，并且更新次数超过了限制，那么 Vue 3 会抛出一个错误，提示开发者避免无限递归更新。

在源码中，RECURSION_LIMIT 常量定义了递归更新的限制次数。

8. 一个简单的例子

为了更好地理解 scheduler 的工作原理，咱们来看一个简单的例子：

<template>
  <div>
    <p>Count A: {{ countA }}</p>
    <p>Count B: {{ countB }}</p>
    <button @click="updateCounts">Update Counts</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const countA = ref(0);
    const countB = ref(0);

    const updateCounts = () => {
      countA.value++;
      countB.value = countA.value * 2;
    };

    return {
      countA,
      countB,
      updateCounts,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，updateCounts 函数同时修改了 countA 和 countB。如果没有 scheduler，每次修改都会触发组件的重新渲染。但是，有了 scheduler，所有的更新任务都会被收集起来，然后在下一个微任务时机一次性执行。也就是说，组件只会重新渲染一次。

9. 总结

scheduler 是 Vue 3 性能优化的关键组成部分。它通过批处理更新任务、去重、排序和优先级调度等机制，避免不必要的重复渲染，从而提高应用的性能和流畅度。

核心作用: 统一管理和调度更新任务，避免不必要的重复渲染。
核心概念: Job (任务)、Queue (队列)、Flush (刷新)、Priority (优先级)。
工作流程: 触发更新 -> 收集任务 -> 调度执行 -> 刷新队列 -> 更新 DOM。
关键技术: 微任务队列、去重、排序、优先级调度。

10. 表格总结

特性	描述
批处理更新	将多个更新任务收集起来，然后在下一个微任务时机一次性执行，避免不必要的重复渲染。
去重	在将 `Job` 添加到队列中之前，会先检查队列中是否已经存在相同的 `Job`。如果存在，则会忽略本次添加，从而避免重复执行相同的任务。
排序	在执行 `flush` 操作之前，会对队列进行排序。这样做可以确保组件按照从父到子的顺序进行更新，从而避免一些潜在的问题。
优先级调度	允许开发者更细粒度地控制任务的执行顺序。优先级高的任务会优先执行，从而确保重要的更新能够及时响应。
避免无限递归	设置递归更新的限制次数，防止组件进入无限递归更新的状态。
异步执行	通过 `nextTick` 函数将任务放到下一个微任务中执行，避免阻塞主线程，提高应用的响应速度。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家通过今天的学习，能够对 Vue 3 的 scheduler 有更深入的理解。记住，理解源码是提升技术水平的最好方法！下次再见！

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