解释 Vue 3 源码中 `compiler-core` 和 `runtime-core` 模块的职责划分，以及它们如何协同工作。 - 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 3 源码漫游：Compiler-Core 与 Runtime-Core 的爱恨情仇

各位同学，大家好！我是老码，今天咱们来聊聊 Vue 3 源码中两个非常关键的模块：compiler-core 和 runtime-core。它们就像一对欢喜冤家，相爱相杀，共同支撑起了 Vue 3 的整个运行机制。

很多同学学习 Vue 3 源码，一上来就被这两个模块给唬住了。它们到底干啥的？有什么区别？怎么配合工作的？别慌，今天老码就用大白话把它们扒个精光，保证你听完之后，对 Vue 3 的理解更上一层楼。

一、什么是 Compiler-Core？

简单来说，compiler-core 的职责就是把你的模板代码（template）转换成渲染函数（render function）。

你可以把它想象成一个翻译官，专门负责把 Vue 的模板语言翻译成浏览器能够理解的 JavaScript 代码。举个例子：

<template>
  <div>
    <h1>{{ message }}</h1>
    <button @click="handleClick">Click me</button>
  </div>
</template>

这段模板代码，经过 compiler-core 的处理，会变成类似这样的渲染函数：

import { createElementBlock as _createElementBlock, toDisplayString as _toDisplayString, createVNode as _createVNode } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_createElementBlock("div", null, [
    _createElementBlock("h1", null, _toDisplayString(_ctx.message), 1 /* TEXT */),
    _createElementBlock("button", { onClick: _ctx.handleClick }, "Click me", 8 /* PROPS */, ["onClick"])
  ]))
}

你看，原来的 HTML 标签变成了 _createElementBlock 函数的调用，{{ message }} 变成了 _toDisplayString 函数的调用，@click 事件变成了 onClick 属性的绑定。

Compiler-Core 的主要流程：

解析 (Parsing): 将模板字符串解析成抽象语法树 (AST)。AST 是一种树形结构，用来表示模板的语法结构。
转换 (Transforming): 对 AST 进行转换，比如处理指令、事件绑定、动态属性等等。
代码生成 (Code Generation): 将转换后的 AST 生成渲染函数代码。

Compiler-Core 的核心功能：

HTML 解析器: 将 HTML 字符串解析成 AST。
指令处理器: 处理各种 Vue 指令，例如 v-if、v-for、v-bind 等。
表达式编译器: 将表达式编译成可执行的 JavaScript 代码。
代码生成器: 生成渲染函数代码。

Compiler-Core 的目录结构（简化版）：

compiler-core/
├── ast.ts           # 定义 AST 节点类型
├── compile.ts       # 编译入口函数
├── codegen.ts       # 代码生成器
├── parse.ts         # HTML 解析器
├── transform.ts     # 转换器
└── ...

让我们看一个简单的解析示例，感受一下 Compiler-Core 的工作原理：

假设我们有以下模板：

<div>{{ message }}</div>

解析过程（简化版）：

解析器 (parse.ts) 会将这段模板解析成如下 AST：

{
  type: 0, // NodeTypes.ROOT
  children: [
    {
      type: 1, // NodeTypes.ELEMENT
      tag: 'div',
      children: [
        {
          type: 5, // NodeTypes.INTERPOLATION
          content: {
            type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
            content: 'message',
            isStatic: false
          }
        }
      ]
    }
  ]
}

这个 AST 描述了模板的结构：一个根节点，包含一个 div 元素，div 元素包含一个插值表达式 {{ message }}。

转换器 (transform.ts) 会对 AST 进行转换，例如添加一些属性、优化节点等等。

代码生成器 (codegen.ts) 会将转换后的 AST 生成渲染函数代码：

import { createElementBlock as _createElementBlock, toDisplayString as _toDisplayString } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_createElementBlock("div", null, _toDisplayString(_ctx.message)))
}

这段代码会创建一个 div 元素，并将 _ctx.message 的值插入到 div 元素中。

二、什么是 Runtime-Core？

runtime-core 的职责是根据渲染函数创建和更新虚拟 DOM (Virtual DOM)，并将虚拟 DOM 渲染到真实 DOM 上。

你可以把它想象成一个舞台导演，负责根据剧本（渲染函数）指挥演员（组件）在舞台上表演（更新 DOM）。

Runtime-Core 的主要流程：

创建虚拟 DOM (Create VNode): 根据渲染函数创建虚拟 DOM 树。
挂载 (Mounting): 将虚拟 DOM 树挂载到真实 DOM 上。
更新 (Patching): 当数据发生变化时，更新虚拟 DOM 树，并将更新应用到真实 DOM 上。

Runtime-Core 的核心功能：

虚拟 DOM (VNode): 定义虚拟 DOM 的数据结构和操作。
渲染器 (Renderer): 将虚拟 DOM 渲染到真实 DOM 上。
组件 (Component): 定义组件的生命周期和更新机制。
响应式系统 (Reactivity): 追踪数据的变化，并触发组件的更新。

Runtime-Core 的目录结构（简化版）：

runtime-core/
├── vnode.ts         # 定义 VNode 类型和操作
├── renderer.ts      # 渲染器
├── component.ts     # 组件相关逻辑
├── reactivity.ts    # 响应式系统
└── ...

让我们看一个简单的渲染示例，感受一下 Runtime-Core 的工作原理：

假设我们有以下虚拟 DOM：

{
  type: 'div',
  props: {},
  children: 'Hello, Vue!'
}

渲染过程（简化版）：

渲染器 (renderer.ts) 会根据这个虚拟 DOM 创建一个真实的 DOM 元素：
```
const div = document.createElement('div');
div.textContent = 'Hello, Vue!';
```
渲染器 会将这个 DOM 元素添加到页面中：
```
document.body.appendChild(div);
```
这样，页面上就会显示 "Hello, Vue!"。
当数据发生变化时，例如 children 的值变成了 "Hello, World!"，渲染器会更新 DOM 元素：
```
div.textContent = 'Hello, World!';
```
页面上的文本也会相应地更新为 "Hello, World!"。

三、Compiler-Core 和 Runtime-Core 如何协同工作？

现在，我们已经了解了 compiler-core 和 runtime-core 的职责，那么它们是如何协同工作的呢？

它们之间的关系可以用以下流程图来表示：

+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
|  Template (Vue文件)   | -> |  Compiler-Core      | -> |  Render Function    |
+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
                                     |
                                     |  生成
                                     v
+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
|  Render Function    | -> |  Runtime-Core       | -> |  Real DOM           |
+---------------------+    +---------------------+    +---------------------+
                                     |
                                     |  创建和更新
                                     v
+---------------------+
|  Virtual DOM         |
+---------------------+

具体来说，它们之间的协作流程如下：

Compiler-Core 将模板代码编译成渲染函数。
Runtime-Core 使用渲染函数创建虚拟 DOM。
Runtime-Core 将虚拟 DOM 渲染到真实 DOM 上。
当数据发生变化时，Runtime-Core 更新虚拟 DOM，并将更新应用到真实 DOM 上。

举个例子：

假设我们有以下 Vue 组件：

<template>
  <div>{{ message }}</div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello, Vue!'
    }
  }
}
</script>

Compiler-Core 会将模板代码编译成渲染函数：

import { createElementBlock as _createElementBlock, toDisplayString as _toDisplayString } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_createElementBlock("div", null, _toDisplayString(_ctx.message)))
}

Runtime-Core 会使用这个渲染函数创建虚拟 DOM：
```
{
  type: 'div',
  props: {},
  children: 'Hello, Vue!'
}
```
Runtime-Core 会将这个虚拟 DOM 渲染到真实 DOM 上，页面上会显示 "Hello, Vue!"。
当 message 的值发生变化时，例如变成了 "Hello, World!"，Runtime-Core 会更新虚拟 DOM：
```
{
  type: 'div',
  props: {},
  children: 'Hello, World!'
}
```
Runtime-Core 会将更新应用到真实 DOM 上，页面上的文本也会相应地更新为 "Hello, World!"。

总结：

compiler-core 负责将模板代码转换成渲染函数，相当于把人类能看懂的语言翻译成机器能执行的指令。
runtime-core 负责根据渲染函数创建和更新虚拟 DOM，并将虚拟 DOM 渲染到真实 DOM 上，相当于执行机器指令，最终呈现给用户界面。

四、Compiler-Core 和 Runtime-Core 的分工优势

将编译和运行时分离，是 Vue 3 的一个重要设计决策，带来了很多好处：

更高的性能: 通过预编译模板，可以减少运行时的计算量，提高渲染性能。
更小的体积: 可以将编译时的代码和运行时的代码分离，减少运行时的代码体积。
更好的可扩展性: 可以更容易地扩展 Vue 的功能，例如添加新的指令、组件等等。
更灵活的部署: 可以将 Vue 应用部署到不同的平台，例如浏览器、服务器、Native 应用等等。

表格总结：

特性	Compiler-Core	Runtime-Core
职责	模板编译 (Template -> Render Function)	虚拟 DOM 创建与更新 (Render Function -> Real DOM)
输入	Vue 模板代码 (Template)	渲染函数 (Render Function)
输出	渲染函数 (Render Function)	真实 DOM (Real DOM)
核心功能	HTML 解析、指令处理、表达式编译、代码生成	虚拟 DOM、渲染器、组件、响应式系统
工作阶段	编译时	运行时
性能影响	优化编译过程，减少运行时计算	优化虚拟 DOM 操作，提高渲染效率
体积影响	编译时代码可以独立存在，减少运行时体积
可扩展性	易于扩展新的指令、组件等
灵活性	支持不同的编译目标 (浏览器、服务器、Native)

五、深入代码：窥探 Compiler-Core 的 AST 结构

前面我们提到，compiler-core 的第一步是将模板解析成 AST。现在我们来稍微深入一点，看看 AST 的结构到底是什么样的。

Vue 3 的 AST 节点类型定义在 compiler-core/ast.ts 文件中。它定义了各种各样的节点类型，用来表示不同的语法结构。

一些常见的 AST 节点类型：

Root (根节点): 表示整个模板的根节点。
Element (元素节点): 表示 HTML 元素，例如 <div>、<span> 等。
Text (文本节点): 表示文本内容。
Interpolation (插值节点): 表示插值表达式，例如 {{ message }}。
SimpleExpression (简单表达式节点): 表示简单的 JavaScript 表达式，例如 message、1 + 1 等。
CompoundExpression (复合表达式节点): 表示复杂的 JavaScript 表达式，例如 message + '!'、handleClick() 等。
Attribute (属性节点): 表示 HTML 属性，例如 class、id 等。
Directive (指令节点): 表示 Vue 指令，例如 v-if、v-for 等。

举个例子：

假设我们有以下模板：

<div id="app" v-if="isShow">
  <h1>{{ message }}</h1>
  <button @click="handleClick">Click me</button>
</div>

这段模板对应的 AST 结构如下（简化版）：

{
  type: 0, // NodeTypes.ROOT
  children: [
    {
      type: 1, // NodeTypes.ELEMENT
      tag: 'div',
      props: [
        {
          type: 6, // NodeTypes.ATTRIBUTE
          name: 'id',
          value: {
            type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
            content: 'app',
            isStatic: true
          }
        },
        {
          type: 7, // NodeTypes.DIRECTIVE
          name: 'if',
          exp: {
            type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
            content: 'isShow',
            isStatic: false
          }
        }
      ],
      children: [
        {
          type: 1, // NodeTypes.ELEMENT
          tag: 'h1',
          children: [
            {
              type: 5, // NodeTypes.INTERPOLATION
              content: {
                type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
                content: 'message',
                isStatic: false
              }
            }
          ]
        },
        {
          type: 1, // NodeTypes.ELEMENT
          tag: 'button',
          props: [
            {
              type: 7, // NodeTypes.DIRECTIVE
              name: 'on',
              arg: {
                type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
                content: 'click',
                isStatic: true
              },
              exp: {
                type: 4, // NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION
                content: 'handleClick',
                isStatic: false
              }
            }
          ],
          children: [
            {
              type: 2, // NodeTypes.TEXT
              content: 'Click me'
            }
          ]
        }
      ]
    }
  ]
}

可以看到，AST 完整地描述了模板的语法结构，包括元素、属性、指令、文本等等。 compiler-core 会对这个 AST 进行转换，最终生成渲染函数代码。

六、总结

今天，我们一起深入了解了 Vue 3 源码中的 compiler-core 和 runtime-core 模块。我们学习了它们的职责、工作流程、以及如何协同工作。

希望通过今天的学习，你能够更好地理解 Vue 3 的运行机制，为以后深入学习 Vue 3 源码打下坚实的基础。

记住，compiler-core 是翻译官，负责将模板代码翻译成渲染函数； runtime-core 是舞台导演，负责根据渲染函数创建和更新虚拟 DOM。它们就像一对默契的搭档，共同构建了 Vue 3 强大的渲染能力。

好了，今天的课程就到这里。下次有机会，老码再带大家一起探索 Vue 3 源码的更多奥秘！谢谢大家！