解释 Vue 3 源码中 `v-memo` 指令的编译时和运行时优化细节。 - 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 `v-memo` 指令：编译时与运行时优化的双重奏

大家好，我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊 Vue 3 里一个挺有意思的指令：v-memo。这玩意儿就像给你的 Vue 组件加了个“记忆力” Buff，能避免一些不必要的更新，提高性能。

咱们今天就来扒一扒 v-memo 在编译时和运行时都做了哪些优化，让你的组件跑得更快更溜！

一、`v-memo` 是个啥？

简单来说，v-memo 是一个指令，它可以接收一个依赖项数组。只有当这些依赖项发生变化时，才会重新渲染包含该指令的模板片段。如果依赖项没变，Vue 就直接“跳过”这个片段的更新，省时省力。

举个例子：

<template>
  <div>
    <div v-memo="[expensiveData.value]">
      <!-- 这里的内容只有当 expensiveData.value 变化时才会重新渲染 -->
      <p>Expensive Data: {{ expensiveData.value }}</p>
    </div>
  </div>
</template>

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

const expensiveData = ref(0);

setInterval(() => {
  // 模拟一个复杂的计算，可能不需要频繁更新
  expensiveData.value = Math.random();
}, 1000);
</script>

在这个例子中，只有当 expensiveData.value 的值改变时，v-memo 包裹的 div 才会重新渲染。如果 expensiveData.value 的值在某个时间段内没有变化，那么 Vue 就会跳过这个 div 的渲染，从而提高性能。

二、编译时优化：静态分析与代码生成

Vue 的编译器在编译模板时，会识别出 v-memo 指令，并进行一系列的优化。主要体现在以下几个方面：

识别并提取依赖项：

编译器会解析 v-memo 指令的值，也就是依赖项数组。这些依赖项会被转换成 JavaScript 表达式，用于后续的比较。
生成 createVNode 的 props：

编译器会将 v-memo 指令转换成 createVNode 函数的 props 参数。这个 props 中包含一个特殊的属性，通常命名为 memo 或类似的名称，用于存储依赖项数组。

假设我们有如下模板：
```
<div v-memo="[a, b]">
  <span>Hello</span>
</div>
```
编译后，可能会生成类似下面的 JavaScript 代码：
```
import { createVNode, toDisplayString } from 'vue';

function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (createVNode("div", {
    memo: [_ctx.a, _ctx.b]
  }, [
    createVNode("span", null, toDisplayString("Hello"), 1 /* TEXT */)
  ]));
}
```
注意这里的 memo: [_ctx.a, _ctx.b]，这就是编译器将 v-memo 的依赖项放到了 props 中。
静态提升 (Static Hoisting)：

如果 v-memo 包裹的内容是静态的（不包含任何动态绑定），那么编译器可能会将这部分内容进行静态提升。也就是说，这部分内容只会在组件初始化时创建一次，后续的渲染直接复用，进一步减少开销。

例如：
```
<div v-memo="[a]">
  <span>Static Text</span>
</div>
```
由于 <span>Static Text</span> 是静态的，编译器可能会将其提升到组件外部，并只创建一次 VNode。

三、运行时优化：依赖项比较与 VNode 复用

运行时，v-memo 指令的优化主要体现在 patch 阶段。当 Vue 更新 VNode 时，会检查 v-memo 指令的依赖项是否发生了变化。如果没变，就直接复用之前的 VNode，避免重新创建和渲染。

依赖项比较：

在 patch 过程中，Vue 会比较新旧 VNode 的 memo 属性（也就是依赖项数组）。这个比较通常使用 shallowCompare 函数，也就是浅比较。
```
function shallowCompare(a, b) {
  if (a.length !== b.length) {
    return false;
  }
  for (let i = 0; i < a.length; i++) {
    if (a[i] !== b[i]) {
      return false;
    }
  }
  return true;
}
```
如果 shallowCompare 返回 true，表示依赖项没有变化；返回 false，表示依赖项发生了变化。

VNode 复用：

如果依赖项没有变化，Vue 会直接复用旧的 VNode，跳过创建新 VNode 和更新 DOM 的步骤。这大大提高了性能，尤其是在处理大型列表或复杂组件时。

具体的实现逻辑大致如下：

function patch(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized) {
  // ... 其他 patch 逻辑

  if (n1 && n2.type === n1.type) { // 类型相同
    // ... 其他更新逻辑

    const { memo } = n2.props || {};
    if (memo && n1.props && shallowCompare(memo, n1.props.memo)) {
      // 依赖项没有变化，直接复用旧的 VNode
      n2.el = n1.el;
      n2.component = n1.component;
      n2.anchor = n1.anchor;
      return; // 提前结束 patch 过程
    }

    // ... 其他 patch 逻辑
  }

  // ... 其他 patch 逻辑
}

这段代码展示了当 VNode 类型相同，并且 v-memo 的依赖项没有变化时，Vue 如何直接复用旧的 VNode。

副作用：

需要注意的是，v-memo 的依赖项比较是浅比较。这意味着如果依赖项是一个对象或数组，只有当对象的引用或数组的引用发生变化时，v-memo 才会触发更新。如果对象或数组的内容发生了变化，但引用没有变，v-memo 就不会触发更新。

例如：
```
<template>
  <div v-memo="[obj]">
    <p>{{ obj.name }}</p>
  </div>
</template>

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

const obj = ref({ name: 'Alice' });

setInterval(() => {
  // 改变 obj 对象的内容，但 obj 的引用没有变
  obj.value.name = 'Bob';
}, 1000);
</script>
```
在这个例子中，虽然 obj.name 的值一直在变化，但 obj 的引用没有变，所以 v-memo 不会触发更新。如果需要根据对象的内容变化来更新，需要使用深拷贝或者将对象属性作为单独的依赖项。

四、`v-memo` 的使用场景与注意事项

v-memo 适用于以下场景：

复杂的组件或模板片段，依赖项较少：如果组件的渲染开销很大，但只有少数几个依赖项会影响其更新，可以使用 v-memo 来避免不必要的渲染。
列表渲染中的优化：当列表中的数据项更新频率较低时，可以使用 v-memo 来避免整个列表的重新渲染。

使用 v-memo 时需要注意以下几点：

依赖项的选择：选择正确的依赖项非常重要。如果依赖项选择不当，可能会导致组件无法正确更新，或者过度优化，导致性能下降。
浅比较的限制：v-memo 使用的是浅比较，对于对象或数组类型的依赖项，需要特别注意引用问题。
过度使用：不要过度使用 v-memo。如果组件的渲染开销很小，或者依赖项很多，使用 v-memo 反而会增加额外的开销。
与 v-once 的区别：v-once 只会渲染一次，后续永远不会更新。v-memo 则是在依赖项发生变化时才会更新。

五、源码分析：关键函数与流程

接下来，我们深入到 Vue 3 的源码中，看看 v-memo 的具体实现。

编译阶段：transformElement 函数

在编译阶段，transformElement 函数负责处理 HTML 元素上的指令。当遇到 v-memo 指令时，transformElement 会提取依赖项，并将其添加到 props 中。

// packages/compiler-core/src/transforms/transformElement.ts

function transformElement(node, context) {
  // ... 其他处理逻辑

  for (let i = 0; i < node.props.length; i++) {
    const prop = node.props[i];
    if (prop.type === 7 /* DIRECTIVE */) {
      if (prop.name === 'memo') {
        // 提取依赖项
        const memo = prop.exp;
        if (memo) {
          // 将 memo 添加到 props 中
          node.props.splice(i, 1); // 移除 v-memo 指令
          node.props.push({
            type: 6 /* ATTRIBUTE */,
            name: 'memo',
            value: memo,
            loc: prop.loc
          });
        }
      }
    }
  }

  // ... 其他处理逻辑
}

这段代码展示了 transformElement 函数如何识别 v-memo 指令，并将其依赖项添加到 props 中。

运行时阶段：patch 函数

在运行时阶段，patch 函数负责更新 VNode。当遇到包含 memo 属性的 VNode 时，patch 函数会比较新旧 VNode 的 memo 属性，如果依赖项没有变化，就直接复用旧的 VNode。

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

const patch: PatchFn = (
  n1: VNode | null,
  n2: VNode,
  container: RendererElement,
  anchor: RendererNode | null = null,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null = null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null = null,
  isSVG: boolean = false,
  optimized: boolean = false
) => {
  // ... 其他 patch 逻辑

  const { type, ref, shapeFlag } = n2;

  switch (type) {
    // ... 其他 VNode 类型处理

    default:
      if (n1 === null) {
        // 新 VNode
        mountElement(
          n2,
          container,
          anchor,
          parentComponent,
          parentSuspense,
          isSVG,
          optimized
        );
      } else {
        // 更新 VNode
        patchElement(n1, n2, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      }
  }

  // ... 其他 patch 逻辑
}

function patchElement(
  n1: VNode,
  n2: VNode,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
  isSVG: boolean,
  optimized: boolean
) {
  const el = (n2.el = n1.el!);
  let { data: oldProps, children: oldChildren, shapeFlag: oldShapeFlag } = n1;
  const { data: newProps, children: newChildren, shapeFlag: newShapeFlag } = n2;

  // ... 其他 patch 逻辑

  if (newProps !== null) {
    patchProps(
      el,
      n2,
      oldProps || EMPTY_OBJ,
      newProps,
      parentComponent,
      parentSuspense,
      isSVG
    );
  }

  // ... 其他 patch 逻辑
}

function patchProps(
  el: RendererElement,
  vnode: VNode,
  oldProps: Data,
  newProps: Data,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
  isSVG: boolean
) {
  let i;
  if (oldProps !== newProps) {
    if (oldProps !== EMPTY_OBJ) {
      for (i in oldProps) {
        if (!(i in newProps)) {
          hostPatchProp(
            el,
            i,
            null,
            oldProps[i],
            vnode,
            parentComponent,
            parentSuspense,
            isSVG
          );
        }
      }
    }
    for (i in newProps) {
      const next = newProps[i];
      const prev = oldProps[i];
      if (next !== prev) {
        if (i === 'memo') {
          // 比较 memo 依赖项
          if (shallowCompare(next, oldProps[i])) {
            // 依赖项没有变化，直接返回，跳过后续更新
            return;
          }
        }
        hostPatchProp(
          el,
          i,
          prev,
          next,
          vnode,
          parentComponent,
          parentSuspense,
          isSVG
        );
      }
    }
  }
}

这段代码展示了 patchProps 函数如何比较 memo 属性，如果依赖项没有变化，就直接返回，跳过后续更新。

六、总结

v-memo 指令是 Vue 3 中一个非常有用的性能优化工具。通过在编译时提取依赖项，并在运行时进行浅比较，v-memo 可以有效地避免不必要的 VNode 创建和 DOM 更新，从而提高组件的性能。

使用 v-memo 时需要注意依赖项的选择和浅比较的限制，避免过度使用或使用不当。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解和使用 v-memo 指令，让你的 Vue 应用跑得更快更稳！

感谢大家的聆听，下次再见！

Vue 3 v-memo 指令：编译时与运行时优化的双重奏

一、v-memo 是个啥？