深入分析 Vue 3 渲染器中 `patch` 函数如何与浏览器渲染管线（Layout, Paint, Composite）交互，以及它如何最小化这些昂贵的操作。

各位观众老爷们，早上好！今天咱们来聊聊 Vue 3 渲染器里的“擎天柱”—— patch 函数，看看它怎么跟浏览器的“皇家马戏团”——渲染管线打交道，而且是怎么做到既要表演精彩，又要省钱省力的。

一、啥是 patch，它干嘛的？

简单来说，patch 函数就是 Vue 3 渲染器的核心。它负责把虚拟 DOM (Virtual DOM) 变成真实 DOM，并且在数据变化的时候，智能地更新真实 DOM。你可以把它想象成一个熟练的外科医生，拿着手术刀，精确定位需要“动刀子”的地方，尽量少地破坏原有的组织。

二、浏览器渲染管线：“皇家马戏团”的表演

在 patch 函数大显身手之前，咱们得先了解一下浏览器的“皇家马戏团”——渲染管线。这群家伙可不是省油的灯，每个环节都消耗着宝贵的性能。

阶段	描述	影响性能的关键点
1. HTML 解析	将 HTML 代码解析成 DOM 树。	HTML 结构复杂度，是否存在阻塞解析的脚本或样式表。
2. CSS 解析	将 CSS 代码解析成 CSSOM 树（CSS Object Model）。	CSS 选择器的复杂度，CSS 规则的数量。
3. Render Tree	将 DOM 树和 CSSOM 树合并成渲染树（Render Tree）。渲染树只包含需要显示的节点。	复杂的 DOM 结构和 CSS 样式会导致渲染树庞大。
4. Layout (布局)	计算每个节点在屏幕上的位置和大小。	重排（Reflow）：修改元素的几何属性（例如，宽度、高度、位置）会导致重新计算布局。
5. Paint (绘制)	遍历渲染树，将每个节点绘制到屏幕上。	重绘（Repaint）：修改元素的非几何属性（例如，颜色、背景色）会导致重新绘制。
6. Composite (合成)	将多个图层（Layer）合并成最终的图像，并显示在屏幕上。	过多的图层会导致合成操作变慢。

其中，Layout 和 Paint 是最消耗性能的环节。Layout 会导致整个页面的重新布局，而 Paint 会导致页面的重新绘制。Composite 则是将绘制好的图层合并，虽然相对 Layout 和 Paint 来说性能消耗较小，但如果图层过多，也会影响性能。

三、patch 函数：精打细算的表演指导

patch 函数的目标就是：尽可能少地触发浏览器的 Layout 和 Paint，让页面更新尽可能高效。它通过以下策略来做到这一点：

Diff 算法：找到差异，精确更新

patch 函数的核心是 Diff 算法。它比较新旧两个虚拟 DOM 树，找出它们之间的差异。然后，只更新那些真正发生变化的部分，避免不必要的 DOM 操作。

Vue 3 使用了优化过的 Diff 算法，包括：

首尾双端比较 (Two-ended Diff): 同时从新旧 VNode 列表的头部和尾部开始比较，尽可能多地复用节点。
Key 的作用： key 属性帮助 Vue 识别相同的节点，即使它们在列表中移动了位置。

// 简化的 Diff 算法示例
function patch(oldVNode, newVNode, container) {
  if (oldVNode === newVNode) {
    return; // 如果新旧 VNode 相同，直接返回
  }

  if (oldVNode.type !== newVNode.type) {
    // 如果 VNode 类型不同，直接替换
    replaceVNode(oldVNode, newVNode, container);
    return;
  }

  // 类型相同，更新节点属性和子节点
  const el = (newVNode.el = oldVNode.el); // 复用旧的 DOM 节点

  patchProps(el, newVNode, oldVNode); // 更新属性
  patchChildren(el, newVNode, oldVNode); // 更新子节点
}

function patchChildren(el, newVNode, oldVNode) {
  const oldChildren = oldVNode.children;
  const newChildren = newVNode.children;

  if (typeof newChildren === 'string') {
    // 如果新的子节点是文本
    if (typeof oldChildren === 'string') {
      if (newChildren !== oldChildren) {
        el.textContent = newChildren;
      }
    } else {
      el.textContent = newChildren;
    }
  } else if (Array.isArray(newChildren)) {
    // 如果新的子节点是数组
    if (typeof oldChildren === 'string') {
      el.textContent = '';
      mountChildren(newChildren, el);
    } else if (Array.isArray(oldChildren)) {
      // Diff 算法核心逻辑 (这里只是一个简化的例子)
      // ...
    } else {
      mountChildren(newChildren, el);
    }
  } else {
    // 新的子节点为空
    if (typeof oldChildren === 'string') {
      el.textContent = '';
    } else if (Array.isArray(oldChildren)) {
      unmountChildren(oldChildren);
    }
  }
}

// 辅助函数 (省略实现)
function replaceVNode(oldVNode, newVNode, container) { /* ... */ }
function patchProps(el, newVNode, oldVNode) { /* ... */ }
function mountChildren(children, container) { /* ... */ }
function unmountChildren(children) { /* ... */ }

属性更新的优化

patchProps 函数负责更新元素的属性。Vue 3 对属性更新进行了优化，避免不必要的 DOM 操作：

只更新变化的属性： 只更新那些新旧 VNode 属性不同的属性。
区分属性类型： 针对不同的属性类型，采用不同的更新策略。例如，对于事件监听器，直接移除旧的监听器，添加新的监听器；对于 style 属性，采用 CSS 变量或样式缓存等技术，减少直接操作 DOM 的次数。

function patchProps(el, newVNode, oldVNode) {
  const newProps = newVNode.props || {};
  const oldProps = oldVNode.props || {};

  // 移除旧的属性
  for (const key in oldProps) {
    if (!(key in newProps)) {
      el.removeAttribute(key);
    }
  }

  // 更新新的属性
  for (const key in newProps) {
    const newValue = newProps[key];
    const oldValue = oldProps[key];

    if (newValue !== oldValue) {
      if (key === 'style') {
        // 更新样式 (这里只是一个简化的例子)
        for (const styleKey in newValue) {
          el.style[styleKey] = newValue[styleKey];
        }
      } else if (key.startsWith('on')) {
        // 更新事件监听器 (这里只是一个简化的例子)
        const eventName = key.slice(2).toLowerCase();
        el.addEventListener(eventName, newValue);
      } else {
        el.setAttribute(key, newValue);
      }
    }
  }
}

异步更新策略

Vue 3 采用异步更新策略，将多次数据变化合并成一次 DOM 更新。这样可以减少 Layout 和 Paint 的次数，提高性能。
- 微任务队列 (Microtask Queue): Vue 3 使用微任务队列（例如 Promise.resolve().then() 或 queueMicrotask）来调度更新。这意味着更新会在当前任务执行完毕后，立即执行，而不会阻塞 UI 渲染。
Fragment 和 Teleport：减少 DOM 结构嵌套
- Fragment： 允许组件返回多个根节点，避免创建额外的 DOM 节点来包裹它们。
- Teleport： 允许将组件的内容渲染到 DOM 树的任意位置，避免 DOM 结构过于复杂，影响 Layout 和 Paint。
静态节点提升 (Static Hoisting):

如果一部分 DOM 结构在整个生命周期内都不会发生变化，Vue 3 会将这些静态节点提升到渲染函数之外，避免每次渲染都重新创建它们。这可以显著提高性能，尤其是在大型应用中。

四、patch 函数与渲染管线的互动：一场精妙的舞蹈

patch 函数就像一个精明的舞蹈指导，它与浏览器的渲染管线进行着一场精妙的舞蹈。它的目标是：

尽量减少 Layout 和 Paint 的次数： 通过 Diff 算法、属性更新优化、异步更新策略等手段，patch 函数尽可能只更新那些真正发生变化的部分，避免触发不必要的 Layout 和 Paint。
优化 DOM 操作： patch 函数使用高效的 DOM 操作 API，例如 insertBefore、removeChild 等，减少 DOM 操作的开销。
利用浏览器特性： patch 函数会利用浏览器的特性，例如 CSS 变量、requestAnimationFrame 等，进一步优化性能。

五、一个更复杂的例子：列表渲染优化

列表渲染是常见的性能瓶颈。Vue 3 针对列表渲染进行了优化，尤其是在使用 key 属性时。

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
  </ul>
  <button @click="addItem">Add Item</button>
  <button @click="removeItem">Remove Item</button>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const items = ref([
      { id: 1, name: 'Apple' },
      { id: 2, name: 'Banana' },
      { id: 3, name: 'Orange' },
    ]);

    let nextId = 4;

    const addItem = () => {
      items.value = [...items.value, { id: nextId++, name: 'New Item' }];
    };

    const removeItem = () => {
      if (items.value.length > 0) {
        items.value = items.value.slice(0, -1);
      }
    };

    return {
      items,
      addItem,
      removeItem,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，如果 items 数组发生变化，Vue 3 的 patch 函数会使用 Diff 算法来比较新旧 VNode 列表。由于我们使用了 key 属性，Vue 3 可以识别相同的节点，即使它们在列表中移动了位置。

添加新节点： Vue 3 会创建新的 DOM 节点，并将其插入到正确的位置。
删除节点： Vue 3 会移除对应的 DOM 节点。
移动节点： Vue 3 会移动 DOM 节点到新的位置，而不会重新创建它们。

通过这种方式，Vue 3 可以最大限度地复用 DOM 节点，减少 DOM 操作的开销，提高列表渲染的性能。

六、总结：patch 函数的艺术

patch 函数是 Vue 3 渲染器的灵魂。它通过精妙的算法和优化策略，与浏览器的渲染管线进行着一场高效的舞蹈。它不仅要保证页面更新的正确性，还要尽可能减少 Layout 和 Paint 的次数，提高性能。

patch 函数的艺术在于：

理解浏览器的渲染原理： 只有深入理解浏览器的渲染管线，才能找到性能瓶颈，并采取相应的优化措施。
精打细算： 尽可能减少不必要的 DOM 操作，只更新那些真正发生变化的部分。
灵活应变： 针对不同的场景，采用不同的优化策略。

希望今天的分享能让你对 Vue 3 的 patch 函数有更深入的了解。记住，优化性能是一项持续的工作，需要不断学习和实践。下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复