探讨 Vue 3 编译器中对 `v-memo` 指令的编译优化，它如何生成运行时检查逻辑以跳过不必要的 VNode 比较？ - 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

各位靓仔靓女，欢迎来到今天的 Vue 3 编译器优化专场！今天我们要聊的是一个看似低调，实则威力无穷的指令：v-memo。准备好了吗？让我们一起深入 Vue 3 编译器的内部，看看它如何用“魔法”般的方式，让我们的应用跑得更快！

开场白：性能优化，永远滴神！

在前端的世界里，性能优化就像是程序员手中的屠龙刀，用好了能让应用瞬间起飞。Vue 3 在性能方面做了大量的优化，其中 v-memo 就是一个非常重要的武器。它能帮助我们告诉 Vue：“喂，这个部分没啥变化，就别费劲重新渲染了！”

但是，Vue 编译器怎么知道哪些部分没变化呢？它又是如何在编译时生成相应的运行时检查逻辑的呢？这就是我们今天要探索的核心问题。

第一幕：v-memo 的基本用法，别跟我说你还不知道！

首先，让我们简单回顾一下 v-memo 的基本用法。它接受一个依赖项数组作为参数，只有当数组中的某个依赖项发生变化时，才会重新渲染该节点及其子节点。

<template>
  <div>
    <div v-memo="[count]">
      <p>Count: {{ count }}</p>
      <p>Name: {{ name }}</p>
    </div>
  </div>
</template>

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

const count = ref(0);
const name = ref('Vue');

setInterval(() => {
  count.value++;
}, 1000);

setInterval(() => {
  name.value = Math.random().toString(36).substring(2, 15); // 模拟 name 的变化
}, 3000);
</script>

在这个例子中，只有当 count 的值发生变化时，v-memo 包裹的 div 才会重新渲染。即使 name 的值发生了变化，这个 div 也不会重新渲染。这样就避免了不必要的 VNode 比较，提高了性能。

第二幕：编译器的魔术棒，AST 和代码生成

Vue 编译器的核心任务是将模板转换为渲染函数。这个过程大致可以分为三个阶段：

解析 (Parsing): 将模板字符串解析成抽象语法树 (AST)。
转换 (Transformation): 对 AST 进行转换，例如处理指令、优化静态内容等。
代码生成 (Code Generation): 将 AST 转换为 JavaScript 渲染函数。

v-memo 指令的处理主要发生在转换和代码生成阶段。

2.1 AST 中的 v-memo

当编译器遇到 v-memo 指令时，它会在 AST 节点上添加一些特殊的属性，用于标记这个节点需要进行 memoization 处理。

例如，上面的例子会被解析成如下类似的 AST (简化版):

{
  type: 1, // Element
  tag: 'div',
  props: [
    {
      type: 7, // Directive
      name: 'memo',
      exp: {
        type: 4, // SimpleExpression
        content: '[count]',
        isStatic: false
      }
    }
  ],
  children: [...]
}

可以看到，v-memo 指令被解析成一个 Directive 类型的节点，其中 exp 属性包含了依赖项的表达式。

2.2 转换阶段的 v-memo 处理

在转换阶段，编译器会识别出带有 v-memo 指令的节点，并对其进行特殊处理。核心思路是：

提取依赖项: 从 v-memo 的表达式中提取出依赖项。
生成运行时检查逻辑: 生成一段 JavaScript 代码，用于在运行时检查依赖项是否发生了变化。
将检查逻辑插入到渲染函数中: 将生成的检查逻辑插入到渲染函数中，在渲染之前先进行检查，如果依赖项没有变化，就跳过渲染。

具体来说，编译器会为带有 v-memo 的节点创建一个 MemoizeContainer。这个容器会存储上一次渲染的 VNode 和依赖项的值。在下次渲染时，会先比较当前的依赖项值和上次存储的值，如果相同，则直接返回上次的 VNode。

2.3 代码生成阶段：生成渲染函数

代码生成阶段会将转换后的 AST 转换为 JavaScript 渲染函数。对于带有 v-memo 指令的节点，编译器会生成如下类似的渲染函数 (伪代码):

function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  const memo = _cache[0] || (_cache[0] = {
    prevDeps: null,
    prevVNode: null
  });

  const currentDeps = [_ctx.count]; // 从上下文中获取依赖项的值

  if (memo.prevDeps && areDepsEqual(memo.prevDeps, currentDeps)) {
    // 依赖项没有变化，直接返回上次的 VNode
    return memo.prevVNode;
  }

  // 依赖项发生了变化，重新渲染
  const vnode = h('div', null, [
    h('p', null, 'Count: ' + _ctx.count),
    h('p', null, 'Name: ' + _ctx.name)
  ]);

  // 更新 memo 容器
  memo.prevDeps = currentDeps;
  memo.prevVNode = vnode;

  return vnode;
}

function areDepsEqual(prevDeps, currentDeps) {
  if (prevDeps.length !== currentDeps.length) {
    return false;
  }
  for (let i = 0; i < prevDeps.length; i++) {
    if (prevDeps[i] !== currentDeps[i]) {
      return false;
    }
  }
  return true;
}

这个渲染函数首先从 _cache 中获取 MemoizeContainer。如果不存在，则创建一个新的 MemoizeContainer。然后，它会从上下文中获取依赖项的值，并与上次存储的值进行比较。如果依赖项没有变化，则直接返回上次的 VNode。否则，它会重新渲染 VNode，并更新 MemoizeContainer。

第三幕：深入源码，窥探编译器的秘密

为了更深入地理解 v-memo 的编译优化，我们需要深入 Vue 3 编译器的源码。

以下是一些相关的源码文件 (位于 packages/compiler-core 目录下):

src/compile.ts: 编译器的入口文件。
src/parse.ts: 解析器，负责将模板字符串解析成 AST。
src/transform.ts: 转换器，负责对 AST 进行转换和优化。
src/codegen.ts: 代码生成器，负责将 AST 转换为 JavaScript 渲染函数。
src/transforms/vMemo.ts: 专门处理 v-memo 指令的转换器。

3.1 vMemo.ts 的核心逻辑

src/transforms/vMemo.ts 文件包含了处理 v-memo 指令的核心逻辑。让我们来看一下它的关键部分：

import {
  DirectiveTransform,
  DirectiveTransformResult,
  createCallExpression,
  createArrayExpression,
  ExpressionNode,
  createFunctionExpression,
  ElementNode,
  NodeTypes,
  CallExpression,
  createSimpleExpression,
  advancePositionWithMutation,
  SourceLocation
} from '../ast'
import { isSimpleIdentifier } from '../utils'
import { createStructuralDirectiveTransform } from '../transform'
import { RENDER_MEMO } from '../runtimeHelpers'
import { findProp } from '../utils'

export const transformMemo: DirectiveTransform = (dir, node, context) => {
  if (node.type !== NodeTypes.ELEMENT) {
    return
  }

  const { exp, loc } = dir

  if (!exp) {
    context.onError(createCompilerError(ErrorCodes.X_V_MEMO_NO_EXPRESSION, loc))
    return
  }

  // 1. 提取依赖项表达式
  let deps: ExpressionNode

  if (exp.type === NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION) {
    // e.g. v-memo="[count]"
    deps = exp
  } else {
    // e.g. v-memo="count"  (转换为 [count])
    deps = createArrayExpression([exp])
  }

  // 2. 创建渲染函数
  const renderFn = createFunctionExpression(
    undefined, // params
    undefined, // returns
    node.children, // body
    false, // newline
    false // isSlot
  )

  // 3. 创建 renderMemo 调用
  const renderMemoCall = createCallExpression(
    context.helper(RENDER_MEMO),
    [
      deps,
      renderFn
    ],
    loc
  )

  // 4. 替换节点
  return {
    props: [],
    needRuntime: context.helperString(RENDER_MEMO),
    directives: [],
    children: [renderMemoCall]
  }
}

export const createStructuralVMemoTransform = () =>
  createStructuralDirectiveTransform(
    'memo',
    transformMemo
  )

让我们逐行分析一下这段代码：

类型检查: 首先，它检查节点类型是否为 ElementNode。 v-memo 只能用于元素节点。
提取依赖项表达式: 从 dir.exp 中提取依赖项表达式。如果 dir.exp 是一个简单的表达式 (例如 [count])，则直接使用它。否则，将它包装在一个数组中 (例如 count 转换为 [count])。
创建渲染函数: 创建一个渲染函数，该函数包含原始节点的子节点。这个渲染函数将在依赖项发生变化时被调用。
创建 renderMemo 调用: 创建一个 renderMemo 函数调用，并将依赖项表达式和渲染函数作为参数传递给它。 renderMemo 是一个运行时辅助函数，负责执行 memoization 逻辑。
替换节点: 将原始节点替换为 renderMemo 函数调用。

这段代码的核心思想是将带有 v-memo 指令的节点替换为一个 renderMemo 函数调用。 renderMemo 函数将在运行时执行 memoization 逻辑。

3.2 RENDER_MEMO 运行时辅助函数

RENDER_MEMO 是一个运行时辅助函数，负责执行 memoization 逻辑。它的定义位于 packages/runtime-core/src/helpers/render.ts 文件中。

import {
  VNode,
  createVNode,
  openBlock,
  createBlock,
  Fragment,
  ComponentInternalInstance,
  getCurrentInstance,
  isVNode
} from '../vnode'
import { isArray, hasChanged } from '@vue/shared'
import { effectScope, onScopeDispose } from '@vue/reactivity'

export function renderMemo(
  deps: any[],
  render: () => VNode
): VNode {
  let memo: any = null
  const instance = getCurrentInstance()!
  if (__DEV__ && !instance) {
    warn('renderMemo can only be used inside setup() or functional components.')
    return createVNode(Fragment)
  }
  const { m } = instance.memo || (instance.memo = { m: [] })
  const i = m.length
  if (!memo) {
    memo = m[i] = {
      v: null,
      d: null
    }
  }

  const prevDeps = memo.d
  const currentDeps = deps

  if (prevDeps && currentDeps.length > 0 && arraysEqual(prevDeps, currentDeps)) {
    return memo.v!
  } else {
    const newVNode = render()
    memo.v = newVNode
    memo.d = currentDeps
    return newVNode
  }

}

function arraysEqual(a: any[], b: any[]): boolean {
  if (a.length !== b.length) return false
  for (let i = 0; i < a.length; i++) {
    if (a[i] !== b[i]) return false
  }
  return true
}

让我们逐行分析一下这段代码：

获取当前组件实例: 首先，它获取当前组件实例。 renderMemo 只能在组件的 setup() 函数或函数式组件中使用。
获取 memo 容器: 从组件实例的 memo 属性中获取 memo 容器。如果不存在，则创建一个新的 memo 容器。
比较依赖项: 比较当前的依赖项和上次存储的依赖项。如果它们相等，则直接返回上次的 VNode。
重新渲染: 如果依赖项不相等，则调用渲染函数重新渲染 VNode。
更新 memo 容器: 更新 memo 容器，存储新的 VNode 和依赖项。

这段代码的核心思想是在组件实例的 memo 属性中维护一个 memo 容器，用于存储上次渲染的 VNode 和依赖项。在下次渲染时，它会先比较当前的依赖项和上次存储的依赖项，如果它们相等，则直接返回上次的 VNode，从而避免了不必要的渲染。

第四幕：性能测试，眼见为实！

理论讲得再好，不如实际测试一下。我们可以创建一个简单的 Vue 应用，分别使用和不使用 v-memo 指令，然后通过 Vue Devtools 观察渲染性能。

场景： 一个包含大量列表项的组件，每个列表项都有一个依赖项。

不使用 v-memo:

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items" :key="item.id">
      {{ item.name }} - {{ count }}
    </li>
  </ul>
</template>

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

const items = ref(Array.from({ length: 1000 }, (_, i) => ({ id: i, name: `Item ${i}` })));
const count = ref(0);

setInterval(() => {
  count.value++;
}, 10);
</script>

使用 v-memo:

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items" :key="item.id" v-memo="[item.name]">
      {{ item.name }} - {{ count }}
    </li>
  </ul>
</template>

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

const items = ref(Array.from({ length: 1000 }, (_, i) => ({ id: i, name: `Item ${i}` })));
const count = ref(0);

setInterval(() => {
  count.value++;
}, 10);
</script>

通过 Vue Devtools 的性能分析，我们可以发现，使用 v-memo 指令可以显著减少渲染次数，提高应用的性能。

第五幕：最佳实践，用好 v-memo 这把剑

v-memo 虽然强大，但也需要谨慎使用。以下是一些使用 v-memo 的最佳实践：

只在必要时使用: 不要滥用 v-memo。只有当组件的渲染成本较高，并且依赖项的变化频率较低时，才应该使用 v-memo。
选择合适的依赖项: 依赖项应该是组件渲染所需的所有数据的最小集合。如果依赖项选择不当，可能会导致不必要的渲染或跳过必要的渲染。
注意依赖项的类型: 依赖项的类型应该是原始类型或浅比较可以判断是否相等的对象。如果依赖项是复杂对象，则需要手动实现深比较逻辑。
避免副作用: v-memo 包裹的组件不应该有副作用，例如修改外部状态。否则，可能会导致不可预测的结果。
小心闭包陷阱: 确保 v-memo 的依赖项在闭包中是稳定的。否则，可能会导致 v-memo 始终无效。

总结：v-memo，性能优化的利器

今天，我们深入探讨了 Vue 3 编译器中对 v-memo 指令的编译优化。我们了解了编译器如何将 v-memo 指令转换为运行时检查逻辑，以及 RENDER_MEMO 运行时辅助函数如何执行 memoization 逻辑。

v-memo 是一个强大的性能优化工具，可以帮助我们避免不必要的 VNode 比较，提高应用的性能。但是，我们需要谨慎使用 v-memo，遵循最佳实践，才能充分发挥它的威力。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解 v-memo 指令，并在实际项目中灵活运用它，打造更流畅、更高效的 Vue 应用！感谢大家的收听，下课！

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