解释 Vue 3 源码中 `v-once` 指令的编译时优化，它如何帮助避免静态内容的重复渲染？ - 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

各位靓仔靓女，晚上好！我是你们今晚的Vue.js编译原理向导。今天的主题是Vue 3源码中v-once指令的编译时优化，以及它如何助你摆脱静态内容重复渲染的烦恼。准备好了吗？系好安全带，我们要起飞了！

引言：谁还没个静态页面？

v-once 指令就是为了解决这个问题而生的。它的作用很简单：告诉Vue，这个元素及其子元素的内容是静态的，只需要渲染一次，以后就直接复用，不要再费劲地去diff了。

Vue 3 的编译时优化：化腐朽为神奇

Vue 3 在编译阶段对 v-once 指令进行了优化，使其能够更有效地避免静态内容的重复渲染。这种优化主要体现在两个方面：

静态提升 (Static Hoisting): Vue 3 会将带有 v-once 指令的静态节点及其子节点提升到渲染函数之外，作为常量存储起来。这样，在每次渲染时，Vue 只需要直接引用这些常量即可，而不需要重新创建虚拟DOM节点。
跳过 Patching: 由于静态节点已经被提升为常量，Vue 3 在进行虚拟DOM diff时，会直接跳过这些节点，不再进行任何比较操作。

源码剖析：深入虎穴，一探究竟

为了更好地理解 v-once 指令的编译时优化，我们需要深入Vue 3的源码中去一探究竟。

1. 编译器入口：compile 函数

Vue 3 的编译器入口是 packages/compiler-core/src/compile.ts 文件中的 compile 函数。这个函数接收一个模板字符串作为输入，然后将其编译成渲染函数 (render function)。

function compile(
  template: string | RootNode,
  options: CompilerOptions = {}
): CodegenResult {
  // ... 省略部分代码

  // 1. 解析 (Parsing)
  const ast = isString(template) ? baseParse(template, options) : template

  // 2. 转换 (Transforming)
  const [nodeTransforms, directiveTransforms] =
    getBaseTransformPreset(prefixIdentifiers)
  transform(
    ast,
    extend({}, options, {
      prefixIdentifiers,
      nodeTransforms: [
        ...nodeTransforms,
        ...(options.nodeTransforms || []) // allow user transforms
      ],
      directiveTransforms: extend(
        {},
        directiveTransforms,
        options.directiveTransforms || {} // allow user transforms
      )
    })
  )

  // 3. 代码生成 (Codegen)
  return generate(
    ast,
    extend({}, options, {
      prefixIdentifiers
    })
  )
}

compile 函数主要分为三个阶段：

解析 (Parsing): 将模板字符串解析成抽象语法树 (AST)。
转换 (Transforming): 对 AST 进行转换，应用各种优化策略，例如静态提升。
代码生成 (Codegen): 将转换后的 AST 生成渲染函数。

2. 转换阶段：transform 函数和 processOnce 函数

v-once 指令的编译时优化主要发生在转换阶段。在 packages/compiler-core/src/transform.ts 文件中，transform 函数负责遍历 AST，并应用各种转换规则。

function transform(root: RootNode, options: TransformOptions) {
  // ... 省略部分代码

  traverseNode(root, context)
}

function traverseNode(
  node: RootNode | TemplateChildNode,
  context: TransformContext
) {
  // apply transform plugins
  const nodeTransforms = context.nodeTransforms
  for (let i = 0; i < nodeTransforms.length; i++) {
    nodeTransforms[i](node, context)

    if (!context.currentNode) {
      // node was removed
      return
    }

    if (context.newNode) {
      node = context.newNode
      context.newNode = null
    }
  }

  // ... 省略部分代码

  // traverse children
  let i = 0
  const children = node.children
  while (i < children.length) {
    const child = children[i]
    if (isString(child)) {
      i++
      continue
    }
    context.parent = node
    context.childIndex = i
    traverseNode(child, context)
    child = children[i]
    i++
  }
}

在 transform 函数中，traverseNode 函数负责递归遍历 AST 的每一个节点，并应用注册的节点转换插件 (nodeTransforms)。其中，processOnce 函数就是处理 v-once 指令的关键。

processOnce 函数位于 packages/compiler-core/src/transforms/vOnce.ts 文件中。它的作用是检测节点是否使用了 v-once 指令，如果使用了，则对其进行相应的转换。

export function processOnce(
  node: ElementNode,
  context: TransformContext
) {
  const once = findDir(node, 'once')
  if (once) {
    // 删除 v-once 指令
    removeDirective(node, 'once')
    node.codegenNode = createCacheExpression(
      context.helper(CACHE_HANDLER),
      createFunctionExpression(
        undefined,
        [],
        () => [createVNodeCall(
          context.helper(RESOLVE_COMPONENT),
          node.tag,
          node.props,
          node.children,
          node.patchFlag,
          node.dynamicProps,
          node.directives
        )],
        true /* isSSR */
      )
    )
  }
}

processOnce 函数的工作流程如下：

查找 v-once 指令： 使用 findDir 函数查找节点是否使用了 v-once 指令。
删除 v-once 指令： 如果找到了 v-once 指令，则使用 removeDirective 函数将其从节点中删除。
创建缓存表达式： 使用 createCacheExpression 函数创建一个缓存表达式，用于存储静态节点及其子节点。这个缓存表达式会将静态节点及其子节点包装在一个立即执行的函数中，并将函数的返回值存储在一个缓存变量中。在以后的渲染中，Vue 只需要直接引用这个缓存变量即可，而不需要重新执行函数。

3. 代码生成阶段：generate 函数

在代码生成阶段，generate 函数负责将转换后的 AST 生成渲染函数。generate 函数会遍历 AST，并根据节点的类型生成相应的代码。

当遇到带有缓存表达式的节点时，generate 函数会生成相应的代码，用于引用缓存变量。

代码示例：眼见为实，手到擒来

为了更好地理解 v-once 指令的编译时优化，我们来看一个简单的代码示例：

<template>
  <div>
    <h1 v-once>这是一个静态标题</h1>
    <p>这是一个动态段落：{{ message }}</p>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue'

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello, Vue!')
    return {
      message
    }
  }
}
</script>

在这个示例中，<h1> 标签使用了 v-once 指令，这意味着它的内容是静态的，不会发生变化。

经过 Vue 3 编译后，生成的渲染函数大致如下：

import { createElementBlock as _createElementBlock, createVNode as _createVNode, toDisplayString as _toDisplayString, ref, openBlock, createBlock, createTextVNode, pushScopeId, popScopeId } from "vue"

const _withScopeId = n => (pushScopeId("data-v-5a6b7c8d"), n = n(), popScopeId(), n)

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/ _withScopeId(() => _createElementBlock("h1", null, "这是一个静态标题"))

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", null, [
    _hoisted_1,
    createTextVNode(" 这是一个动态段落：" + _toDisplayString(_ctx.message) + "n  ", 1 /* TEXT */)
  ]))
}

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello, Vue!')
    return {
      message
    }
  },
  render
}

我们可以看到，<h1> 标签及其内容被提升到了渲染函数之外，作为常量 _hoisted_1 存储起来。在渲染函数中，Vue 只需要直接引用 _hoisted_1 即可，而不需要重新创建虚拟DOM节点。

总结：一劳永逸，事半功倍

v-once 指令是 Vue 中一个非常有用的指令，它可以帮助我们避免静态内容的重复渲染，从而提高应用的性能。Vue 3 在编译阶段对 v-once 指令进行了优化，使其能够更有效地实现静态提升和跳过 patching，从而进一步提高应用的性能。

表格总结：v-once 指令的优势

特性	描述	优势
静态提升	Vue 3 将带有 `v-once` 指令的静态节点及其子节点提升到渲染函数之外，作为常量存储起来。	避免了每次渲染时都重新创建虚拟DOM节点的开销，减少了内存占用，提高了渲染速度。
跳过 Patching	由于静态节点已经被提升为常量，Vue 3 在进行虚拟DOM diff时，会直接跳过这些节点，不再进行任何比较操作。	减少了虚拟DOM diff的计算量，提高了渲染速度。
使用简单	只需要在静态元素的标签上添加 `v-once` 指令即可。	开发人员可以轻松地使用 `v-once` 指令来优化应用的性能，而不需要进行复杂的代码修改。
适用性广	适用于各种静态内容，例如页面标题、固定的描述信息、版权声明等等。	可以广泛应用于各种Vue应用中，提高应用的整体性能。

注意事项：切记，不要滥用！

虽然 v-once 指令可以提高应用的性能，但也需要注意不要滥用。如果在一个动态元素的标签上使用了 v-once 指令，那么这个元素的内容将不会随着数据的变化而更新，这可能会导致应用出现错误。

因此，在使用 v-once 指令时，一定要确保元素的内容是静态的，不会发生变化。

总结的总结：用好工具，事半功倍！

好了，今天的讲座就到这里。希望通过今天的讲解，大家能够更好地理解 Vue 3 源码中 v-once 指令的编译时优化，并能够合理地使用 v-once 指令来提高应用的性能。记住，好的工具要用在合适的地方，才能发挥最大的作用！

大家可以把今天学到的知识应用到实际项目中，看看能不能让你的Vue应用跑得更快、更流畅。如果遇到什么问题，欢迎随时提问，我会尽力帮助大家解决。

祝大家编程愉快！我们下期再见！

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