如何利用 Vue 3 的 `Custom Renderer`，将 Vue 渲染到非 DOM 环境，例如 `Canvas` 或 `WebGL`？ - 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

嘿，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天聊点刺激的——Vue 3 的 Custom Renderer，把它玩出花来，渲染到 Canvas 或者 WebGL 上！准备好，这可不是简单的Hello World，咱们要搞事情！

一、啥是 Custom Renderer？（别告诉我你没听过！）

首先，咱们得搞清楚 Custom Renderer 是个啥玩意儿。简单来说，Vue 默认是把组件渲染成 DOM 元素的，也就是我们常见的 HTML 标签。但是！Vue 3 给你开了个后门，允许你自定义渲染过程，想渲染成啥就渲染成啥，只要你高兴！

你可以理解成，Vue 就像一个总指挥，它负责管理组件的状态、生命周期，而 Custom Renderer 就是它的执行者，负责把组件“翻译”成特定环境下的东西。

二、为什么要搞 Custom Renderer？（吃饱了撑的？）

你可能会问，好好地渲染到 DOM 上不好吗？为什么要费劲巴拉地搞 Custom Renderer？原因很简单：

性能！性能！还是性能！ DOM 操作是很耗性能的，尤其是在移动端。如果你想做一个高性能的游戏或者动画，直接操作 Canvas 或者 WebGL 会更快。
特殊场景！ 有些场景根本就没有 DOM 的概念，比如小程序、物联网设备等等。这时候，Custom Renderer 就是唯一的选择。
定制化！ 你可以完全控制渲染过程，实现一些奇奇怪怪的效果，比如像素风、手绘风等等。

三、 Custom Renderer 的核心 API（记不住也没关系，用到再查！）

Vue 3 提供了一些核心的 API 来帮助我们实现 Custom Renderer：

API	作用
`createRenderer`	创建一个 Custom Renderer 实例。这是整个流程的起点。你需要提供一些配置项，告诉 Vue 如何创建、更新、删除元素，以及如何处理属性等等。
`h`	创建 VNode（Virtual Node）。VNode 是 Vue 内部用来描述 DOM 结构的一种数据结构。在 Custom Renderer 中，你需要自己创建 VNode，然后告诉 Renderer 如何把 VNode 渲染成目标环境下的元素。
`render`	把 VNode 渲染到目标容器中。这个方法会调用你配置的各种函数，来创建、更新、删除元素。

四、实战：渲染到 Canvas 上（手把手教你！）

接下来，咱们来一个实战，把 Vue 组件渲染到 Canvas 上。

1. 创建 Canvas 元素

首先，在 HTML 中创建一个 Canvas 元素：

<canvas id="myCanvas" width="500" height="500"></canvas>

2. 获取 Canvas 上下文

然后，在 JavaScript 中获取 Canvas 上下文：

const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

3. 创建 Custom Renderer

接下来，就是重头戏了，创建 Custom Renderer：

import { createApp, h } from 'vue';
import { createRenderer } from '@vue/runtime-core';

const renderer = createRenderer({
  createElement(type) {
    // 创建元素，这里我们不需要创建真实的 DOM 元素，所以直接返回一个对象
    return { type };
  },
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    // 处理属性更新，这里我们把属性存储到元素对象中
    el[key] = nextValue;
  },
  insert(el, parent) {
    // 插入元素，这里我们把元素添加到父元素中
    if (!parent.children) {
      parent.children = [];
    }
    parent.children.push(el);
  },
  remove(el) {
    // 移除元素，这里我们从父元素中移除元素
    const parent = el.parent;
    if (parent && parent.children) {
      parent.children = parent.children.filter(child => child !== el);
    }
  },
  parentNode(el) {
    // 获取父节点
    return el.parent;
  },
  nextSibling() {
    // 获取下一个兄弟节点，这里我们不需要实现
    return null;
  },
  createText() {
    // 创建文本节点，这里我们不需要创建真实的 DOM 节点，所以直接返回一个对象
    return { type: 'text' };
  },
  setText(node, text) {
    // 设置文本节点的内容
    node.text = text;
  }
});

这个 createRenderer 函数接收一个配置对象，里面包含了各种钩子函数，用于处理元素的创建、更新、插入、删除等等。

4. 创建 Vue 应用

现在，我们可以创建一个 Vue 应用了：

const app = createApp({
  data() {
    return {
      x: 100,
      y: 100,
      radius: 50,
      color: 'red'
    };
  },
  render() {
    return h('circle', {
      x: this.x,
      y: this.y,
      radius: this.radius,
      color: this.color
    });
  }
});

这里我们创建了一个简单的 Vue 组件，它渲染一个圆。h 函数用于创建 VNode，它接收三个参数：

type：元素类型，这里是 'circle'。
props：元素属性，这里是 x、y、radius、color。
children：子元素，这里没有子元素。

5. 挂载 Vue 应用

最后，我们需要把 Vue 应用挂载到 Canvas 上：

app.mount(canvas);

但是，现在运行代码，你会发现什么都没有发生！因为我们还没有告诉 Custom Renderer 如何把 VNode 渲染到 Canvas 上。

6. 实现 Canvas 渲染逻辑

我们需要在每一帧都重新渲染整个 Canvas，因为 Vue 的数据变化不会自动反映到Canvas上。

function renderCanvas(root) {
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // 清空画布

    function draw(node) {
        if (node.type === 'circle') {
            ctx.beginPath();
            ctx.arc(node.x, node.y, node.radius, 0, 2 * Math.PI);
            ctx.fillStyle = node.color;
            ctx.fill();
        }
        if (node.children) {
            node.children.forEach(draw);
        }
        if (node.type === 'text') {
            ctx.fillText(node.text, 50, 50); // 随便设置一个位置
        }
    }

    draw(root);
}

// 监听 Vue 的响应式数据变化，重新渲染 Canvas
app._instance.proxy.$watch(() => {
    renderCanvas(canvas);
});

// 初始渲染
renderCanvas(canvas);

这里我们定义了一个 renderCanvas 函数，它接收一个 VNode 树，然后遍历这棵树，根据 VNode 的类型，调用 Canvas API 绘制相应的图形。

完整代码：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Vue 3 Custom Renderer Canvas</title>
</head>
<body>
  <canvas id="myCanvas" width="500" height="500"></canvas>
  <script src="https://unpkg.com/vue@3/dist/vue.global.js"></script>
  <script>
    const { createApp, h } = Vue;

    const canvas = document.getElementById('myCanvas');
    const ctx = canvas.getContext('2d');

    const renderer = Vue.createRenderer({
      createElement(type) {
        return { type };
      },
      patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
        el[key] = nextValue;
      },
      insert(el, parent) {
        if (!parent.children) {
          parent.children = [];
        }
        parent.children.push(el);
        el.parent = parent; // 记录父元素
      },
      remove(el) {
        const parent = el.parent;
        if (parent && parent.children) {
          parent.children = parent.children.filter(child => child !== el);
        }
      },
      parentNode(el) {
        return el.parent;
      },
      nextSibling() {
        return null;
      },
      createText() {
          return { type: 'text' };
      },
      setText(node, text) {
          node.text = text;
      }
    });

    const app = createApp({
      data() {
        return {
          x: 100,
          y: 100,
          radius: 50,
          color: 'red',
          message: 'Hello Canvas!'
        };
      },
      render() {
        return h('div', {}, [ // 使用一个根 div，可以包含多个元素
          h('circle', {
            x: this.x,
            y: this.y,
            radius: this.radius,
            color: this.color
          }),
          h('text', {}, this.message)
        ]);
      }
    });

    function renderCanvas(root) {
        ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);

        function draw(node) {
            if (node.type === 'circle') {
                ctx.beginPath();
                ctx.arc(node.x, node.y, node.radius, 0, 2 * Math.PI);
                ctx.fillStyle = node.color;
                ctx.fill();
            }
            if (node.children) {
                node.children.forEach(draw);
            }
            if (node.type === 'text') {
                ctx.fillStyle = 'black';
                ctx.font = '20px Arial';
                ctx.fillText(node.text, 50, 50);
            }
        }

        draw(root);
    }

    // 监听 Vue 的响应式数据变化，重新渲染 Canvas
    app._instance.proxy.$watch(() => {
        renderCanvas(canvas.children[0]); // 传递根 div 的 children
    });

    const vm = app.mount(canvas);

    // 初始渲染
    renderCanvas(canvas.children[0]); // 传递根 div 的 children

    // 示例：修改数据，观察 Canvas 的变化
    setTimeout(() => {
      vm.x = 200;
      vm.color = 'blue';
      vm.message = 'Vue Custom Renderer!';
    }, 2000);

  </script>
</body>
</html>

现在，打开浏览器，你应该就能看到一个红色的圆圈出现在 Canvas 上了！并且2秒后圆圈会改变位置和颜色，文字也会更新。

五、渲染到 WebGL 上（挑战升级！）

渲染到 WebGL 上会稍微复杂一些，因为 WebGL 需要更多的初始化和配置。

1. 创建 WebGL 上下文

首先，你需要创建一个 WebGL 上下文：

const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const gl = canvas.getContext('webgl');

if (!gl) {
  console.error('WebGL not supported!');
}

2. 创建着色器

WebGL 需要着色器来绘制图形。你需要创建顶点着色器和片元着色器：

// 顶点着色器
const vertexShaderSource = `
  attribute vec2 a_position;
  void main() {
    gl_Position = vec4(a_position, 0, 1);
  }
`;

// 片元着色器
const fragmentShaderSource = `
  precision mediump float;
  uniform vec4 u_color;
  void main() {
    gl_FragColor = u_color;
  }
`;

3. 创建着色器程序

然后，你需要把顶点着色器和片元着色器编译成一个着色器程序：

function createShader(gl, type, source) {
  const shader = gl.createShader(type);
  gl.shaderSource(shader, source);
  gl.compileShader(shader);
  if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
    console.error('Shader compilation error:', gl.getShaderInfoLog(shader));
    gl.deleteShader(shader);
    return null;
  }
  return shader;
}

function createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader) {
  const program = gl.createProgram();
  gl.attachShader(program, vertexShader);
  gl.attachShader(program, fragmentShader);
  gl.linkProgram(program);
  if (!gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)) {
    console.error('Program linking error:', gl.getProgramInfoLog(program));
    gl.deleteProgram(program);
    return null;
  }
  return program;
}

const vertexShader = createShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vertexShaderSource);
const fragmentShader = createShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderSource);
const program = createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader);

gl.useProgram(program);

4. 设置顶点数据

接下来，你需要设置顶点数据，告诉 WebGL 如何绘制图形：

const positionBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);

const positions = [
  0, 0,
  0, 0.5,
  0.7, 0,
];

gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(positions), gl.STATIC_DRAW);

const positionAttributeLocation = gl.getAttribLocation(program, 'a_position');
gl.enableVertexAttribArray(positionAttributeLocation);
gl.vertexAttribPointer(positionAttributeLocation, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);

5. 设置颜色

然后，你需要设置颜色：

const colorUniformLocation = gl.getUniformLocation(program, 'u_color');
gl.uniform4f(colorUniformLocation, 1, 0, 0, 1); // Red

6. 绘制图形

最后，你可以绘制图形了：

gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

7. 修改 Custom Renderer

现在，你需要修改 Custom Renderer，让它使用 WebGL API 来绘制图形。你需要修改 createElement、patchProp、insert 等钩子函数。

由于 WebGL 代码比较长，这里就不贴出完整的代码了。你可以参考 Canvas 的例子，结合 WebGL 的 API，来实现一个 WebGL 的 Custom Renderer。

六、总结（划重点啦！）

Custom Renderer 是 Vue 3 中一个非常强大的特性，它可以让你把 Vue 组件渲染到任何你想要的环境中。虽然实现起来稍微复杂一些，但是一旦掌握了，你就可以创造出无限的可能性！

记住几个关键点：

createRenderer 是核心 API，用于创建 Custom Renderer 实例。
你需要自己创建 VNode，并告诉 Renderer 如何把 VNode 渲染成目标环境下的元素。
需要处理元素的创建、更新、插入、删除等操作。
需要监听 Vue 的响应式数据变化，并重新渲染目标环境。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家能够掌握 Custom Renderer 的基本原理，并把它应用到自己的项目中。拜拜！

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