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

各位观众，早上好！今天咱们聊聊 Vue 3 源码里一个挺有意思的家伙——v-once 指令。这玩意儿看着不起眼，但用好了，能给你的 Vue 应用性能带来肉眼可见的提升。

开场白：为啥要关心 v-once？

想象一下，你辛辛苦苦用 Vue 写了个页面，里面大部分内容都是静态的，比如固定的标题、说明文字、一些不会变的布局元素。每次数据更新，Vue 都要重新渲染整个组件，即使这些静态内容根本没变！这简直就是浪费算力，CPU 看了都想罢工。

v-once 的作用就是告诉 Vue：“老弟，这部分内容我保证只渲染一次，以后就别管它了！” 这样，Vue 在首次渲染后，就会直接跳过这部分内容的更新，省下了大量的计算资源。

v-once 的用法：简单粗暴有效

使用 v-once 非常简单，直接把它放在你想静态化的元素上就行了：

<template>
  <div>
    <h1 v-once>欢迎来到我的博客</h1>
    <p>这是一段动态内容：{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

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

在这个例子中，<h1> 标签里的内容只会渲染一次。即使 message 的值改变了，<h1> 标签里的内容也不会受到影响。

源码剖析：v-once 背后的秘密

要真正理解 v-once 的威力，我们需要深入 Vue 3 的源码，看看它是如何实现的。

编译时转换：从模板到渲染函数

Vue 的编译器会把你的模板代码转换成渲染函数。对于带有 v-once 指令的元素，编译器会进行特殊处理。关键在于 transformElement 这个函数，它负责处理模板中的元素节点。

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

import {
  ElementNode,
  NodeTypes,
  DirectiveNode,
  createCallExpression,
  createArrayExpression,
  createVNodeCall,
  CallExpression,
  VNodeCall,
  OPEN_BLOCK,
  CREATE_BLOCK,
  MERGE_PROPS,
  WITH_MEMO,
  helperNameMap
} from '../ast'
import { TransformContext } from '../transform'
import { createFunctionExpression, createSimpleExpression } from '../ast'

export function transformElement(
  node: ElementNode,
  context: TransformContext
) {
  return function postTransformElement() {
    node = context.currentNode!

    if (node.type !== NodeTypes.ELEMENT || node.processed) {
      return
    }

    const { tag, props } = node

    let vnodeCall: VNodeCall | undefined

    // has v-once
    if (hasVOnce(node)) {
      // create a memo expression that remembers the result of rendering
      // the node and returns it on subsequent renders.
      const memoedVNodeCall = createMemoExpression(node, context)
      vnodeCall = memoedVNodeCall
    }

    if (vnodeCall) {
      node.codegenNode = vnodeCall
    }
  }
}

function hasVOnce(node: ElementNode): boolean {
  return node.props.some(
    p => p.type === NodeTypes.DIRECTIVE && p.name === 'once'
  )
}

function createMemoExpression(
  node: ElementNode,
  context: TransformContext
): CallExpression {
  const vnodeCall = createVNodeCall(
    context,
    node.tag,
    node.props,
    node.children
  )

  // 1. create the vnode call
  // 2. create the memo function expression with the vnode call as its body.
  // 3. create the withMemo call with the memo function expression.
  // withMemo(() => {
  //   return _createVNode(...)
  // })
  const memoFn = createFunctionExpression(
    [],
    undefined, // no return type
    vnodeCall,
    false, // not hoisted
    true // is arrow
  )
  memoFn.isMemo = true
  return createCallExpression(
    context.helper(WITH_MEMO),
    [memoFn],
  )
}

这段代码做了几件事：

检测 v-once： 首先，它会检查元素节点上是否有 v-once 指令。
生成 withMemo 调用： 如果找到了 v-once 指令，它会生成一个 withMemo 函数调用。withMemo 是 Vue 3 提供的一个运行时辅助函数，专门用来缓存 VNode。
创建缓存函数： withMemo 接收一个函数作为参数，这个函数负责创建 VNode。但是，这个函数只会被调用一次！后续的渲染会直接返回缓存的 VNode，而不会再次执行这个函数。

简单来说，编译器把带有 v-once 的元素转换成了类似于这样的代码：

// 假设原来的元素是 <h1 v-once>欢迎来到我的博客</h1>

_withMemo(() => {
  return _createVNode('h1', null, '欢迎来到我的博客');
})

_withMemo 对应的就是 WITH_MEMO helper， _createVNode 对应的是 CREATE_VNODE helper。

运行时缓存：withMemo 的功劳

withMemo 函数是 v-once 实现的关键。它的源码如下（简化版）：

// packages/runtime-core/src/helpers/withMemo.ts

import {
  VNode,
  RendererInternals,
} from '../renderer'

export function withMemo(
  render: () => VNode,
): VNode {
  let cached: VNode | null = null

  return () => {
    if (!cached) {
      cached = render()
    }
    return cached!
  }
}

这个函数的工作原理非常简单：

缓存 VNode： 它内部维护一个 cached 变量，用来存储第一次渲染生成的 VNode。
惰性求值： 它返回一个新的函数，这个函数在第一次被调用时，会执行传入的 render 函数，生成 VNode，并把 VNode 缓存到 cached 变量中。
返回缓存： 后续的调用会直接返回 cached 变量中存储的 VNode，而不会再次执行 render 函数。

通过 withMemo 函数，Vue 成功地实现了 VNode 的缓存，避免了静态内容的重复渲染。

v-once 的优缺点：理性看待

v-once 虽然能提升性能，但也不是万能的。我们需要理性看待它的优缺点：

优点	缺点
提升性能：避免静态内容的重复渲染，节省 CPU 资源。	不适用于动态内容：如果内容会发生变化，使用 `v-once` 会导致视图无法更新。
简化渲染逻辑：减少 Vue 需要追踪的依赖项，降低渲染复杂度。	增加内存占用：缓存 VNode 会占用一定的内存空间。
适用于大型静态内容：对于包含大量静态内容的组件，使用 `v-once` 的效果非常明显。	降低灵活性：静态化内容后，无法通过数据绑定动态修改。
结合 `v-memo` 使用：如果只有部分props是静态的，可以考虑结合`v-memo`，仅在特定props变化时才重新渲染。	调试难度增加：如果静态内容没有正确显示，需要检查是否正确使用了 `v-once`，并确保内容确实是静态的。

使用 v-once 的注意事项：避免踩坑

在使用 v-once 时，需要注意以下几点：

确保内容是静态的： 这是使用 v-once 的前提条件。如果内容会发生变化，就不要使用 v-once。
不要过度使用： 不要为了追求性能而滥用 v-once。只在必要的地方使用，避免增加代码的复杂性。
注意内存占用： 缓存 VNode 会占用一定的内存空间。如果你的应用内存资源有限，需要谨慎使用 v-once。
测试： 使用 v-once 后，一定要进行充分的测试，确保视图能够正确显示，并且没有出现任何问题。
与v-memo结合使用：
- v-memo 接收一个依赖项数组，只有当数组中的依赖项发生变化时，才会重新渲染组件。
- 如果只有部分 props 是静态的，可以结合 v-memo，仅在特定 props 变化时才重新渲染。
```
<template>
  <div v-memo="[propA, propB]">
    <h1 v-once>静态标题</h1>
    <p>动态内容：{{ propA }} - {{ propB }}</p>
    <p>静态内容：{{ staticProp }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  props: ['propA', 'propB', 'staticProp'],
};
</script>
```
在这个例子中，只有当 propA 或 propB 发生变化时，才会重新渲染 <div> 及其子元素。<h1> 标签的内容仍然是静态的，只会渲染一次。

性能测试：眼见为实

为了更直观地了解 v-once 的性能提升效果，我们可以做一个简单的性能测试。

创建测试组件：

// NonOnceComponent.vue (未使用 v-once)
<template>
  <div>
    <h1 >欢迎来到我的博客</h1>
    <p>这是一段动态内容：{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello Vue!');

    onMounted(() => {
      setInterval(() => {
        message.value = Math.random().toString(36).substring(7); // 模拟数据更新
      }, 10); // 每 10 毫秒更新一次数据
    });

    return { message };
  }
};
</script>

// OnceComponent.vue (使用 v-once)
<template>
  <div>
    <h1 v-once>欢迎来到我的博客</h1>
    <p>这是一段动态内容：{{ message }}</p>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const message = ref('Hello Vue!');

    onMounted(() => {
      setInterval(() => {
        message.value = Math.random().toString(36).substring(7); // 模拟数据更新
      }, 10); // 每 10 毫秒更新一次数据
    });

    return { message };
  }
};
</script>

在父组件中使用：

// App.vue
<template>
  <div>
    <h2>未使用 v-once</h2>
    <NonOnceComponent />
    <h2>使用 v-once</h2>
    <OnceComponent />
  </div>
</template>

<script>
import NonOnceComponent from './components/NonOnceComponent.vue';
import OnceComponent from './components/OnceComponent.vue';

export default {
  components: {
    NonOnceComponent,
    OnceComponent
  }
};
</script>

使用 Chrome DevTools 分析性能：
- 打开 Chrome DevTools，选择 "Performance" 面板。
- 点击 "Record" 按钮，开始录制性能数据。
- 刷新页面，等待一段时间，让 Vue 进行多次渲染。
- 停止录制，查看性能报告。
通过分析性能报告，你可以看到未使用 v-once 的组件会进行多次渲染，而使用了 v-once 的组件只会渲染一次。这会直接体现在 CPU 使用率和渲染时间上。

观察渲染时间，你会发现使用了 v-once 的组件渲染时间更短，从而验证了 v-once 的性能优化效果。

总结：v-once，小身材，大能量

v-once 指令是 Vue 3 中一个非常实用的性能优化工具。它可以帮助我们避免静态内容的重复渲染，节省 CPU 资源，提升应用的性能。但是，在使用 v-once 时，我们需要理性看待它的优缺点，并注意一些细节问题，才能真正发挥它的作用。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解 v-once 指令，并在实际开发中灵活运用它，写出更高效、更流畅的 Vue 应用！

下次有机会再和大家分享 Vue 3 源码中的其他有趣特性。祝大家工作顺利，编码愉快！

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