探讨 Vue 3 编译器中 `static hoisting` (静态提升) 和 `patch flags` (补丁标志) 的具体实现，它们如何显著减少运行时开销？

同学们，大家好！今天咱们来聊聊Vue 3编译器里两个特牛的技术：静态提升 (static hoisting) 和补丁标志 (patch flags)。它们就像Vue 3的轻功，唰唰几下，就把运行时的开销降下来了。

一、静态提升 (Static Hoisting)：搬运工的魔法

想象一下，你是个搬家公司的老板，让你把一堆家具搬到新家。有些家具是特别重的实木，每次搬都累死个人；有些家具是轻飘飘的塑料凳子，搬起来毫不费劲。静态提升干的事儿，就像把那些“万年不变”的家具，提前搬到仓库里，以后直接从仓库拿，不用每次都搬一遍。

在Vue的世界里，“万年不变”的家具就是静态节点。这些节点的内容不会因为组件的状态改变而改变。比如，一个标题 <h1>Hello World</h1>，除非你手动改它，否则它永远都是 Hello World。

1. 静态节点的识别

Vue 3编译器怎么知道哪些节点是静态的呢？它会分析模板，看看节点的内容是不是包含动态绑定。如果一个节点的所有属性和子节点都是静态的，那它就被标记为静态节点。

举个例子：

<template>
  <div>
    <h1>Hello World</h1>  <!-- 静态节点 -->
    <p>Count: {{ count }}</p>  <!-- 动态节点 -->
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);
    return { count };
  }
}
</script>

在这个例子中，<h1>Hello World</h1> 是一个静态节点，因为它不依赖任何动态数据。而 <p>Count: {{ count }}</p> 是一个动态节点，因为它依赖于 count 这个响应式数据。

2. 静态提升的实现

编译器会将静态节点提升到渲染函数之外。这意味着，这些节点只会被创建一次，然后会被缓存起来，在每次渲染时直接复用。这避免了重复创建和销毁DOM节点的开销。

来看看编译后的代码（简化版）：

import { createVNode, toDisplayString, openBlock, createBlock } from 'vue';

// 静态节点被提升到函数外部
const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createVNode("h1", null, "Hello World", -1 /* HOISTED */);

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", null, [
    _hoisted_1,
    createVNode("p", null, "Count: " + toDisplayString(_ctx.count), 1 /* TEXT */)
  ]))
}

注意看 _hoisted_1 这个变量。它在 render 函数之外被创建，并且使用了 /*#__PURE__*/ 注释。这个注释告诉tree-shaking工具，这个函数是纯函数，可以安全地删除未使用的代码。 -1 /* HOISTED */ 这个就是 patch flag 后面会讲到

在 render 函数中，我们直接使用 _hoisted_1，而不用每次都创建新的 <h1> 节点。

3. 静态属性的提升

除了静态节点，静态属性也可以被提升。如果一个节点的属性是静态的，那么这些属性也会被提前创建，并在渲染时直接复用。

例如：

<template>
  <div class="container" style="color: red;">
    <p>Hello</p>
  </div>
</template>

在这个例子中，class="container" 和 style="color: red;" 都是静态属性。编译器会将它们提升到渲染函数之外，避免重复创建。

编译后的代码（简化版）：

import { createVNode, openBlock, createBlock } from 'vue';

const _hoisted_class = "container";
const _hoisted_style = { color: "red" };

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createBlock("div", { class: _hoisted_class, style: _hoisted_style }, [
    createVNode("p", null, "Hello")
  ]))
}

可以看到，class 和 style 被提升到了 render 函数之外，并作为 createBlock 的参数传入。

二、补丁标志 (Patch Flags)：精准打击的艺术

静态提升可以减少创建节点的开销，而补丁标志则可以减少更新节点的开销。想象一下，你是一个医生，你需要给病人做手术。如果你每次都把病人从头到脚检查一遍，那效率就太低了。补丁标志就像是医生的CT扫描，它可以告诉你哪里有问题，只需要针对性地处理，避免不必要的开销。

1. 什么是补丁标志？

补丁标志是一个数字，它用来标记一个节点需要更新的部分。Vue 3编译器会分析模板，找出哪些节点是动态的，以及这些节点的哪些部分是动态的。然后，它会为每个动态节点设置一个补丁标志，告诉运行时应该如何更新这个节点。

Vue 3定义了一系列补丁标志，每个标志代表不同的更新类型。

补丁标志 (Patch Flag)	描述
`TEXT`	文本节点需要更新。
`CLASS`	class 属性需要更新。
`STYLE`	style 属性需要更新。
`PROPS`	除了 class 和 style 之外的属性需要更新。
`FULL_PROPS`	属性需要完整更新（用于有 key 的情况，强制更新）。
`HYDRATE_EVENTS`	带有事件监听器，需要hydrate事件。
`STABLE_FRAGMENT`	子节点顺序不会改变的 fragment。
`KEYED_FRAGMENT`	带有 key 的 fragment 或 list。
`UNKEYED_FRAGMENT`	没有 key 的 fragment 或 list。
`NEED_PATCH`	一个节点的子节点只有文本，需要patch。
`DYNAMIC_SLOTS`	动态 slot。
`DEV_ROOT_FRAGMENT`	仅用于开发环境，标记根 fragment。
`TELEPORT`	teleport 组件。
`SUSPENSE`	suspense 组件。

这些标志可以用位运算进行组合，表示一个节点可能需要更新多个部分。

2. 补丁标志的生成

编译器在分析模板时，会根据节点的属性和子节点来生成补丁标志。

举个例子：

<template>
  <div :class="dynamicClass" :style="dynamicStyle">
    {{ message }}
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const dynamicClass = ref('active');
    const dynamicStyle = ref({ color: 'red' });
    const message = ref('Hello');
    return { dynamicClass, dynamicStyle, message };
  }
}
</script>

在这个例子中，<div> 节点的 class 和 style 属性是动态的，文本节点也是动态的。编译器会生成如下的补丁标志：

CLASS: class 属性需要更新。
STYLE: style 属性需要更新。
TEXT: 文本节点需要更新。

最终，<div> 节点的补丁标志会被设置为 CLASS | STYLE | TEXT，也就是 2 | 4 | 1 = 7。

3. 补丁标志的使用

在运行时，Vue会根据补丁标志来决定如何更新节点。如果一个节点的补丁标志是 0，表示这个节点是静态的，不需要更新。如果一个节点的补丁标志是 TEXT，表示只需要更新文本节点。

例如，在 patchElement 函数中，Vue会根据补丁标志来决定是否需要更新 class 和 style 属性：

const patchElement = (
  n1: VNode,
  n2: VNode,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
  parentAnchor: RendererNode | null
) => {
  const el = (n2.el = n1.el!)
  const oldProps = (n1.props || EMPTY_OBJ) as VNodeProps
  const newProps = (n2.props || EMPTY_OBJ) as VNodeProps

  const { patchFlag } = n2

  // ...

  if (patchFlag > 0) {
    // with fast path
    if (patchFlag & PatchFlags.CLASS) {
      if (oldProps.class !== newProps.class) {
        hostPatchProp(el, 'class', null, newProps.class)
      }
    }

    if (patchFlag & PatchFlags.STYLE) {
      hostPatchProp(el, 'style', oldProps.style, newProps.style)
    }

    // ...
  } else {
    // full props update
    for (const key in newProps) {
      if (key !== 'value' || el[key] !== newProps[key]) {
        hostPatchProp(
          el,
          key,
          oldProps[key],
          newProps[key]
        )
      }
    }
    if (oldProps !== EMPTY_OBJ) {
      for (const key in oldProps) {
        if (!(key in newProps)) {
          hostPatchProp(
            el,
            key,
            oldProps[key],
            null
          )
        }
      }
    }
  }
}

可以看到，只有当 patchFlag 包含 PatchFlags.CLASS 或 PatchFlags.STYLE 时，才会更新 class 和 style 属性。

三、静态提升和补丁标志的协同作用

静态提升和补丁标志是Vue 3编译器的两大优化策略。它们协同作用，可以显著减少运行时开销。

静态提升可以减少创建节点的开销，避免重复创建和销毁DOM节点。
补丁标志可以减少更新节点的开销，只更新需要更新的部分，避免不必要的DOM操作。

总的来说，静态提升就像是把不变的东西提前准备好，而补丁标志就像是精准打击，只处理需要处理的问题。

四、源码探秘

光说不练假把式，咱们来扒一扒Vue 3编译器的源码，看看静态提升和补丁标志是怎么实现的。

1. 静态提升的源码

静态提升主要在 transformStatic 转换插件中实现。这个插件会遍历AST (Abstract Syntax Tree，抽象语法树)，找出静态节点和静态属性，并将它们提升到渲染函数之外。

关键代码：

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

export function transformStatic(
  node: RootNode | TemplateChildNode,
  context: TransformContext
) {
  if (node.type === NodeTypes.ELEMENT) {
    // ...

    if (isStatic(node)) {
      node.codegenNode = createSimpleExpression(
        context.hoist(node.codegenNode),
        true // isStatic
      )
      return
    }
  }
}

function isStatic(node: TemplateChildNode): boolean {
  if (node.type === NodeTypes.TEXT || node.type === NodeTypes.COMMENT) {
    return true
  }
  if (node.type === NodeTypes.IF || node.type === NodeTypes.FOR) {
    return false
  }
  if (node.type !== NodeTypes.ELEMENT) {
    return false
  }
  for (let i = 0; i < node.props.length; i++) {
    const prop = node.props[i]
    if (prop.type === NodeTypes.DIRECTIVE) {
      return false
    }
    if (prop.type === NodeTypes.ATTRIBUTE && prop.name === 'key') {
      return false
    }
  }
  return true
}

transformStatic 函数会遍历AST，判断节点是否是静态的。
isStatic 函数会检查节点的类型和属性，判断节点是否包含动态绑定。
如果一个节点是静态的，context.hoist 函数会将节点的codegenNode提升到渲染函数之外。

2. 补丁标志的源码

补丁标志的生成主要在 transformElement 转换插件中实现。这个插件会分析元素的属性和子节点，根据不同的情况设置不同的补丁标志。

关键代码：

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

export function transformElement(
  node: ElementNode,
  context: TransformContext
) {
  // ...

  let patchFlag: number = 0
  let hasDynamicProps: boolean = false

  for (let i = 0; i < props.length; i++) {
    const prop = props[i]
    if (prop.type === NodeTypes.ATTRIBUTE) {
      // ...
    } else {
      // directives
      const { name, arg, exp, modifiers } = prop
      const isBind = name === 'bind'
      const isModel = name === 'model'
      if (isBind && arg) {
        if (arg.type === NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION && arg.content === 'class') {
          patchFlag |= PatchFlags.CLASS
        } else if (arg.type === NodeTypes.SIMPLE_EXPRESSION && arg.content === 'style') {
          patchFlag |= PatchFlags.STYLE
        } else {
          patchFlag |= PatchFlags.PROPS
          hasDynamicProps = true
        }
      }

      // ...
    }
  }

  if (children.length &&
      (!dynamicChildren || dynamicChildren.length === 0) &&
      children.every(child => {
        return (
          child.type === NodeTypes.TEXT ||
          child.type === NodeTypes.COMMENT
        )
      })
  ) {
    patchFlag |= PatchFlags.TEXT
  }
  node.patchFlag = patchFlag
}

transformElement 函数会遍历元素的属性，判断属性是否是动态的。
根据不同的动态属性，设置不同的补丁标志。
如果元素的所有子节点都是文本或注释，设置 PatchFlags.TEXT。
最终，将生成的补丁标志赋值给 node.patchFlag。

五、总结

今天我们一起学习了Vue 3编译器中的静态提升和补丁标志。这两个技术就像Vue 3的左右护法，一个负责减少创建节点的开销，一个负责减少更新节点的开销。它们协同作用，使Vue 3的性能得到了显著提升。

希望通过今天的学习，大家对Vue 3的编译原理有了更深入的了解。下次面试的时候，如果面试官问你Vue 3的优化策略，你就可以自信地告诉他：“静态提升和补丁标志，了解一下？”

好啦，今天的课就到这里，下课！

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