解释 Vue 3 源码中 `Custom Renderer` (自定义渲染器) 的设计模式和源码入口点，它如何允许 Vue 在非浏览器环境渲染？

Vue 3 Custom Renderer：让你的 Vue 应用飞出浏览器

各位观众老爷们，晚上好！我是你们的老朋友，Bug 终结者，代码界的段子手。今天咱们不聊八卦，只聊技术，而且是 Vue 3 源码里一个相当酷炫的东西—— Custom Renderer，也就是自定义渲染器。

你想过吗？Vue 默认是在浏览器里跑的，但如果有一天，你想让它跑在服务器上，跑在小程序里，甚至跑在游戏引擎里，该怎么办？答案就是 Custom Renderer！它就像一个万能插头，让 Vue 可以连接到各种各样的“屏幕”上。

别害怕，虽然听起来高大上，但其实原理并不复杂。咱们今天就一步一步扒开它的源码，看看它到底是怎么运作的。

1. 为什么要 Custom Renderer？

首先，咱们得搞清楚，为什么要费这么大劲搞一个 Custom Renderer？直接用浏览器渲染不好吗？

答案是：浏览器渲染有局限性。

• 性能优化： 浏览器渲染依赖 DOM 操作，而 DOM 操作是出了名的慢。在某些场景下，直接操作底层 API（比如 Canvas、WebGL）效率更高。
• 平台差异： 小程序、Node.js 服务器等环境，没有完整的 DOM API。如果直接用 Vue，会报错。
• 特殊需求： 某些应用需要自定义渲染逻辑，比如游戏引擎需要更精细的控制渲染流程。

总而言之，Custom Renderer 就像一个“翻译器”，把 Vue 的 Virtual DOM 翻译成特定平台的指令，从而实现跨平台渲染。

2. Custom Renderer 的设计模式：策略模式和依赖注入

Custom Renderer 的核心设计模式是 策略模式 和 依赖注入。

策略模式： 我们可以把不同的渲染方式看作不同的策略。比如，浏览器渲染是一种策略，Canvas 渲染是另一种策略。Custom Renderer 允许我们动态选择使用哪种策略。

依赖注入： Vue 需要知道如何创建元素、设置属性、添加事件监听器等等。这些操作依赖于具体的渲染环境。Custom Renderer 通过依赖注入，把这些操作“注入”到 Vue 的核心逻辑中。

策略模式：

想象一下，你去餐厅点菜，菜单上有各种各样的菜品（渲染策略）。你可以根据自己的喜好，选择不同的菜品。

// 不同的渲染策略
const browserRenderer = {
  createElement: (type) => document.createElement(type),
  patchProp: (el, key, prevValue, nextValue) => {
    // 设置 DOM 属性
    el[key] = nextValue;
  },
  insert: (el, parent) => parent.appendChild(el),
  // ... 其他操作
};

const canvasRenderer = {
  createElement: (type) => new CanvasElement(type), // 假设有 CanvasElement 类
  patchProp: (el, key, prevValue, nextValue) => {
    // 设置 Canvas 属性
    el.setAttribute(key, nextValue);
  },
  insert: (el, parent) => parent.addChild(el),
  // ... 其他操作
};

// 动态选择渲染策略
function render(vnode, container, renderer) {
  const { createElement, patchProp, insert } = renderer;

  const el = createElement(vnode.type);

  for (const key in vnode.props) {
    patchProp(el, key, null, vnode.props[key]);
  }

  insert(el, container);
}

// 使用浏览器渲染
render(vnode, document.body, browserRenderer);

// 使用 Canvas 渲染
render(vnode, canvasContainer, canvasRenderer);

依赖注入：

想象一下，你要组装一台电脑，你需要电源、CPU、内存等部件（渲染环境提供的 API）。你把这些部件“注入”到主板上，电脑才能正常工作。

// 创建渲染器
const renderer = createRenderer({
  createElement: (type) => {
    console.log(`Creating element: ${type}`);
    return document.createElement(type);
  },
  patchProp: (el, key, prevValue, nextValue) => {
    console.log(`Setting property: ${key} to ${nextValue}`);
    if (key === 'style') {
      for (const styleKey in nextValue) {
        el.style[styleKey] = nextValue[styleKey];
      }
    } else {
      el[key] = nextValue;
    }
  },
  insert: (el, parent) => {
    console.log(`Inserting element into parent`);
    parent.appendChild(el);
  },
  remove: (el) => {
    console.log(`Removing element`);
    el.parentNode.removeChild(el);
  },
  createText: (text) => {
    console.log(`Creating text node: ${text}`);
    return document.createTextNode(text);
  },
  setText: (node, text) => {
    console.log(`Setting text node content to: ${text}`);
    node.nodeValue = text;
  },
  createComment: (text) => {
    console.log(`Creating comment node: ${text}`);
    return document.createComment(text);
  },
  // ... 其他操作
});

// 使用渲染器
const { createApp } = renderer;
const app = createApp({
  data() {
    return {
      message: 'Hello, Custom Renderer!',
    };
  },
  template: `
    <div style="color: blue;">{{ message }}</div>
  `,
});

app.mount('#app');

这个例子中，createRenderer 函数接受一个包含各种渲染操作的对象作为参数，这就是依赖注入。Vue 核心逻辑会调用这些操作，从而实现渲染。

3. 源码入口点：createRenderer

Custom Renderer 的入口点是 createRenderer 函数。这个函数接收一个 options 对象，这个 options 对象包含了各种渲染操作的实现。

我们来看看 Vue 3 源码中 packages/runtime-core/src/renderer.ts 里的 createRenderer 函数（简化版）：

function createRenderer(options: RendererOptions<Node, Element>) {
  return baseCreateRenderer(options);
}

function baseCreateRenderer(options: RendererOptions) {
  const {
    createElement: hostCreateElement,
    patchProp: hostPatchProp,
    insert: hostInsert,
    remove: hostRemove,
    createText: hostCreateText,
    setText: hostSetText,
    createComment: hostCreateComment,
    // ... 其他操作
  } = options;

  // 渲染器的核心逻辑
  const render = (vnode, container) => {
    // ...
  };

  // 返回 createApp 函数
  return {
    render,
    createApp: createAppAPI(render),
  };
}

这个 createRenderer 函数接收一个 options 对象，然后把 options 里的各种渲染操作（createElement、patchProp、insert 等等）赋值给内部变量。 之后， createRenderer 创建了一个 render 函数，这个 render 函数就是 Vue 的渲染核心逻辑。它会根据 Virtual DOM 的描述，调用 options 里的各种渲染操作，从而实现真正的渲染。

最后，createRenderer 返回一个对象，这个对象包含了 render 函数和 createApp 函数。createApp 函数用于创建 Vue 应用实例。

RendererOptions 类型：

RendererOptions 类型定义了 Custom Renderer 需要提供的各种渲染操作。

export interface RendererOptions<
  HostNode = any,
  HostElement = any
> {
  /**
   * 创建元素
   */
  createElement: (
    type: string,
    isSVG?: boolean,
    isCustomizedBuiltIn?: string,
    vnodeProps?: (VNodeProps & { [key: string]: any }) | null
  ) => HostElement

  /**
   * 更新元素属性
   */
  patchProp: (
    el: HostElement,
    key: string,
    prevValue: any,
    nextValue: any,
    isSVG?: boolean,
    prevChildren?: VNodeArrayChildren,
    parentComponent?: ComponentInternalInstance | null,
    unmountChildren?: UnmountChildrenFn
  ) => void

  /**
   * 插入元素
   */
  insert: (el: HostNode, parent: HostNode, anchor?: HostNode | null) => void

  /**
   * 移除元素
   */
  remove: (el: HostNode) => void

  /**
   * 创建文本节点
   */
  createText: (text: string) => HostNode

  /**
   * 设置文本节点内容
   */
  setText: (node: HostNode, text: string) => void

  /**
   * 创建注释节点
   */
  createComment: (text: string) => HostNode

  /**
   * 设置父节点
   */
  parentNode: (node: HostNode) => HostNode | null

  /**
   * 获取兄弟节点
   */
  nextSibling: (node: HostNode) => HostNode | null

  /**
   * 创建 Fragment
   */
  createFragment?: (text: string) => HostNode

  /**
   * 创建 Text Fragment
   */
  createTextFragment?: (text: string) => HostNode

  /**
   * 使用文本内容替换 Fragment 节点内容
   */
  patchTextFragment?: (oldText: string, newText: string) => void

  /**
   * 挂载静态属性
   */
  nextOp?: (node: HostNode) => HostNode | null
  /**
   * 挂载静态属性
   */
  nextCh?: (node: HostNode) => HostNode | null

  /**
   * 挂载静态属性
   */
  nextCo?: (node: HostNode) => HostNode | null

  /**
   * 挂载静态属性
   */
  nextOl?: (node: HostNode) => HostNode | null

  /**
   * 挂载静态属性
   */
  getCustomElement?: (type: string) => HostElement | undefined
}

选项	描述
createElement	创建一个指定类型的元素。这是 Custom Renderer 的基础，不同的平台需要提供不同的实现。
patchProp	更新元素的属性。这个函数负责把 Virtual DOM 里的属性更新到实际的元素上。
insert	插入元素到父元素中。这个函数负责把元素添加到 DOM 树或者其他渲染树中。
remove	移除元素。这个函数负责把元素从 DOM 树或者其他渲染树中移除。
createText	创建文本节点。
setText	设置文本节点的内容。
createComment	创建注释节点。
parentNode	返回元素的父节点。
nextSibling	返回元素的下一个兄弟节点。
createFragment	创建 Fragment。
createTextFragment	创建 Text Fragment。
patchTextFragment	使用文本内容替换 Fragment 节点内容。
nextOp	挂载静态属性
nextCh	挂载静态属性
nextCo	挂载静态属性
nextOl	挂载静态属性
getCustomElement	挂载静态属性

4. 一个简单的 Custom Renderer 示例：控制台渲染器

为了更好地理解 Custom Renderer 的工作原理，咱们来写一个简单的 Custom Renderer，它可以把 Vue 应用渲染到控制台上。

const consoleRenderer = createRenderer({
  createElement: (type) => {
    return { type, children: [], props: {} }; // 返回一个模拟的元素对象
  },
  patchProp: (el, key, prevValue, nextValue) => {
    el.props[key] = nextValue;
  },
  insert: (el, parent) => {
    parent.children.push(el);
  },
  remove: (el) => {
    const index = parent.children.indexOf(el);
    if (index > -1) {
      parent.children.splice(index, 1);
    }
  },
  createText: (text) => {
    return { type: 'text', content: text };
  },
  setText: (node, text) => {
    node.content = text;
  },
  createComment: (text) => {
    return { type: 'comment', content: text };
  },
  parentNode: (node) => {
    // 这里需要维护父子关系，但为了简化示例，我们省略了
    return null;
  },
  nextSibling: (node) => {
    // 这里需要维护兄弟关系，但为了简化示例，我们省略了
    return null;
  },
});

const { createApp } = consoleRenderer;

const app = createApp({
  data() {
    return {
      message: 'Hello, Console!',
    };
  },
  template: `
    <div style="color: red;">{{ message }}</div>
  `,
});

const container = { type: 'root', children: [] }; // 创建一个根容器
app.mount(container);

// 打印渲染结果
console.log(JSON.stringify(container, null, 2));

这个例子中，我们创建了一个 consoleRenderer，它把 Vue 应用渲染到一个模拟的 DOM 树中，然后把这个 DOM 树打印到控制台上。虽然不能真正显示出来，但它演示了 Custom Renderer 的基本原理。

5. 进阶应用：跨平台渲染

有了 Custom Renderer，我们就可以实现跨平台渲染。

• 小程序： 我们可以创建一个小程序渲染器，把 Vue 应用渲染到小程序页面上。
• Node.js 服务器： 我们可以创建一个服务器渲染器，把 Vue 应用渲染成 HTML 字符串，然后发送给客户端。
• 游戏引擎： 我们可以创建一个游戏引擎渲染器，把 Vue 应用渲染成游戏场景中的 UI 元素。

这些都需要根据具体的平台 API 来实现 RendererOptions 里的各种渲染操作。

跨平台渲染的挑战：

• API 差异： 不同的平台有不同的 API，我们需要针对不同的平台编写不同的渲染器。
• 性能优化： 跨平台渲染可能会带来性能问题，我们需要针对不同的平台进行性能优化。
• 生态系统： 不同的平台有不同的生态系统，我们需要考虑如何与平台的生态系统集成。

6. VueUse 的 Headless 组件

VueUse 提供了 Headless 组件，它们只包含逻辑，不包含 UI。我们可以使用 Custom Renderer 来渲染这些 Headless 组件，从而实现跨平台 UI。

例如：useToggle组件，它只提供切换状态的逻辑，我们可以使用 Custom Renderer 来渲染不同的 UI 元素。

<template>
  <button @click="toggle">
    {{ isOn ? 'Turn Off' : 'Turn On' }}
  </button>
</template>

<script setup>
import { useToggle } from '@vueuse/core';

const { isOn, toggle } = useToggle();
</script>

我们可以使用 Custom Renderer 来渲染这个组件，从而实现不同的 UI 效果。

7. 总结

Custom Renderer 是 Vue 3 源码里一个非常强大的特性，它允许我们把 Vue 应用渲染到各种各样的平台上。它基于策略模式和依赖注入的设计模式，通过 createRenderer 函数来创建渲染器。

虽然 Custom Renderer 的学习曲线比较陡峭，但只要理解了它的基本原理，就可以利用它来实现各种各样的跨平台应用。

希望今天的讲座对你有所帮助！记住，代码的世界充满了乐趣，只要你敢于探索，就能发现更多的惊喜。 下次见！