分析 Vue 3 源码中 `Fragment` (片段) VNode 的实现原理，它如何避免额外 DOM 元素而渲染多个根节点。

嘿，大家好，我是你们今天的 Vue 3 源码解剖师。今天咱们来聊聊 Vue 3 里的一个神奇的东西——Fragment (片段) VNode。这玩意儿能让你在组件里返回多个根节点，还不用在 DOM 结构里加一层额外的包裹元素，是不是听起来就很酷？

咱们先来设想一个场景：你写了一个组件，想要渲染一个列表，列表的每一项都是一个 <li> 元素，你想直接返回这些 <li>，而不是把它们包在一个 <ul> 或 <div> 里。传统的 Vue 2 只能有一个根节点，所以你必须用一个父元素包裹，这就可能导致一些样式问题或者语义上的不合理。但是 Vue 3 的 Fragment 就解决了这个问题。

一、什么是 Fragment VNode？

Fragment，翻译过来就是“片段”，顾名思义，它代表了一组节点的集合，而不是一个单独的节点。在 Vue 3 的 VNode 结构里，Fragment 是一种特殊的 VNode.type。当你的组件 render 函数返回一个包含多个根节点的数组时，Vue 3 就会创建一个 Fragment VNode 来表示这些节点。

二、Fragment VNode 的关键属性

属性	类型	描述
type	Symbol	Symbol(Fragment)，用于标识这是一个 Fragment VNode。
children	VNode[]	一个 VNode 数组，包含了 Fragment 里的所有子节点。
key	any	可选的 key，用于在 diff 算法中进行节点比较。如果 Fragment 包含动态内容，建议提供 key。
patchFlag	number	一个标志位，用于优化更新过程。例如，PatchFlags.UNKEYED_FRAGMENT 表示这是一个没有 key 的 Fragment，它的子节点顺序可能会改变，需要进行更细致的 diff。

三、Fragment VNode 的创建

在 Vue 3 源码里，创建 Fragment VNode 通常发生在 createVNode 函数中。当你传入的 type 是 Fragment (其实就是 Symbol(Fragment))，或者你的 children 是一个数组时，createVNode 就会创建一个 Fragment VNode。

// 简化后的 createVNode 函数
function createVNode(type, props, children) {
  const vnode = {
    __v_isVNode: true,
    type,
    props,
    children,
    key: props && props.key,
    shapeFlag: typeof type === 'string' ? ShapeFlags.ELEMENT : ShapeFlags.COMPONENT, // 简化判断
    patchFlag: 0,
  };

  normalizeChildren(vnode, children); // 处理 children，如果 children 是数组，会设置为 ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN
  return vnode;
}

function normalizeChildren(vnode, children) {
  if (isArray(children)) {
    vnode.shapeFlag |= ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN;
  } else if (children != null) {
    vnode.shapeFlag |= ShapeFlags.TEXT_CHILDREN;
  }
}

四、Fragment VNode 的渲染

Fragment VNode 的渲染逻辑主要体现在 patch 函数里。patch 函数负责比较新旧 VNode，并更新 DOM。当 patch 函数遇到一个 Fragment VNode 时，它不会创建额外的 DOM 元素，而是直接遍历 Fragment 的 children，并递归调用 patch 函数来渲染这些子节点。

// 简化后的 patch 函数
function patch(n1, n2, container, anchor) {
  // n1: oldVNode, n2: newVNode

  const { type, shapeFlag } = n2;

  switch (type) {
    case Text:
      // 处理文本节点
      break;
    case Comment:
      // 处理注释节点
      break;
    case Fragment:
      processFragment(n1, n2, container, anchor);
      break;
    default:
      if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
        // 处理元素节点
      } else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {
        // 处理组件节点
      }
  }
}

function processFragment(n1, n2, container, anchor) {
  const { children } = n2;
  if (n1 == null) {
    // 初次渲染
    mountChildren(children, container, anchor);
  } else {
    // 更新
    patchKeyedChildren(n1.children, children, container, anchor); // 使用更高效的 keyed diff 算法
  }
}

function mountChildren(children, container, anchor) {
  children.forEach(child => {
    patch(null, child, container, anchor); // 递归调用 patch 渲染子节点
  });
}

可以看到，processFragment 函数并没有创建新的 DOM 元素，而是直接调用 mountChildren 或者 patchKeyedChildren 来处理 Fragment 的子节点。mountChildren 只是简单地遍历子节点，并递归调用 patch 函数，将子节点渲染到容器中。

五、Diff 算法与 Fragment VNode

Fragment VNode 在 diff 算法中也扮演着重要的角色。当 Fragment 的子节点发生变化时，Vue 3 会使用高效的 diff 算法来更新 DOM。如果 Fragment 的子节点都带有 key，Vue 3 会使用 patchKeyedChildren 函数来进行 keyed diff，这可以最大程度地复用已有的 DOM 节点，减少 DOM 操作。

如果 Fragment 的子节点没有 key，Vue 3 会使用 patchUnkeyedChildren 函数来进行 unkeyed diff，这种 diff 算法的效率相对较低，因为它需要对所有子节点进行比较。因此，如果你的 Fragment 包含动态内容，最好为子节点提供 key。

function patchKeyedChildren(c1, c2, container, parentAnchor) {
  // c1: oldChildren, c2: newChildren
  let i = 0;
  const l2 = c2.length;
  let e1 = c1.length - 1;
  let e2 = l2 - 1;

  // 1. 从头开始比较，找到相同的节点
  while (i <= e1 && i <= e2) {
    const n1 = c1[i];
    const n2 = c2[i];
    if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
      patch(n1, n2, container, parentAnchor);
    } else {
      break;
    }
    i++;
  }

  // 2. 从尾部开始比较，找到相同的节点
  while (i <= e1 && i <= e2) {
    const n1 = c1[e1];
    const n2 = c2[e2];
    if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
      patch(n1, n2, container, parentAnchor);
    } else {
      break;
    }
    e1--;
    e2--;
  }

  // 3. 如果旧节点已经全部遍历完，而新节点还有剩余，说明需要新增节点
  if (i > e1) {
    if (i <= e2) {
      const nextPos = e2 + 1;
      const anchor = nextPos < l2 ? c2[nextPos].el : parentAnchor;
      while (i <= e2) {
        patch(null, c2[i], container, anchor);
        i++;
      }
    }
  }

  // 4. 如果新节点已经全部遍历完，而旧节点还有剩余，说明需要移除节点
  else if (i > e2) {
    while (i <= e1) {
      unmount(c1[i]);
      i++;
    }
  }

  // 5. 如果新旧节点都有剩余，说明需要移动、新增或移除节点
  else {
    // ... (处理中间部分的代码，包含最长递增子序列优化) ...
  }
}

六、Fragment 的优势

• 避免额外的 DOM 元素： 这是 Fragment 最主要的优势。它可以让你在组件里返回多个根节点，而不用在 DOM 结构里增加额外的包裹元素，保持 DOM 结构的简洁。
• 减少样式冲突： 避免了额外的包裹元素，也就减少了样式冲突的可能性。有时候，你可能不需要父元素的样式影响子元素，Fragment 可以让你避免这种情况。
• 语义化： 在某些情况下，使用 Fragment 可以让你的代码更具语义化。例如，当你需要渲染一个列表，但又不想使用 <ul> 或 <div> 来包裹 <li> 元素时，Fragment 可以让你更自然地表达你的意图。

七、Fragment 的使用场景

• 渲染多个相邻的元素： 这是 Fragment 最常见的用法。例如，渲染一个包含多个 <li> 元素的列表，或者渲染一个包含多个 <div> 元素的布局。
• 条件渲染： 在某些情况下，你可能需要根据条件渲染不同的内容。使用 Fragment 可以让你在条件渲染多个元素时，避免额外的包裹元素。
• 函数式组件： 函数式组件没有实例，所以不能使用 this。使用 Fragment 可以让你在函数式组件里返回多个根节点。

八、举个栗子

<template>
  <template v-if="show">
    <h1>Hello</h1>
    <p>World!</p>
  </template>
</template>

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

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

在这个例子中，如果 show 为 true，组件会渲染 <h1> 和 <p> 两个元素。如果没有 Fragment，你可能需要用一个 <div> 来包裹这两个元素。但是有了 Fragment，你就可以直接返回这两个元素，而不用增加额外的 DOM 节点。

九、总结

Fragment VNode 是 Vue 3 的一个重要特性，它解决了 Vue 2 中组件只能有一个根节点的问题。通过 Fragment，我们可以更灵活地组织组件的结构，避免额外的 DOM 元素，减少样式冲突，并提高代码的语义化。

希望今天的讲座能帮助你更好地理解 Vue 3 的 Fragment VNode。记住，源码是最好的老师，多读源码，你会发现更多有趣的东西。下次再见！