解释 Vue 3 渲染器中 `patchFlags` (补丁标志) 的精确作用和类型，以及它们如何指示渲染器进行“靶向更新”以避免全量 Diff。

大家好，我是你们的老朋友Patch Flag教授，今天咱们来聊聊Vue 3渲染器里的“秘密武器”——patchFlags，这玩意儿可是Vue 3性能飞升的关键，能让虚拟DOM的更新像外科手术一样精准，告别全量Diff的“大刀阔斧”。

开场白：Diff的烦恼

在深入patchFlags之前，咱们先回顾一下虚拟DOM和Diff算法。 虚拟DOM就像是真实DOM的一份快照，每次数据变化，Vue都会先更新虚拟DOM，然后通过Diff算法找出差异，最后才把这些差异应用到真实DOM上。

没有Diff，想象一下，每次数据更新都直接操作真实DOM，那效率得多低下？真实DOM操作可是很耗费性能的。

Diff算法的职责，就是尽可能减少真实DOM的操作，避免不必要的更新。 但是，传统的Diff算法，哪怕是优化后的，在某些情况下仍然会进行大量的无用比较，造成性能浪费。 这就像你想找一把钥匙，结果把整个房子都翻了个底朝天，效率太低了！

patchFlags的出现，就是为了解决这个问题的。它就像是给Diff算法装上了GPS导航系统，告诉它哪些地方需要更新，哪些地方可以忽略，从而实现“靶向更新”，避免全量Diff的“地毯式搜索”。

patchFlags：Diff的GPS导航仪

patchFlags本质上就是一个数字，它用二进制位来表示不同的更新类型。 每一个二进制位都代表着一种特定的信息，例如节点是否有动态属性、是否需要文本内容更新、是否有事件监听器等等。

想象一下，你有一张地图，地图上用不同的颜色标记了需要重点关注的区域。 patchFlags就像这张地图上的颜色标记，告诉Diff算法哪些区域需要特别关注，哪些区域可以忽略。

patchFlags的类型

Vue 3定义了一系列的patchFlags，每一个patchFlags都代表着一种更新类型。 下面我们列出一些常见的patchFlags：

patchFlag	十进制值	二进制值	含义
TEXT	1	00000001	文本节点内容需要更新。
CLASS	2	00000010	动态 class 绑定需要更新。
STYLE	4	00000100	动态 style 绑定需要更新。
PROPS	8	00001000	除了 class/style/事件监听器之外的动态属性需要更新。
FULL_PROPS	16	00010000	带有 key 的 props 需要完整 Diff。
HYDRATE_EVENTS	32	00100000	带有事件监听器的节点。
STABLE_FRAGMENT	64	01000000	子节点顺序不会改变的 Fragment。
KEYED_FRAGMENT	128	10000000	带有 key 的 Fragment。
UNKEYED_FRAGMENT	256	100000000	没有 key 的 Fragment。
NEED_PATCH	512	1000000000	节点需要 Diff。
DYNAMIC_SLOTS	1024	10000000000	动态 slot。
DEV_ROOT_FRAGMENT	2048	100000000000	仅供开发环境使用的 Fragment。
TELEPORT	-1	111111111111	Teleport 组件。
SUSPENSE	-2	111111111110	Suspense 组件。
BAIL	-3	111111111101	优化策略：停止后续的 Diff。
PATCH_KEYED_FRAGMENT	-4	111111111100	带有 key 的 Fragment，并且需要特殊处理的 Diff 逻辑。

举个栗子：TEXT 和 CLASS

假设我们有这样一个模板：

<div>
  <p class="static-class" :class="dynamicClass">{{ text }}</p>
</div>

在编译时，Vue 3的编译器会分析这个模板，并为<p>元素生成如下的patchFlags：

• TEXT: 因为<p>元素的内容{{ text }}是动态的，所以需要TEXT标志。
• CLASS: 因为<p>元素有动态的class绑定 :class="dynamicClass"，所以需要CLASS标志。

最终，<p>元素的patchFlags的值将会是 TEXT | CLASS，也就是 1 | 2 = 3。

当text或dynamicClass发生变化时，渲染器会检查<p>元素的patchFlags，发现它包含TEXT和CLASS标志，因此只会更新文本内容和class属性，而不会触及其他属性，更不会重新渲染整个<p>元素。

patchFlags如何指示“靶向更新”

当虚拟DOM进行Diff时，渲染器会检查新旧VNode的patchFlags。

• 如果patchFlags相同， 说明节点的更新类型相同，可以继续进行更细致的比较。
• 如果patchFlags不同， 说明节点的更新类型发生了变化，需要根据新的patchFlags来决定如何更新。
• 如果新VNode的patchFlags包含某个标志，而旧VNode没有， 说明这个节点新增了某种更新类型，需要进行相应的处理。
• 如果旧VNode的patchFlags包含某个标志，而新VNode没有， 说明这个节点移除了某种更新类型，需要进行相应的处理。

通过patchFlags，渲染器可以快速判断出哪些节点需要更新，以及如何更新，从而避免了不必要的比较和操作，提高了渲染效率。

代码示例：patchFlags在渲染器中的应用

下面我们来看一个简化的渲染器代码片段，展示patchFlags是如何被使用的：

function patch(n1, n2, container) {
  const { type, props, children, patchFlag } = n2;

  switch (type) {
    case 'div':
      processElement(n1, n2, container);
      break;
    case 'p':
      processParagraph(n1, n2, container);
      break;
    // 其他类型的节点
  }
}

function processElement(n1, n2, container) {
    if (!n1) {
        mountElement(n2, container);
    } else {
        patchElement(n1, n2);
    }
}

function patchElement(n1, n2) {
  const el = n2.el = n1.el;
  const oldProps = n1.props || {};
  const newProps = n2.props || {};

  // 使用 patchFlag 进行优化
  if (n2.patchFlag) {
    if (n2.patchFlag & CLASS) {
      // 只更新 class
      if (oldProps.class !== newProps.class) {
        el.className = newProps.class || '';
      }
    }

    if (n2.patchFlag & STYLE) {
      // 只更新 style
      patchStyle(el, oldProps.style, newProps.style);
    }

    if (n2.patchFlag & PROPS) {
      // 只更新其他 props
      patchProps(el, oldProps, newProps, n2.dynamicProps); // dynamicProps 存储动态 prop 的 key
    }

    // ... 其他 patchFlag 的处理
  } else {
    // 没有 patchFlag，进行完整的 props Diff
    patchProps(el, oldProps, newProps);
  }

  patchChildren(n1, n2, el);
}

function patchParagraph(n1, n2, container) {
    if (!n1) {
        mountElement(n2, container);
    } else {
        patchParagraphElement(n1, n2);
    }
}

function patchParagraphElement(n1, n2) {
    const el = n2.el = n1.el;

    if (n2.patchFlag & TEXT) {
        if (n1.children !== n2.children) {
            el.textContent = n2.children;
        }
    }
}

function mountElement(vnode, container) {
    const { type, props, children } = vnode;
    const el = vnode.el = document.createElement(type);

    if (props) {
        for (const key in props) {
            el.setAttribute(key, props[key]);
        }
    }

    if (Array.isArray(children)) {
        children.forEach(child => {
            patch(null, child, el);
        });
    } else if (typeof children === 'string') {
        el.textContent = children;
    }

    container.appendChild(el);
}

function patchChildren(n1, n2, container) {
  // 简化处理，实际情况更复杂
  if (Array.isArray(n2.children)) {
      //Diff children
  } else if (typeof n2.children === 'string') {
      container.textContent = n2.children;
  }
}

function patchStyle(el, oldStyle, newStyle) {
  // 简化处理，实际情况更复杂
  for (const key in newStyle) {
    el.style[key] = newStyle[key];
  }
  for (const key in oldStyle) {
    if (!(key in newStyle)) {
      el.style[key] = '';
    }
  }
}

function patchProps(el, oldProps, newProps, dynamicProps) {
  // 简化处理，实际情况更复杂
    if (dynamicProps) {
        for (const key of dynamicProps) {
            if (oldProps[key] !== newProps[key]) {
                if (newProps[key] === null || newProps[key] === undefined) {
                    el.removeAttribute(key);
                } else {
                    el.setAttribute(key, newProps[key]);
                }
            }
        }
    } else {
      // 没有dynamicProps，全量diff
      for(const key in newProps) {
          if (oldProps[key] !== newProps[key]) {
              el.setAttribute(key, newProps[key]);
          }
      }
      for (const key in oldProps) {
          if (!(key in newProps)) {
              el.removeAttribute(key);
          }
      }
    }

}

在这个例子中，patchElement函数会根据patchFlag来决定如何更新元素的属性。 如果patchFlag包含CLASS标志，那么只会更新class属性； 如果patchFlag包含STYLE标志，那么只会更新style属性； 如果patchFlag包含PROPS标志，那么只会更新其他的动态属性。

dynamicProps：动态属性的精确定位

在上面的代码中，我们还看到了一个dynamicProps属性。 这个属性是一个数组，它存储了动态属性的key。

为什么需要dynamicProps呢？ 这是因为，即使patchFlag包含了PROPS标志，我们仍然需要知道哪些属性是动态的，哪些属性是静态的。 只有知道哪些属性是动态的，才能进行精确定位，避免不必要的更新。

例如：

<div id="static-id" :title="dynamicTitle"></div>

在这个例子中，id属性是静态的，而title属性是动态的。 当dynamicTitle发生变化时，我们只需要更新title属性，而不需要触及id属性。

dynamicProps的作用就是告诉渲染器，title属性是动态的，需要进行更新。

Fragment和patchFlags

patchFlags在Fragment的更新中也扮演着重要的角色。 Fragment是一种特殊的VNode，它可以包含多个子节点，而不需要一个根元素。

Vue 3定义了三种Fragment的patchFlags：

• STABLE_FRAGMENT: 子节点的顺序不会改变的Fragment。
• KEYED_FRAGMENT: 带有 key 的 Fragment。
• UNKEYED_FRAGMENT: 没有 key 的 Fragment。

STABLE_FRAGMENT是最简单的Fragment，它的子节点顺序不会改变，因此只需要进行简单的Diff即可。 KEYED_FRAGMENT和UNKEYED_FRAGMENT的Diff算法则比较复杂，需要根据key来判断子节点是否需要更新、移动或删除。

BAIL：性能优化的终极武器

BAIL是一个特殊的patchFlag，它的作用是告诉渲染器，停止后续的Diff。

在某些情况下，我们可以确定某个节点不需要进行更新，例如：

• 节点的数据没有发生变化。
• 节点的子节点是静态的。
• 节点被v-if指令隐藏。

在这种情况下，我们可以为节点设置BAIL标志，告诉渲染器停止后续的Diff，从而提高性能。

patchFlags的意义

patchFlags是Vue 3性能优化的关键。 通过patchFlags，渲染器可以：

• 避免全量Diff: 只更新需要更新的部分，避免不必要的比较和操作。
• 精确定位更新: 知道哪些属性是动态的，哪些属性是静态的，从而进行精确定位。
• 优化Fragment的更新: 根据Fragment的类型，选择合适的Diff算法。
• 停止不必要的Diff: 在确定节点不需要更新的情况下，停止后续的Diff。

patchFlags就像是Vue 3渲染器的一把手术刀，让虚拟DOM的更新更加精准、高效。

总结

今天，我们深入探讨了Vue 3渲染器中的patchFlags。 我们学习了patchFlags的类型、作用以及如何在渲染器中使用patchFlags来实现“靶向更新”。

patchFlags是Vue 3性能优化的重要手段，它让虚拟DOM的更新更加精准、高效。 理解patchFlags，可以帮助我们更好地理解Vue 3的渲染机制，从而编写出更高效的Vue应用。

希望今天的讲座对大家有所帮助！ 谢谢大家！ 下次再见！