深入分析 Vue 3 源码中 `scheduler` 队列的实现细节，它是如何批处理任务并利用浏览器的微任务队列确保 DOM 更新的最小化？

各位观众老爷们，大家好！ 今天咱们聊聊 Vue 3 源码里一个非常关键，但又容易被忽略的家伙——scheduler 队列。 这货是 Vue 3 性能优化的幕后英雄，专门负责任务的批处理和 DOM 更新的最小化。 咱今天就扒开它的裤衩，不对，是源码， 看看它到底是怎么运作的，顺便也吐槽一下它的一些小脾气。

一、Scheduler 是个啥？ 为什么要它？

想象一下，如果没有 scheduler，当你连续修改了 10 个响应式数据，Vue 会傻乎乎地更新 DOM 10 次。 这就像你一口气吃 10 个包子，撑不死你算我输。 scheduler 的作用就是把这 10 次 DOM 更新合并成一次，让你一口气吃一个大馒头，舒服！

简单来说，scheduler 就是一个任务队列，负责收集所有需要执行的副作用函数（比如 DOM 更新），然后在一个合适的时机，批量执行它们。 这样可以大大减少不必要的 DOM 操作，提升性能。

二、Scheduler 的核心数据结构

scheduler 主要依赖以下几个核心数据结构：

• queue (数组): 这就是传说中的任务队列，用来存放待执行的副作用函数（effect）。
• flushPending (boolean): 一个标志位，表示当前是否正在刷新队列。 就像一个开关，防止重复刷新。
• pendingPostFlushCbs (数组): 用于存储需要在 DOM 更新之后执行的回调函数，例如 nextTick 的回调。
• isInPreFlush (boolean): 一个标志位，用于指示当前是否处于预刷新状态，主要用于处理组件的 beforeUpdate 钩子。

三、Scheduler 的工作流程

scheduler 的工作流程大致如下：

1. 收集依赖 (effect): 当响应式数据发生变化时，会触发相关的 effect 函数。
2. 加入队列 (queueJob): queueJob 函数负责将 effect 函数加入 queue 队列。
3. 异步刷新 (queueFlush): queueFlush 函数负责启动队列的刷新过程。 它会利用浏览器的微任务队列 (microtask queue) 来异步执行刷新。
4. 刷新队列 (flushJobs): flushJobs 函数负责真正地执行队列中的所有 effect 函数。 它会按照一定的优先级顺序执行，并确保 DOM 更新的最小化。
5. 执行 postFlush 回调 (flushPostFlushCbs): 在 DOM 更新之后，flushPostFlushCbs 函数负责执行 pendingPostFlushCbs 队列中的所有回调函数。

四、关键函数解析

1. queueJob(job)

   这是将 effect 函数加入队列的关键函数。 它的源码大致如下：

   let isFlushing = false
   let isFlushPending = false
   
   const queue: (Job | null)[] = []
   let flushIndex = 0
   
   const pendingPreFlushCbs: Function[] = []
   let activePreFlushCbs: Function[] | null = null
   
   const pendingPostFlushCbs: Function[] = []
   let activePostFlushCbs: Function[] | null = null
   
   const p = Promise.resolve()
   
   let currentFlushPromise: Promise<void> | null = null
   
   type Job = (...args: any[]) => any
   
   const RECURSION_LIMIT = 150
   
   function queueJob(job: Job) {
    // the dedupe check is also used for pre-flush prevent recursion check.
    // 为了防止 job 重复加入队列，需要进行去重检查
    if (
      !queue.length ||
      !queue.includes(
        job,
        isFlushing ? flushIndex + 1 : 0 // 如果正在刷新，则从 flushIndex + 1 开始查找
      )
    ) {
      queue.push(job)
      queueFlush()
    }
   }

   • 去重： 首先，它会检查 job 是否已经存在于队列中。 如果已经存在，则直接忽略，避免重复执行。 这是性能优化的一个重要手段。
   • 加入队列： 如果 job 不存在于队列中，则将其添加到 queue 队列的末尾。
   • 启动刷新： 最后，它会调用 queueFlush 函数来启动队列的刷新过程。

2. queueFlush()

   queueFlush 函数负责启动队列的刷新过程。 它会利用浏览器的微任务队列来异步执行刷新。 源码如下：

   function queueFlush() {
    if (!isFlushing && !isFlushPending) {
      isFlushPending = true
      currentFlushPromise = p.then(flushJobs)
    }
   }

   • 防止重复刷新： 首先，它会检查 isFlushing 和 isFlushPending 标志位，确保当前没有正在刷新或者已经有待刷新的任务。
   • 启动微任务： 如果可以刷新，则将 flushJobs 函数放入浏览器的微任务队列中。 这里使用了 Promise.resolve().then() 来创建一个微任务。

3. flushJobs()

   flushJobs 函数是刷新队列的核心函数。 它负责真正地执行队列中的所有 effect 函数。 源码比较复杂，我们简化一下：

   function flushJobs() {
    isFlushPending = false
    isFlushing = true
    let job
   
    // Sort queue before flush.
    // This ensures that:
    // 1. Components are updated from parent to child. (because parent is always
    //    created before the child so its render effect is pushed into the
    //    queue first)
    // 2. If a component is unmounted during a parent component's update,
    //    its update can be skipped.
    queue.sort(comparator) // 排序
   
    try {
      for (flushIndex = 0; flushIndex < queue.length; flushIndex++) {
        job = queue[flushIndex]
        if (job) {
          job() // 执行 effect 函数
        }
      }
    } finally {
      flushIndex = 0
      isFlushing = false
      queue.length = 0
      currentFlushPromise = null
   
      if (pendingPostFlushCbs.length) {
        flushPostFlushCbs()
      }
    }
   }

   • 排序： 首先，它会对 queue 队列进行排序。 排序的目的是为了确保组件的更新顺序是从父组件到子组件，以及在父组件更新过程中卸载的组件可以被跳过。 排序函数 comparator 的具体实现比较复杂，涉及到组件的挂载顺序、更新优先级等因素。
   • 执行 effect 函数： 然后，它会遍历 queue 队列，依次执行其中的 effect 函数。
   • 清理状态： 最后，它会清理 isFlushing 标志位，清空 queue 队列，并执行 pendingPostFlushCbs 队列中的所有回调函数。

4. flushPostFlushCbs()

   flushPostFlushCbs 函数负责执行 pendingPostFlushCbs 队列中的所有回调函数。 这些回调函数通常是在 DOM 更新之后需要执行的，比如 nextTick 的回调。 源码如下：

   function flushPostFlushCbs() {
    if (pendingPostFlushCbs.length) {
      const cbs = [...pendingPostFlushCbs]
      pendingPostFlushCbs.length = 0
      for (let i = 0; i < cbs.length; i++) {
        cbs[i]()
      }
    }
   }

   • 复制回调： 首先，它会复制 pendingPostFlushCbs 队列，防止在执行回调函数时，新的回调函数被添加到队列中，导致无限循环。
   • 执行回调： 然后，它会遍历复制后的队列，依次执行其中的回调函数。
   • 清空队列： 最后，它会清空 pendingPostFlushCbs 队列。

五、微任务队列的妙用

scheduler 利用浏览器的微任务队列来实现异步刷新。 那么，什么是微任务队列？ 它和宏任务队列有什么区别？

简单来说，微任务队列是在当前宏任务执行完毕后，但在浏览器渲染之前执行的任务队列。 常见的微任务包括 Promise.then()、MutationObserver 等。 宏任务则包括 setTimeout、setInterval、requestAnimationFrame 等。

scheduler 使用微任务队列的好处是：

• 更快的响应： 微任务的执行时机比宏任务更早，可以更快地触发 DOM 更新。
• 避免阻塞： 微任务的执行不会阻塞浏览器的渲染过程，可以保证页面的流畅性。

六、Scheduler 的优先级

scheduler 在执行 effect 函数时，会按照一定的优先级顺序执行。 优先级高的 effect 函数会先执行，优先级低的 effect 函数会后执行。 这样可以确保组件的更新顺序是从父组件到子组件，以及在父组件更新过程中卸载的组件可以被跳过。

优先级的判断主要体现在 comparator 函数中，它会比较两个 effect 函数的优先级，并返回一个数字，表示它们的相对顺序。 comparator 函数的具体实现比较复杂，涉及到组件的挂载顺序、更新优先级等因素。

七、Scheduler 的一些小脾气（坑）

scheduler 虽然很强大，但也有一些小脾气，需要我们注意：

• 递归更新： 如果在一个 effect 函数中修改了响应式数据，导致触发了新的 effect 函数，可能会导致递归更新。 scheduler 会通过 RECURSION_LIMIT 来限制递归的深度，防止无限循环。
• 组件卸载： 如果在父组件更新过程中卸载了子组件，可能会导致子组件的 effect 函数被执行。 scheduler 会在执行 effect 函数之前，检查组件是否已经被卸载，如果已经被卸载，则跳过该 effect 函数。
• nextTick 的坑： nextTick 的回调函数会在 DOM 更新之后执行。 但是，如果在 nextTick 的回调函数中又修改了响应式数据，可能会导致重复的 DOM 更新。 因此，在使用 nextTick 时，需要谨慎处理。

八、总结

scheduler 队列是 Vue 3 性能优化的关键组成部分。 它通过批处理任务和利用浏览器的微任务队列，实现了 DOM 更新的最小化，提升了页面的性能和流畅性。 理解 scheduler 的工作原理，可以帮助我们更好地优化 Vue 应用，避免一些常见的性能问题。

九、代码示例

为了更好地理解 scheduler 的工作原理，我们来看一个简单的代码示例：

<template>
  <div>
    <p>Count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const increment = () => {
      count.value++;
      count.value++;
      count.value++;
    };

    onMounted(() => {
      console.log('Component mounted!');
    });

    return {
      count,
      increment,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，当我们点击 "Increment" 按钮时，count.value 会被递增 3 次。 如果没有 scheduler，DOM 会被更新 3 次。 但是，由于 scheduler 的存在，这 3 次更新会被合并成一次，从而减少了 DOM 操作。

表格总结

特性	描述
任务队列	用于存放待执行的副作用函数 (effect)。
异步刷新	利用浏览器的微任务队列 (microtask queue) 来异步执行刷新。
优先级	按照一定的优先级顺序执行 effect 函数，确保组件的更新顺序是从父组件到子组件。
去重	避免重复执行相同的 effect 函数，提升性能。
nextTick	nextTick 的回调函数会在 DOM 更新之后执行。
递归限制	通过 RECURSION_LIMIT 来限制递归的深度，防止无限循环。
组件卸载	在执行 effect 函数之前，检查组件是否已经被卸载，如果已经被卸载，则跳过该 effect 函数。
pendingPostFlushCbs	存放需要在DOM更新后执行的回调函数，例如nextTick的回调。

好了，今天的讲座就到这里。 希望大家对 Vue 3 的 scheduler 队列有了更深入的理解。 记住，性能优化没有银弹，只有不断学习和实践，才能找到最适合自己的解决方案。 谢谢大家！