剖析 Vue 3 编译器中 `static hoisting` (静态提升) 和 `v-once` 的实现，以及它们对渲染性能的提升效果。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

Vue 3 编译器性能优化：静态提升 (Static Hoisting) 与 v-once 的秘密

大家好，我是你们今天的性能优化导师，代号“代码猎人”。今天咱们来聊聊 Vue 3 编译器里两把提升性能的利剑：静态提升 (Static Hoisting) 和 v-once。别担心，这不会变成枯燥的学术报告，我会尽量用你能听懂的方式，带你深入源码，扒一扒它们的底层逻辑。

开场白：渲染性能的瓶颈在哪里？

在深入主题之前，咱们先来思考一个问题：Vue 应用的渲染性能瓶颈通常在哪里？

简单来说，就是 重复计算。 Vue 组件每次更新，都会重新执行渲染函数 (render function)，生成新的虚拟 DOM (Virtual DOM)。如果组件中存在大量不变的静态内容，每次更新都要重新创建这些节点，岂不是浪费资源？

想象一下，你家墙上挂着一幅画，每次你打扫房间，都要重新画一遍，这合理吗？当然不合理！我们应该只更新需要更新的部分，而静态内容保持不变。

Vue 3 编译器就是为了解决这个问题而生的。静态提升和 v-once 就是它优化渲染性能的两大绝招。

第一招：静态提升 (Static Hoisting)

静态提升，顾名思义，就是把那些在组件多次渲染之间保持不变的静态节点，提升到渲染函数之外。这样，每次组件更新时，就不需要重新创建这些节点了，直接复用即可。

1.1 静态节点的判定标准

Vue 3 编译器如何判断一个节点是静态的呢？简单来说，需要满足以下条件：

纯静态内容: 节点及其子节点不包含任何动态绑定 (例如：v-bind, v-if, v-for, {{ interpolation }})。
非指令节点: 节点本身不包含任何指令 (例如：v-model, v-on)。
不是根节点: 根节点必须是动态的，因为它是整个组件的入口。

让我们看几个例子：

<template>
  <div>
    <h1>Hello World</h1>  <!-- 静态节点，可以提升 -->
    <p>This is a static paragraph.</p> <!-- 静态节点，可以提升 -->
    <button @click="count++">Count: {{ count }}</button>  <!-- 动态节点，不能提升 -->
    <div v-if="show">Show me</div> <!-- 动态节点，不能提升 -->
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue'

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

在这个例子中，<h1> 和 <p> 标签都是静态节点，可以被提升。而 <button> 和 <div> 标签由于包含动态绑定，不能被提升。

1.2 编译器如何实现静态提升？

Vue 3 编译器在编译模板时，会遍历整个 AST (Abstract Syntax Tree，抽象语法树)，识别出静态节点，并将它们提取出来，存储在一个单独的数组中。这个数组通常被称为 hoists。

然后，在生成的渲染函数中，会直接引用 hoists 数组中的节点，而不是每次都重新创建。

为了更好地理解，我们假设编译器将上面的例子编译成如下的渲染函数：

import { createElementVNode, toDisplayString, createTextVNode, openBlock, createElementBlock, ref } from 'vue';

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createElementVNode("h1", null, "Hello World", -1/* HOISTED */)
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createElementVNode("p", null, "This is a static paragraph.", -1/* HOISTED */)

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createElementBlock("div", null, [
    _hoisted_1,
    _hoisted_2,
    createElementVNode("button", { onClick: _cache[0] || (_cache[0] = (...args) => (_ctx.count++)) }, "Count: " + toDisplayString(_ctx.count), 9 /* TEXT, PROPS */, ["onClick"]),
    (_ctx.show)
      ? (createElementVNode("div", null, "Show me"))
      : createTextVNode("", 1 /* TEXT */)
  ]))
}

注意看 _hoisted_1 和 _hoisted_2 这两个变量。它们存储了静态节点，并且使用了 /*#__PURE__*/ 注释。这个注释告诉 Terser (JavaScript 代码压缩工具) 这些函数是纯函数，可以安全地进行 tree-shaking (移除未使用的代码)。 -1 /* HOISTED */ 表明这个节点是被提升的。

在渲染函数中，直接引用了 _hoisted_1 和 _hoisted_2，而不是重新创建 <h1> 和 <p> 元素。这样就避免了重复创建静态节点的开销。

1.3 静态提升带来的性能提升

静态提升带来的性能提升主要体现在以下几个方面：

减少内存分配: 避免了重复创建静态节点，减少了内存分配的次数。
减少垃圾回收 (GC): 由于减少了内存分配，也减少了垃圾回收的压力。
提高渲染速度: 由于直接复用静态节点，减少了 DOM 操作，提高了渲染速度。

总的来说，静态提升是一种非常有效的性能优化手段，尤其是在处理包含大量静态内容的组件时。

第二招：v-once 指令

v-once 指令的作用是告诉 Vue，该节点及其子节点只需要渲染一次，以后永远不会更新。这相当于给节点打上了一个“永久缓存”的标签。

2.1 v-once 的使用场景

v-once 指令通常用于以下场景：

静态内容: 当节点的内容永远不会改变时，可以使用 v-once。
初始数据: 当节点的内容只在组件初始化时需要渲染一次，以后不再更新时，可以使用 v-once。
性能优化: 当节点的渲染开销较大，但内容又很少变化时，可以使用 v-once 来提高性能。

让我们看一个例子：

<template>
  <div>
    <div v-once>
      <h1>This is a static title (rendered only once)</h1>
      <p>This paragraph will also be rendered only once.</p>
    </div>
    <button @click="count++">Count: {{ count }}</button>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue'

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

在这个例子中，使用了 v-once 指令包裹了一个 <div> 元素。这意味着 <h1> 和 <p> 标签只会渲染一次，即使 count 变量发生变化，它们也不会重新渲染。

2.2 编译器如何实现 v-once？

Vue 3 编译器在编译包含 v-once 指令的节点时，会生成一个特殊的渲染函数，该函数只会执行一次。以后每次组件更新时，都会直接跳过该节点的渲染。

为了更好地理解，我们假设编译器将上面的例子编译成如下的渲染函数：

import { createElementVNode, toDisplayString, openBlock, createElementBlock, ref, createVNode, withMemo } from 'vue';

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/createElementVNode("h1", null, "This is a static title (rendered only once)", -1/* HOISTED */)
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createElementVNode("p", null, "This paragraph will also be rendered only once.", -1/* HOISTED */)

const _hoisted_3 = /*#__PURE__*/createElementVNode("div", null, [
  _hoisted_1,
  _hoisted_2
], -1 /* HOISTED */)

const _hoisted_4 = [
  _hoisted_3
]

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createElementBlock("div", null, [
    (_cache[1] || (_cache[1] = withMemo((...args) => (
      createVNode("div", { "v-once": "" }, _hoisted_4)
    ), _hoisted_4)))(),
    createElementVNode("button", { onClick: _cache[0] || (_cache[0] = (...args) => (_ctx.count++)) }, "Count: " + toDisplayString(_ctx.count), 9 /* TEXT, PROPS */, ["onClick"])
  ]))
}

注意看 withMemo 函数。它是 Vue 3 中用于实现 v-once 指令的关键。 withMemo 函数接收两个参数：

fn: 一个渲染函数，用于创建 v-once 节点。
cache: 一个缓存数组，用于存储 v-once 节点。

withMemo 函数会检查缓存数组中是否已经存在 v-once 节点。如果存在，则直接返回缓存的节点；否则，执行渲染函数创建新的节点，并将新的节点存储到缓存数组中。

在渲染函数中，使用了 _cache[1] 来存储 v-once 节点。第一次渲染时，_cache[1] 的值为 undefined，因此会执行 withMemo 函数创建新的节点，并将新的节点存储到 _cache[1] 中。以后每次渲染时，_cache[1] 的值都不再是 undefined，因此会直接返回缓存的节点，跳过 v-once 节点的渲染。

2.3 v-once 带来的性能提升

v-once 指令带来的性能提升非常显著，尤其是在处理包含大量静态内容的组件时。

减少渲染次数: 避免了重复渲染 v-once 节点，减少了渲染函数的执行次数。
减少 DOM 操作: 避免了重复创建和更新 DOM 节点，减少了 DOM 操作的次数。
提高渲染速度: 由于减少了渲染次数和 DOM 操作，提高了渲染速度。

需要注意的是，v-once 指令只适用于那些永远不会更新的节点。如果节点的内容可能会发生变化，就不能使用 v-once 指令，否则会导致显示错误。

对比：静态提升 vs. v-once

特性	静态提升 (Static Hoisting)	v-once
作用	将静态节点提升到渲染函数之外，避免重复创建。	告诉 Vue，该节点及其子节点只需要渲染一次，以后永远不会更新。
适用场景	包含大量静态内容的组件。	节点的内容永远不会改变；节点的内容只在组件初始化时需要渲染一次，以后不再更新；节点的渲染开销较大，但内容又很少变化。
实现方式	编译器遍历 AST，识别静态节点，并将它们提取出来，存储在 `hoists` 数组中。渲染函数直接引用 `hoists` 数组中的节点。	编译器生成一个特殊的渲染函数，该函数只会执行一次。以后每次组件更新时，都会直接跳过该节点的渲染。使用 `withMemo` 函数缓存 v-once 节点。
性能提升	减少内存分配、减少垃圾回收、提高渲染速度。	减少渲染次数、减少 DOM 操作、提高渲染速度。
是否需要手动干预	不需要，编译器自动完成。	需要手动添加 `v-once` 指令。
注意事项	静态提升是自动进行的，不需要开发者干预。但需要注意避免在静态节点中包含动态绑定，否则会导致静态提升失效。	v-once 指令只适用于那些永远不会更新的节点。如果节点的内容可能会发生变化，就不能使用 v-once 指令，否则会导致显示错误。

总而言之，静态提升和 v-once 都是 Vue 3 编译器中非常重要的性能优化手段。它们可以有效地减少渲染开销，提高应用的性能。静态提升是自动进行的，不需要开发者干预，而 v-once 指令则需要手动添加。在使用 v-once 指令时，需要注意确保节点的内容永远不会更新，否则会导致显示错误。

总结：性能优化永无止境

今天我们一起学习了 Vue 3 编译器中的静态提升和 v-once 指令，了解了它们的实现原理和性能提升效果。希望这些知识能够帮助你在实际开发中更好地优化 Vue 应用的性能。

记住，性能优化是一个持续不断的过程，需要我们不断学习和实践。除了静态提升和 v-once 之外，还有很多其他的性能优化技巧可以应用到 Vue 应用中。例如：

懒加载 (Lazy Loading): 将不必要的组件或资源延迟加载，减少初始加载时间。
代码分割 (Code Splitting): 将应用拆分成多个小的 chunk，按需加载，减少初始加载时间。
虚拟化 (Virtualization): 对于大量数据的列表，只渲染可视区域内的元素，提高渲染性能。
节流 (Throttling) 和防抖 (Debouncing): 限制事件处理函数的执行频率，避免频繁触发更新。
使用 Web Worker: 将耗时的计算任务放在 Web Worker 中执行，避免阻塞主线程。

希望大家能够积极探索和应用这些性能优化技巧，打造更加流畅和高效的 Vue 应用。

今天的讲座就到这里，感谢大家的参与！祝大家编码愉快！如果有什么问题，欢迎随时提问。记住，代码的世界，永无止境！咱们下次再见！