Vue 3源码深度解析之：`Vue`的`Custom Renderers`：如何为`Vue`编写`Canvas`渲染器。

各位观众老爷，大家好！我是你们的老朋友，今天给大家带来一场关于Vue 3 Custom Renderers的饕餮盛宴，主题是“如何为Vue编写Canvas渲染器”。 别害怕，虽然听起来高大上，但保证让大家听得懂，学得会，还能拿去装X。

一、开胃小菜：什么是Custom Renderers？

首先，咱们得弄明白啥叫Custom Renderers。 简单来说，Vue的核心任务是管理数据和状态，然后高效地把这些数据渲染到页面上。 默认情况下，Vue使用浏览器提供的DOM API来渲染，也就是我们熟悉的HTML元素。

但是，如果我们想把Vue的数据渲染到其他地方呢？ 比如说，渲染到Canvas上，或者渲染到WebGL场景里，甚至渲染到命令行终端里？ 这时候，就需要Custom Renderers出马了！

Custom Renderers允许我们绕过默认的DOM渲染，自己定义一套渲染逻辑，把Vue的数据渲染到任何我们想渲染的地方。 听起来是不是很酷？

二、正餐：Canvas渲染器的基本架构

好了，知道了Custom Renderers是干啥的，接下来我们就开始动手写一个Canvas渲染器。

一个基本的Canvas渲染器需要以下几个核心组件：

1. createRenderer函数： 这是Vue提供的一个API，用于创建自定义渲染器实例。 我们需要传入一些选项，告诉Vue如何创建、更新、删除节点，以及如何处理属性等等。
2. nodeOps对象： 这个对象包含了一系列操作节点的方法，比如createElement、patchProp、insert、remove等等。 我们需要自己实现这些方法，告诉Vue如何操作Canvas上的图形。
3. patchProp函数： 这个函数用于更新节点的属性。 当Vue检测到数据变化时，会调用这个函数来更新Canvas上图形的属性，比如位置、大小、颜色等等。
4. 虚拟DOM (Virtual DOM)： Vue 仍然使用虚拟DOM来追踪变化，即使我们没有使用真实的DOM。 虚拟DOM是描述UI结构的一种轻量级的数据结构，Vue会比较新旧虚拟DOM树的差异，然后只更新需要更新的部分。

用表格总结一下：

组件	作用
createRenderer	创建自定义渲染器实例，传入nodeOps和其他选项。
nodeOps	包含一系列操作节点的方法，比如创建、更新、删除节点等。 核心在于定义了如何把虚拟DOM映射到Canvas上的图形。
patchProp	更新节点的属性。 当Vue检测到数据变化时，会调用这个函数来更新Canvas上图形的属性。 比如更新一个圆的半径或者颜色。
虚拟DOM	Vue 仍然使用虚拟DOM来追踪变化。 Custom Renderer需要根据虚拟DOM的结构和属性，来更新目标环境（这里是Canvas）的渲染状态。

三、实战演练：手撸一个Canvas渲染器

接下来，我们就一步步地实现一个简单的Canvas渲染器。 为了简单起见，我们只实现渲染圆形的功能。

1. 创建createRenderer函数

首先，我们需要创建一个createRenderer函数，它接受一个options对象作为参数，返回一个渲染器实例。

import { createRenderer } from 'vue';

const rendererOptions = {
  createElement(type) {
    // 在Canvas中，我们并不需要创建真正的DOM元素，
    // 而是根据type来创建相应的图形对象
    console.log('create element', type); //debug
    return { type }; // 简单返回一个对象，用于后续操作
  },
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    // 更新元素的属性
    console.log('patch prop', el, key, prevValue, nextValue); //debug
    el[key] = nextValue;
  },
  insert(el, parent) {
    // 将元素插入到父元素中
    console.log('insert', el, parent); //debug
    if (!parent.children) {
      parent.children = [];
    }
    parent.children.push(el);
  },
  remove(el) {
    // 移除元素
    console.log('remove', el); //debug
  },
  parentNode(node) {
    // 获取父节点
    console.log('parentNode', node); //debug
    return node.parent;
  },
  nextSibling(node) {
    // 获取下一个兄弟节点
    console.log('nextSibling', node); //debug
    return null;
  },
  createText(text) {
    // 创建文本节点
    console.log('createText', text); //debug
    return { text };
  },
  setText(node, text) {
    // 设置文本节点的内容
    console.log('setText', node, text); //debug
    node.text = text;
  }
};

// 创建渲染器实例
const renderer = createRenderer(rendererOptions);

export function createApp(rootComponent) {
  return renderer.createApp(rootComponent);
}

在这个函数中，我们定义了一些基本的nodeOps方法，比如createElement、patchProp、insert、remove等等。 这些方法都只是简单地打印一些日志，并没有真正操作Canvas。 接下来，我们会逐步完善这些方法。

2. 完善nodeOps方法

现在，我们需要完善nodeOps方法，让它们真正操作Canvas。

首先，我们需要一个Canvas元素：

<canvas id="myCanvas" width="500" height="500"></canvas>

然后，我们需要获取Canvas的上下文：

const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');

接下来，我们就可以完善nodeOps方法了：

import { createRenderer } from 'vue';

const rendererOptions = {
  createElement(type) {
    // 创建图形对象
    switch (type) {
      case 'circle':
        return { type: 'circle', x: 0, y: 0, radius: 0, color: 'black' };
      case 'rect':
        return { type: 'rect', x: 0, y: 0, width: 0, height: 0, color: 'black' };
      default:
        return null;
    }
  },
  patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
    // 更新图形属性
    el[key] = nextValue;
  },
  insert(el, parent) {
    // 将图形添加到父节点
    if (!parent.children) {
      parent.children = [];
    }
    parent.children.push(el);
    // 绘制图形
    draw(el);
  },
  remove(el) {
    // 移除图形
    // 这里可以实现更复杂的逻辑，比如从父节点中移除图形
  },
  parentNode(node) {
    return node.parent;
  },
  nextSibling(node) {
    return null;
  },
  createText(text) {
    return { type: 'text', text };
  },
  setText(node, text) {
    node.text = text;
  }
};

const renderer = createRenderer(rendererOptions);

function draw(el) {
  // 绘制图形
  ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); // 清空画布
  if (el.children) {
      el.children.forEach(child => draw(child));
  }
  switch (el.type) {
    case 'circle':
      ctx.beginPath();
      ctx.arc(el.x, el.y, el.radius, 0, 2 * Math.PI);
      ctx.fillStyle = el.color;
      ctx.fill();
      break;
    case 'rect':
      ctx.fillStyle = el.color;
      ctx.fillRect(el.x, el.y, el.width, el.height);
      break;
    case 'text':
        ctx.font = '20px Arial'; // 设置字体
        ctx.fillStyle = 'black';  // 设置颜色
        ctx.fillText(el.text, 10, 50); // 绘制文本
        break;
  }
}

export function createApp(rootComponent) {
  return renderer.createApp(rootComponent);
}

在这个代码中，我们实现了createElement方法，用于创建圆形对象。 我们还实现了patchProp方法，用于更新圆形对象的属性。 最重要的是，我们实现了insert方法，用于将圆形对象添加到父节点，并调用draw函数来绘制圆形。 draw函数会根据图形的类型，调用相应的Canvas API来绘制图形。

3. 创建Vue组件

现在，我们可以创建一个Vue组件，使用我们自定义的Canvas渲染器来渲染圆形。

<template>
  <div>
    <circle :x="x" :y="y" :radius="radius" :color="color"></circle>
    <rect :x="rectX" :y="rectY" :width="rectWidth" :height="rectHeight" :color="rectColor"></rect>
    <text>Hello Canvas!</text>
    <input type="number" v-model.number="x" placeholder="X" />
    <input type="number" v-model.number="y" placeholder="Y" />
    <input type="number" v-model.number="radius" placeholder="Radius" />
    <input type="color" v-model="color" />

    <input type="number" v-model.number="rectX" placeholder="rectX" />
    <input type="number" v-model.number="rectY" placeholder="rectY" />
    <input type="number" v-model.number="rectWidth" placeholder="rectWidth" />
    <input type="number" v-model.number="rectHeight" placeholder="rectHeight" />
    <input type="color" v-model="rectColor" />
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const x = ref(100);
    const y = ref(100);
    const radius = ref(50);
    const color = ref('red');

    const rectX = ref(200);
    const rectY = ref(200);
    const rectWidth = ref(80);
    const rectHeight = ref(60);
    const rectColor = ref('blue');

    return { x, y, radius, color, rectX, rectY, rectWidth, rectHeight, rectColor };
  }
};
</script>

在这个组件中，我们使用了circle元素来表示圆形，并使用x、y、radius和color属性来控制圆形的位置、大小和颜色。 我们还使用了v-model指令来绑定输入框和圆形属性，这样我们就可以通过输入框来动态地控制圆形。

4. 挂载组件

最后，我们需要将组件挂载到Canvas上。

import { createApp } from './renderer'; // 引入我们自定义的createApp
import App from './App.vue';

createApp(App).mount(null); // 注意这里，我们mount的是null，因为我们不需要真实的DOM

在这个代码中，我们引入了我们自定义的createApp函数，并使用它来创建Vue应用。 然后，我们调用mount方法来将组件挂载到Canvas上。 注意，我们传递给mount方法的参数是null，因为我们不需要真实的DOM。

四、进阶：优化Canvas渲染器

虽然我们已经实现了一个简单的Canvas渲染器，但是它还有很多可以优化的地方。

1. 性能优化： Canvas的渲染性能是一个需要重点关注的问题。 我们可以使用一些技巧来优化Canvas的渲染性能，比如：

   • 减少重绘次数： 尽量避免频繁地清空画布和重绘所有图形。 可以只更新需要更新的部分。
   • 使用缓存： 将静态的图形缓存起来，避免重复绘制。
   • 使用Web Workers： 将Canvas的渲染工作放到Web Workers中，避免阻塞主线程。
2. 事件处理： Canvas本身没有事件处理机制。 如果我们需要在Canvas上处理事件，需要自己实现事件处理逻辑。 我们可以通过监听Canvas的mousemove、click等事件，然后计算鼠标点击的位置，判断是否点击到了某个图形。
3. 动画效果： 如果我们需要在Canvas上实现动画效果，可以使用requestAnimationFrame API。 requestAnimationFrame API可以让我们在浏览器下次重绘之前执行一些代码，从而实现流畅的动画效果。

五、常见问题解答

1. 为什么需要Custom Renderers？

   • 当我们需要将Vue的数据渲染到非DOM环境中时，比如Canvas、WebGL、命令行终端等等。
   • 当我们想要完全控制渲染过程，实现一些特殊的渲染效果时。

2. Custom Renderers的性能如何？

   • Custom Renderers的性能取决于我们如何实现渲染逻辑。 如果我们实现得不好，可能会比默认的DOM渲染更慢。 但是，如果我们实现得好，可以比默认的DOM渲染更快。

3. Custom Renderers的适用场景有哪些？

   • 游戏开发： 可以使用Custom Renderers将Vue的数据渲染到Canvas或WebGL场景中，实现游戏UI。
   • 数据可视化： 可以使用Custom Renderers将Vue的数据渲染到Canvas上，实现各种图表和图形。
   • VR/AR应用： 可以使用Custom Renderers将Vue的数据渲染到WebGL场景中，实现VR/AR UI。

六、总结

好了，今天的讲座就到这里。 我们学习了什么是Custom Renderers，以及如何为Vue编写Canvas渲染器。 虽然Canvas渲染器只是Custom Renderers的一个应用场景，但是通过学习Canvas渲染器，我们可以更好地理解Custom Renderers的原理和使用方法。

希望今天的讲座对大家有所帮助。 如果大家有什么问题，欢迎在评论区留言。

祝大家学习愉快！