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Vue 3源码极客之：`Fragment`的优化：`Vue 3`如何利用`Fragment`提升`VNode`复用率。

嘿，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Vue 3里的一个“小透明”但又至关重要的角色——Fragment。别看它名字好像是个边角料，但Vue 3可是靠它提升了不少VNode的复用率，从而优化了性能。

咱们先来热热身，了解一下Fragment是个啥。

一、Fragment：你可能忽略的“隐形人”

在Vue 2时代，如果你的组件模板里只有一个根元素，那一切都好说。但如果你的模板里需要返回多个兄弟节点，你就不得不找个“容器”把它们包起来。这个“容器”通常就是个div。

<!-- Vue 2 -->
<template>
  <div>
    <h1>标题</h1>
    <p>段落一</p>
    <p>段落二</p>
  </div>
</template>

这样做没啥大毛病，但总感觉有点“画蛇添足”。这个额外的div，一方面污染了DOM结构，另一方面也可能带来一些CSS样式上的问题。

Fragment就是为了解决这个问题而生的。它可以让你在组件模板中返回多个兄弟节点，而不需要额外的父元素。

<!-- Vue 3 -->
<template>
  <h1>标题</h1>
  <p>段落一</p>
  <p>段落二</p>
</template>

看到没？干净利落！没有多余的div了。Vue 3会自动把这些兄弟节点包裹在一个Fragment里。

二、Fragment的内部实现：createBlock和openBlock的幕后功臣

要理解Fragment如何提升VNode复用率，咱们得先了解Vue 3的Block机制。这里涉及到两个关键函数：createBlock和openBlock。

  • openBlock(): 就像一个“开闸放水”的开关，它会创建一个Block上下文，用于收集在这个Block内部创建的动态节点。
  • createBlock(): 用来创建Block。如果组件根节点是静态的，那么直接创建VNode。但是如果组件根节点是动态的，那么就会调用openBlock()来开始Block的收集，然后返回一个Block VNode。

Fragment在Block机制中扮演着重要的角色。当组件返回多个根节点时，createBlock会创建一个Fragment VNode，并将这些根节点作为Fragment的children。

咱们来看一段简化的源码（基于Vue 3.2.47）：

//packages/runtime-core/src/vnode.ts

export const Fragment = Symbol( __DEV__ ? 'Fragment' : undefined )
export const Text = Symbol( __DEV__ ? 'Text' : undefined )
export const Comment = Symbol( __DEV__ ? 'Comment' : undefined )
export const Static = Symbol( __DEV__ ? 'Static' : undefined )

export function createVNode(
  type: VNodeTypes | ClassComponent | FunctionComponent | string,
  props: Data = null,
  children: any = null,
  patchFlag: number = 0,
  dynamicProps: string[] | null = null,
  shapeFlag: number = isString(type)
    ? ShapeFlags.ELEMENT
    : isObject(type)
      ? ShapeFlags.STATEFUL_COMPONENT
      : isFunction(type)
        ? ShapeFlags.FUNCTIONAL_COMPONENT
        : 0
): VNode {
    // ...省略部分代码...

    const vnode: VNode = {
      __v_isVNode: true,
      __v_skip: true,
      type,
      props,
      children,
      component: null,
      key: props && normalizeKey(props),
      shapeFlag,
      patchFlag,
      dirs: null,
      transition: null,
      el: null,
      anchor: null,
      target: null,
      internalDirectives: null,
      scopeId: currentScopeId,
      slotScopeIds: null
    }

    if (__DEV__ && isProxy(vnode)) {
      Object.freeze(vnode)
    }

    return vnode
}

// packages/runtime-core/src/renderer.ts
const patch = (
  n1: VNode | null,
  n2: VNode,
  container: RendererElement,
  anchor: RendererNode | null,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null = null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null = null,
  isSVG: boolean = false,
  optimized: boolean = false
) => {
    // Determine whether n1 and n2 share the same node type
    if (n1 && !isSameVNodeType(n1, n2)) {
      unmount(n1, parentComponent, parentSuspense, true)
      n1 = null
    }

    const { type, shapeFlag } = n2
    switch (type) {
      case Text:
        processText(n1, n2, container, anchor)
        break
      case Comment:
        processCommentNode(n1, n2, container, anchor)
        break
      case Static:
        if (n1 == null) {
          mountStaticNode(n2, container, anchor, isSVG)
        } else if (__DEV__) {
          patchStaticNode(n1, n2, container, isSVG)
        }
        break
      case Fragment:
        processFragment(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
        break
      default:
        if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
          processElement(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
        } else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {
          processComponent(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
        } else if (shapeFlag & ShapeFlags.TELEPORT) {
          ;(type as typeof TeleportImpl).process(
            n1,
            n2,
            container,
            anchor,
            parentComponent,
            parentSuspense,
            isSVG,
            optimized,
            internals
          )
        } else if (__FEATURE_SUSPENSE__ && shapeFlag & ShapeFlags.SUSPENSE) {
          ;(type as typeof SuspenseImpl).process(
            n1,
            n2,
            container,
            anchor,
            parentComponent,
            parentSuspense,
            isSVG,
            optimized,
            internals
          )
        } else if (__DEV__) {
          warn('Invalid VNode type:', type, `(${String(type)})`)
        }
    }
}

// packages/runtime-core/src/renderer.ts
const processFragment = (
  n1: VNode | null,
  n2: VNode,
  container: RendererElement,
  anchor: RendererNode | null,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
  isSVG: boolean,
  optimized: boolean
) => {
  const { patchFlag, children } = n2
  if (n1 == null) {
    mountChildren(children as VNodeArrayChildren, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
  } else {
    patchChildren(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
  }
}

简单来说，当patch函数遇到类型为Fragment的VNode时，会调用processFragment函数。processFragment函数的主要任务是：

  1. 挂载（mount）： 如果是新的Fragment VNode（n1为null），则调用mountChildren函数将Fragment的children挂载到DOM上。
  2. 更新（patch）： 如果是已存在的Fragment VNode，则调用patchChildren函数比较新旧Fragment的children，并进行相应的更新操作。

三、Fragment如何提升VNode复用率？

现在，我们来聊聊Fragment如何提升VNode复用率。 重点在于patchChildren函数的优化策略。

在Vue 3中，patchChildren函数采用了多种优化策略，包括：

  • Keyed Diffing: 当children中存在key时，Vue 3会优先根据key来比较新旧节点，尽可能地复用已存在的VNode。
  • Unkeyed Diffing: 当children中没有key时，Vue 3会采用更简单的算法，例如头部和尾部双端比较，尽可能地减少DOM操作。

由于Fragment只是一个“容器”，它本身并没有实际的DOM元素。因此，在patchChildren的过程中，Vue 3只需要比较Fragment的children，而不需要关心Fragment本身。这使得Vue 3可以更灵活地复用Fragment内部的VNode。

举个例子：

<!-- Parent Component -->
<template>
  <div>
    <ChildComponent :show="show" />
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';
import ChildComponent from './ChildComponent.vue';

export default {
  components: {
    ChildComponent
  },
  setup() {
    const show = ref(true);

    setTimeout(() => {
      show.value = false;
    }, 2000);

    return {
      show
    }
  }
}
</script>
<!-- ChildComponent.vue -->
<template>
  <template v-if="show">
    <h1>标题</h1>
    <p>段落一</p>
    <p>段落二</p>
  </template>
  <template v-else>
    <h2>另一个标题</h2>
    <p>新的段落</p>
  </template>
</template>

<script>
export default {
  props: {
    show: {
      type: Boolean,
      required: true
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，ChildComponent使用了Fragment来返回多个根节点。当show属性发生变化时，ChildComponent会切换显示不同的内容。

如果没有Fragment，每次show属性变化，Vue都需要重新创建整个ChildComponent的VNode树。但是有了Fragment，Vue只需要比较Fragment的children，并更新需要更新的节点。

更具体地说，当show从true变为false时，Vue会：

  1. 卸载（unmount）<h1>、<p>、<p>这三个节点。
  2. 挂载（mount）<h2>、<p>这两个节点。

整个过程只需要进行少量的DOM操作，而不需要重新创建整个VNode树。这大大提高了VNode的复用率，从而优化了性能。

四、Fragment的性能优势：不仅仅是减少DOM元素

Fragment的性能优势不仅仅体现在减少DOM元素上。更重要的是，它可以：

  • 减少VNode的创建和销毁： 正如上面例子所示，Fragment可以避免不必要的VNode创建和销毁，从而减少垃圾回收的压力。
  • 提高Diff算法的效率： Fragment使得Diff算法可以更专注于比较children，从而提高Diff算法的效率。
  • 减少内存占用： 由于Fragment本身没有实际的DOM元素，因此它可以减少内存占用。

咱们用一个表格来总结一下Fragment的优势：

优势 说明
减少DOM元素 避免在组件模板中添加额外的父元素，使DOM结构更简洁。
减少VNode创建 避免不必要的VNode创建和销毁，减少垃圾回收压力。
提高Diff效率 使Diff算法可以更专注于比较children，从而提高Diff算法的效率。
减少内存占用 Fragment本身没有实际的DOM元素，因此可以减少内存占用。
避免样式问题 避免因额外的父元素而导致的CSS样式问题。

五、Fragment的注意事项：key的重要性

虽然Fragment有很多优点，但也有一些需要注意的地方。最重要的一点就是：当Fragment的children是动态列表时，一定要为每个child添加key属性。

<template>
  <template>
    <div v-for="item in list" :key="item.id">
      {{ item.name }}
    </div>
  </template>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const list = ref([
      { id: 1, name: '苹果' },
      { id: 2, name: '香蕉' },
      { id: 3, name: '橘子' }
    ]);

    setTimeout(() => {
      list.value = [
        { id: 3, name: '橘子' },
        { id: 1, name: '苹果' },
        { id: 4, name: '西瓜' }
      ];
    }, 2000);

    return {
      list
    }
  }
}
</script>

如果不加key，Vue就无法正确地识别哪些节点是需要更新的，哪些节点是需要移动的，哪些节点是需要创建或销毁的。这会导致不必要的DOM操作，降低性能。

六、总结：Fragment，Vue 3性能优化的“幕后英雄”

总而言之，Fragment是Vue 3中一个非常重要的特性。它不仅可以简化组件模板，还可以提高VNode的复用率，从而优化性能。

下次你在写Vue 3组件的时候，不妨多考虑一下Fragment，也许它能给你带来意想不到的惊喜。

希望今天的讲座对大家有所帮助！咱们下回再见！

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