Vue中的`keep-alive`：深入理解其缓存机制与生命周期钩子？

Vue中的keep-alive：深入理解其缓存机制与生命周期钩子

大家好，今天我们来深入探讨Vue中的一个重要组件：keep-alive。keep-alive 主要用于缓存组件，避免重复渲染带来的性能损耗，提升用户体验。我们将从它的基本用法、缓存机制、生命周期钩子以及一些高级应用等方面进行详细讲解。

1. keep-alive 的基本用法

keep-alive 是一个内置组件，这意味着我们不需要额外安装就可以直接在 Vue 项目中使用。它的主要作用是缓存包裹在其中的组件，避免组件被销毁和重新创建。

最简单的使用方式如下：

<template>
  <div>
    <keep-alive>
      <component :is="currentComponent"></component>
    </keep-alive>

    <button @click="toggleComponent">切换组件</button>
  </div>
</template>

<script>
import ComponentA from './components/ComponentA.vue';
import ComponentB from './components/ComponentB.vue';

export default {
  components: {
    ComponentA,
    ComponentB,
  },
  data() {
    return {
      currentComponent: 'ComponentA',
    };
  },
  methods: {
    toggleComponent() {
      this.currentComponent = this.currentComponent === 'ComponentA' ? 'ComponentB' : 'ComponentA';
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，keep-alive 包裹了动态组件 <component :is="currentComponent"></component>。 当 currentComponent 在 ComponentA 和 ComponentB 之间切换时，keep-alive 会缓存不活动的组件实例，避免每次都重新创建。 这意味着，当从ComponentB切换回ComponentA时，ComponentA的状态会被保留。

2. keep-alive 的 Props

keep-alive 提供了三个主要的 props，用于控制缓存行为：

• include: String | Array | RegExp。 只有名称匹配的组件会被缓存。
• exclude: String | Array | RegExp。 任何名称匹配的组件都不会被缓存。
• max: Number。 最多可以缓存多少个组件实例。

下面分别对这三个props进行详细说明：

2.1 include prop

include 允许我们指定哪些组件需要被缓存。它可以接受字符串、字符串数组或者正则表达式。

• 字符串:

  <keep-alive include="ComponentA">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  只有组件名为 "ComponentA" 的组件才会被缓存。

• 字符串数组:

  <keep-alive :include="['ComponentA', 'ComponentB']">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  组件名为 "ComponentA" 和 "ComponentB" 的组件才会被缓存。

• 正则表达式:

  <keep-alive :include="/^Component/">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  组件名以 "Component" 开头的组件才会被缓存。

2.2 exclude prop

exclude 的作用与 include 相反，它允许我们指定哪些组件不应该被缓存。它同样可以接受字符串、字符串数组或者正则表达式。

• 字符串:

  <keep-alive exclude="ComponentC">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  组件名为 "ComponentC" 的组件不会被缓存。

• 字符串数组:

  <keep-alive :exclude="['ComponentC', 'ComponentD']">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  组件名为 "ComponentC" 和 "ComponentD" 的组件不会被缓存。

• 正则表达式:

  <keep-alive :exclude="/^Component/">
    <component :is="currentComponent"></component>
  </keep-alive>

  组件名以 "Component" 开头的组件不会被缓存。

2.3 max prop

max 允许我们指定 keep-alive 可以缓存的最大组件实例数量。当缓存的组件数量超过 max 时，keep-alive 会基于 LRU (Least Recently Used) 策略，移除最近最少使用的组件实例。

<keep-alive :max="10">
  <component :is="currentComponent"></component>
</keep-alive>

在这个例子中，keep-alive 最多缓存 10 个组件实例。

3. keep-alive 的缓存机制

keep-alive 的缓存机制是基于 Vue 的虚拟 DOM 和组件实例来实现的。 当一个组件被 keep-alive 包裹时，它不会被立即销毁，而是会被缓存起来。

具体来说，当组件被卸载时，keep-alive 会拦截组件的 beforeDestroy 和 destroyed 生命周期钩子。 它会将组件的 vnode (虚拟节点) 存储在 cache 对象中，并将组件实例从 DOM 树中移除。

当组件再次被激活时，keep-alive 会从 cache 对象中取出对应的 vnode，并将其重新插入到 DOM 树中。 由于组件实例仍然存在，因此组件的状态得以保留。

cache 对象是一个简单的键值对存储，其中键是组件的 tag (组件名称) ，值是组件的 vnode。

LRU (Least Recently Used) 策略

当 keep-alive 的 max 属性被设置时，缓存的组件数量受到限制。 为了避免缓存无限增长，keep-alive 采用 LRU 策略来决定哪些组件应该被移除。

LRU 策略的核心思想是：最近被使用的组件更有可能在将来被再次使用。 因此，keep-alive 会跟踪每个被缓存组件的访问时间。 当缓存达到最大容量时，keep-alive 会移除最近最少使用的组件。

4. keep-alive 的生命周期钩子

当组件被 keep-alive 缓存和激活时，会触发两个特殊的生命周期钩子：

• activated: 组件被激活时调用。
• deactivated: 组件被停用时调用。

这两个钩子函数允许我们在组件被缓存和激活时执行一些自定义的逻辑。

例如，我们可以在 activated 钩子中重新获取数据，或者在 deactivated 钩子中保存组件的状态。

<template>
  <div>
    <h1>Component A</h1>
    <p>Count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      count: 0,
    };
  },
  activated() {
    console.log('ComponentA activated');
    // 重新获取数据或者执行其他激活逻辑
  },
  deactivated() {
    console.log('ComponentA deactivated');
    // 保存组件状态或者执行其他停用逻辑
  },
  methods: {
    increment() {
      this.count++;
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，当 ComponentA 被 keep-alive 缓存并激活时，控制台会输出 "ComponentA activated"。 当 ComponentA 被停用时，控制台会输出 "ComponentA deactivated"。

5. keep-alive 的注意事项

在使用 keep-alive 时，需要注意以下几点：

• 组件的 name 属性: keep-alive 使用组件的 name 属性来匹配需要缓存的组件。 因此，如果你的组件没有定义 name 属性，keep-alive 将无法正确地缓存该组件。

• v-if 和 v-show: keep-alive 只能缓存被渲染的组件。 如果组件被 v-if 指令条件性地渲染，当条件为 false 时，组件不会被渲染，也不会被缓存。 v-show 只是切换组件的显示状态，组件始终会被渲染，因此可以与 keep-alive 一起使用。

• 根组件: keep-alive 不能用于缓存根组件。

• 抽象组件: keep-alive 本身是一个抽象组件，它不会在 DOM 树中渲染任何元素。

6. 深入理解缓存策略：cache、keys和pruneCacheEntry

为了更深入地了解 keep-alive 的工作原理，我们需要了解其内部使用的一些关键变量和函数。

• cache: 这是一个对象，用于存储缓存的组件 vnode。 键是组件的 tag（组件的名称），值是对应的 vnode。
• keys: 这是一个数组，用于维护缓存组件的访问顺序。 每次访问一个缓存的组件时，其对应的键会被移动到数组的末尾，从而实现 LRU 策略。
• pruneCacheEntry: 这是一个函数，用于从缓存中移除一个组件。它会从 cache 对象中移除对应的 vnode，并从 keys 数组中移除对应的键。同时，它还会触发组件的 destroyed 钩子函数，以便进行一些清理工作。

下面是一个简化的 keep-alive 组件实现，用于演示其缓存机制：

export default {
  name: 'keep-alive',
  props: {
    include: [String, RegExp, Array],
    exclude: [String, RegExp, Array],
    max: [String, Number],
  },
  created() {
    this.cache = Object.create(null); // 用于存储缓存的 vnode
    this.keys = []; // 用于维护缓存的访问顺序
  },
  destroyed() {
    for (const key in this.cache) {
      pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys);
    }
  },
  mounted() {
    this.$watch('include', (val) => {
      pruneCache(this, (name) => !matches(val, name));
    });
    this.$watch('exclude', (val) => {
      pruneCache(this, (name) => matches(val, name));
    });
  },
  render() {
    const slot = this.$slots.default;
    const vnode = getFirstComponentChild(slot);
    const componentOptions = vnode && vnode.componentOptions;
    if (componentOptions) {
      // check pattern
      const name = getComponentName(componentOptions);
      const { include, exclude } = this;
      if (
        // not included
        (include && (!name || !matches(include, name))) ||
        // excluded
        (exclude && name && matches(exclude, name))
      ) {
        return vnode;
      }

      const { cache, keys } = this;
      const key =
        vnode.key == null
          ? componentOptions.Ctor.cid + (componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : '')
          : vnode.key;
      if (cache[key]) {
        // hit - move to the end
        vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance;
        remove(keys, key);
        keys.push(key);
      } else {
        // fresh
        cache[key] = vnode;
        keys.push(key);
        // prune oldest entry
        if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
          pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode);
        }
      }

      vnode.data.keepAlive = true;
    }
    return vnode || (slot && slot[0]);
  },
};

function pruneCacheEntry(cache, key, keys, current) {
  const cached = cache[key];
  const vnode = cached.vnode;
  if (vnode) {
    vnode.componentInstance.$destroy(); // 销毁组件实例
  }
  cache[key] = null;
  remove(keys, key);
}

function remove(arr, item) {
  if (arr.length) {
    const index = arr.indexOf(item);
    if (index > -1) {
      return arr.splice(index, 1);
    }
  }
}

function matches(pattern, name) {
  if (Array.isArray(pattern)) {
    return pattern.indexOf(name) > -1;
  } else if (typeof pattern === 'string') {
    return pattern.split(',').indexOf(name) > -1;
  } else if (isRegExp(pattern)) {
    return pattern.test(name);
  }
  /* istanbul ignore next */
  return false;
}

function isRegExp(v) {
  return Object.prototype.toString.call(v) === '[object RegExp]';
}

function getComponentName(opts) {
  return opts && (opts.Ctor.options.name || opts.tag);
}

function getFirstComponentChild(children) {
  if (Array.isArray(children)) {
    for (let i = 0; i < children.length; i++) {
      const c = children[i];
      if (typeof c === 'object' && c && (c.componentOptions || c.asyncFactory)) {
        return c;
      }
    }
  }
}

function pruneCache(keepAliveInstance, filter) {
    const { cache, keys, _vnode } = keepAliveInstance
    for (const key in cache) {
      const cachedNode = cache[key]
      if (cachedNode) {
        const name = cachedNode.componentOptions.Ctor.options.name
        if (filter(name)) {
          pruneCacheEntry(cache, key, keys, _vnode)
        }
      }
    }
  }

这个简化的实现省略了一些细节，但它展示了 keep-alive 的核心缓存逻辑：

1. 在 created 钩子中，初始化 cache 和 keys。
2. 在 render 函数中，检查组件是否应该被缓存 (根据 include 和 exclude prop)。
3. 如果组件应该被缓存，则将其 vnode 存储在 cache 中，并将键添加到 keys 数组中。 如果组件已经存在于 cache 中，则将其移动到 keys 数组的末尾。
4. 如果缓存达到最大容量 (由 max prop 指定)，则使用 pruneCacheEntry 函数移除最近最少使用的组件。
5. 在 destroyed 钩子中，销毁所有缓存的组件实例。

7. keep-alive 的高级应用

除了基本用法之外，keep-alive 还可以用于一些高级场景。

• 动态组件缓存: 我们可以使用 keep-alive 来缓存动态组件，从而避免在组件切换时重新创建组件实例。

• 选项卡组件: 我们可以使用 keep-alive 来缓存选项卡组件的内容，从而提升选项卡切换的性能。

• 列表页面: 我们可以使用 keep-alive 来缓存列表页面，从而避免在页面切换时重新加载数据。 但是，需要注意 keep-alive 的缓存大小，避免缓存过多的数据导致性能问题。

8. 示例：选项卡组件的 keep-alive 应用

<template>
  <div>
    <div class="tabs">
      <button
        v-for="tab in tabs"
        :key="tab.name"
        @click="currentTab = tab.name"
        :class="{ active: currentTab === tab.name }"
      >
        {{ tab.label }}
      </button>
    </div>

    <keep-alive>
      <component :is="currentTabComponent"></component>
    </keep-alive>
  </div>
</template>

<script>
import TabA from './components/TabA.vue';
import TabB from './components/TabB.vue';
import TabC from './components/TabC.vue';

export default {
  components: {
    TabA,
    TabB,
    TabC,
  },
  data() {
    return {
      tabs: [
        { name: 'TabA', label: 'Tab A' },
        { name: 'TabB', label: 'Tab B' },
        { name: 'TabC', label: 'Tab C' },
      ],
      currentTab: 'TabA',
    };
  },
  computed: {
    currentTabComponent() {
      return this.currentTab;
    },
  },
};
</script>

<style scoped>
.tabs {
  display: flex;
}

.tabs button {
  padding: 10px 20px;
  border: none;
  background-color: #f0f0f0;
  cursor: pointer;
}

.tabs button.active {
  background-color: #ddd;
}
</style>

在这个例子中，我们使用 keep-alive 来缓存选项卡组件 TabA、TabB 和 TabC。 当用户切换选项卡时，keep-alive 会从缓存中取出对应的组件实例，从而避免重新创建组件实例。

9. keep-alive 的限制与替代方案

虽然 keep-alive 在很多场景下都非常有用，但它也有一些限制。 例如，keep-alive 只能缓存组件实例，而不能缓存组件的数据。 如果需要在组件切换时保留组件的数据，可以考虑使用 Vuex 或者 localStorage 等方案。

此外，对于一些复杂的场景，keep-alive 可能无法满足需求。 例如，如果需要在组件被停用时执行一些异步操作，keep-alive 就无法提供支持。 在这种情况下，可以考虑使用自定义的缓存策略。

表格总结

Prop	类型	描述
include	String | Array | RegExp	只有名称匹配的组件会被缓存。
exclude	String | Array | RegExp	任何名称匹配的组件都不会被缓存。
max	Number	最多可以缓存多少个组件实例。

生命周期钩子	描述
activated	组件被激活时调用。主要用于在组件重新显示时执行一些操作，例如重新获取数据。
deactivated	组件被停用时调用。通常用于在组件被缓存之前保存一些状态，或者停止一些正在进行的异步操作。

核心机制要点

总的来说，keep-alive通过虚拟DOM和组件实例，配合LRU策略实现组件缓存，activated和deactivated生命周期钩子提供了在组件激活和停用时执行自定义逻辑的机会。理解其props和内部机制，能更好地利用它提升Vue应用的性能和用户体验。