Svelte的编译器：探讨`Svelte`如何在编译阶段将组件转换为原生JavaScript，从而避免运行时开销。 - 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

Svelte 编译器：编译时优化与运行时零开销

大家好，今天我们来深入探讨 Svelte 的核心优势——其编译器。与其他框架不同，Svelte 将大量工作放在编译阶段，将组件转换为高度优化的原生 JavaScript，从而在运行时避免了虚拟 DOM 的开销，实现了卓越的性能。

1. Svelte 的编译流程概览

Svelte 的编译流程大致可以分为以下几个步骤：

解析 (Parsing): Svelte 编译器首先解析 .svelte 文件，将其分解为抽象语法树 (Abstract Syntax Tree, AST)。AST 是代码的结构化表示，方便后续的分析和转换。
分析 (Analysis): 编译器分析 AST，理解组件的结构、依赖关系、数据绑定、生命周期钩子等。
转换 (Transformation): 编译器根据分析结果，将 Svelte 组件转换为原生 JavaScript 代码。这个过程包括：
- 创建 DOM 元素的代码
- 更新 DOM 元素的代码 (针对数据绑定)
- 处理事件的代码
- 生命周期钩子的调用代码
代码生成 (Code Generation): 编译器将转换后的 JavaScript 代码生成最终的输出文件，通常是 .js 文件。
优化 (Optimization): 在代码生成过程中或之后，编译器还会进行各种优化，例如：
- 消除冗余代码
- 内联函数
- 死代码消除

2. 编译时数据绑定与更新

Svelte 的数据绑定机制是其编译时优化的关键。与其他框架在运行时使用虚拟 DOM 进行 diff 比较不同，Svelte 在编译时就确定了哪些 DOM 元素需要更新，以及如何更新。

考虑以下简单的 Svelte 组件：

<script>
  let count = 0;

  function increment() {
    count += 1;
  }
</script>

<button on:click={increment}>
  Count: {count}
</button>

在编译时，Svelte 编译器会生成类似以下的 JavaScript 代码（简化版）：

/* App.svelte generated by Svelte v3.x.x */

import {
    SvelteComponent,
    detach,
    element,
    listen,
    insert,
    noop,
    safe_not_equal,
    text,
    update_keyed_each
} from "svelte/internal";

function create_fragment(ctx) {
    let button;
    let t0;
    let t1;
    let dispose;

    return {
        c() {
            button = element("button");
            t0 = text("Count: ");
            t1 = text(ctx.count);
            dispose = listen(button, "click", ctx.increment);
        },
        m(target, anchor) {
            insert(target, button, anchor);
            button.appendChild(t0);
            button.appendChild(t1);
        },
        p(ctx, [dirty]) {
            if (dirty & /*count*/ 1) {
                t1.data = ctx.count;
            }
        },
        i: noop,
        o: noop,
        d(detaching) {
            if (detaching) detach(button);
            dispose();
        }
    };
}

function instance($$self, $$props, $$invalidate) {
    let count = 0;

    function increment() {
        $$invalidate('count', count += 1);
    }

    return { count, increment };
}

class App extends SvelteComponent {
    constructor(options) {
        super();
        init(this, options, instance, create_fragment, safe_not_equal, { count: 0 });
    }
}

export default App;

关键点：

create_fragment 函数负责创建 DOM 元素。
m 函数负责将 DOM 元素插入到文档中。
p 函数（patch）负责更新 DOM 元素。它只会在 count 的值发生变化时更新 t1.data（即文本节点的内容）。dirty & /*count*/ 1 检查 count 是否是需要更新的依赖项之一。
$$invalidate 函数是 Svelte 的响应式系统的一部分，它通知 Svelte 组件的状态发生了变化，触发 p 函数的执行。

可以看出，Svelte 编译器直接生成了更新 DOM 元素的代码，而不需要运行时进行虚拟 DOM 的 diff 比较。

3. 组件的生命周期管理

Svelte 组件具有标准的生命周期钩子，例如 onMount、onDestroy、beforeUpdate 和 afterUpdate。Svelte 编译器会将这些钩子函数转换为在适当的时机执行的代码。

例如：

<script>
  import { onMount, onDestroy } from 'svelte';

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

  onDestroy(() => {
    console.log('Component destroyed');
  });
</script>

<h1>Hello, Svelte!</h1>

Svelte 编译器会生成在组件挂载后和卸载前调用 onMount 和 onDestroy 函数的代码。这些函数的执行时机是在编译时确定的，因此避免了运行时的额外开销。

4. 事件处理

Svelte 使用 on: 指令来绑定事件。编译器会将这些事件绑定转换为原生 JavaScript 事件监听器。

例如：

<button on:click={handleClick}>Click me</button>

<script>
  function handleClick() {
    alert('Button clicked!');
  }
</script>

Svelte 编译器会生成添加事件监听器的代码：

button.addEventListener('click', handleClick);

这样，当按钮被点击时，handleClick 函数会被直接调用，而不需要通过虚拟 DOM 或其他中间层。

5. 条件渲染和循环渲染

Svelte 使用 #if 和 #each 块来实现条件渲染和循环渲染。编译器会将这些块转换为原生 JavaScript 代码，以高效地创建和更新 DOM 元素。

条件渲染 (#if)
```
{#if showMessage}
  <p>This is a message.</p>
{/if}

<script>
  let showMessage = true;
</script>
```
编译器会将 #if 块转换为一个条件语句，用于创建或销毁相应的 DOM 元素。
循环渲染 (#each)
```
<ul>
  {#each items as item}
    <li>{item.name}</li>
  {/each}
</ul>

<script>
  let items = [
    { name: 'Apple' },
    { name: 'Banana' },
    { name: 'Orange' }
  ];
</script>
```
编译器会将 #each 块转换为一个循环，用于创建和更新 DOM 元素。Svelte 会尽可能地重用现有的 DOM 元素，以提高性能。Svelte 3引入了keyed-each block, 可以更高效的更新列表，使用唯一的key来标识每个列表项，从而避免不必要的DOM操作。
```
<ul>
  {#each items as item (item.id)}
    <li>{item.name}</li>
  {/each}
</ul>

<script>
  let items = [
    { id: 1, name: 'Apple' },
    { id: 2, name: 'Banana' },
    { id: 3, name: 'Orange' }
  ];
</script>
```
在这个例子中，item.id被用作key。当items数组发生变化时，Svelte会使用这些key来确定哪些列表项被添加、删除或移动，并相应地更新DOM。这样可以避免不必要的DOM操作，从而提高性能。

6. 组件间的通信

Svelte 提供了多种组件间通信的方式，包括：

Props (属性): 父组件可以通过 props 向子组件传递数据。
Events (事件): 子组件可以触发事件，通知父组件。
Context (上下文): 可以使用 setContext 和 getContext 在组件树中共享数据。
Writable Stores: 使用 Svelte 的内置 store 管理状态，组件可以订阅 store 的变化。

Svelte 编译器会将这些通信机制转换为高效的 JavaScript 代码。例如，props 的传递是在编译时确定的，事件的触发和监听也是直接通过 JavaScript 实现的。

7. 代码优化实例

让我们通过一个更实际的例子来了解 Svelte 编译器的优化能力。

<script>
  let name = 'World';
  let count = 0;

  function increment() {
    count += 1;
  }
</script>

<h1>Hello, {name}!</h1>
<p>Count: {count}</p>
<button on:click={increment}>Increment</button>

{#if count > 5}
  <p>Count is greater than 5</p>
{/if}

Svelte 编译器会将这个组件转换为类似以下的 JavaScript 代码（简化版）：

/* App.svelte generated by Svelte v3.x.x */

import {
    SvelteComponent,
    detach,
    element,
    listen,
    insert,
    noop,
    safe_not_equal,
    text
} from "svelte/internal";

function create_fragment(ctx) {
    let h1;
    let t0;
    let t1;
    let p0;
    let t2;
    let t3;
    let button;
    let t4;
    let dispose;
    let if_block_anchor;

    let if_block = (ctx.count > 5) && create_if_block(ctx);

    return {
        c() {
            h1 = element("h1");
            t0 = text("Hello, ");
            t1 = text(ctx.name + "!");
            p0 = element("p");
            t2 = text("Count: ");
            t3 = text(ctx.count);
            button = element("button");
            t4 = text("Increment");
            dispose = listen(button, "click", ctx.increment);
            if (if_block) if_block.c();
            if_block_anchor = document.createTextNode("");
        },
        m(target, anchor) {
            insert(target, h1, anchor);
            h1.appendChild(t0);
            h1.appendChild(t1);
            insert(target, p0, anchor);
            p0.appendChild(t2);
            p0.appendChild(t3);
            insert(target, button, anchor);
            button.appendChild(t4);
            if (if_block) if_block.m(target, anchor);
            insert(target, if_block_anchor, anchor);
        },
        p(ctx, [dirty]) {
            if (dirty & /*name*/ 1) {
                t1.data = ctx.name + "!";
            }

            if (dirty & /*count*/ 2) {
                t3.data = ctx.count;
            }

            if (ctx.count > 5) {
                if (!if_block) {
                    if_block = create_if_block(ctx);
                    if_block.c();
                    if_block.m(if_block_anchor.parentNode, if_block_anchor);
                }
            } else if (if_block) {
                if_block.d(1);
                if_block = null;
            }
        },
        i: noop,
        o: noop,
        d(detaching) {
            if (detaching) detach(h1);
            if (detaching) detach(p0);
            if (detaching) detach(button);
            dispose();
            if (if_block) if_block.d(detaching);
            if (detaching) detach(if_block_anchor);
        }
    };
}

// ... (其他代码，包括 instance 函数和 create_if_block 函数)

从生成的代码中可以看出：

Svelte 编译器直接生成了创建和更新 DOM 元素的代码，避免了虚拟 DOM 的开销。
p 函数只会在 name 或 count 的值发生变化时更新相应的 DOM 元素。
#if 块被转换为一个条件语句，用于创建或销毁相应的 DOM 元素。

8. Svelte 与其他框架的比较

特性	Svelte	React	Vue	Angular
渲染方式	编译时渲染，生成原生 JavaScript	运行时渲染，使用虚拟 DOM	运行时渲染，使用虚拟 DOM	运行时渲染，使用虚拟 DOM
包大小	非常小	较大	较大	较大
性能	非常快	快	快	较快
学习曲线	较低	中等	中等	较高
灵活性	高	高	高	高
生态系统	较小，但增长迅速	非常大	非常大	大
适用场景	对性能要求高的应用，小型项目，嵌入式系统	大型项目，需要丰富的生态系统和社区支持	中型项目，需要易于使用的框架和快速开发	大型企业级应用，需要强大的工具和架构支持

9. Svelte 的优势和劣势

优势：

性能卓越： 编译时优化和运行时零开销使得 Svelte 在性能方面具有显著优势。
包大小小： Svelte 生成的代码非常小，可以减少应用的加载时间。
易于学习： Svelte 的语法简洁明了，易于学习和使用。
可访问性： Svelte 编译器可以生成语义化的 HTML 代码，提高应用的可访问性。

劣势：

生态系统相对较小： 与 React、Vue 和 Angular 相比，Svelte 的生态系统相对较小，可用的组件和工具较少。
社区规模相对较小： Svelte 的社区规模相对较小，可能难以找到解决问题的资源。
工具支持相对较少： Svelte 的工具支持相对较少，例如 IDE 插件和调试工具。

10. Svelte 适用场景

Svelte 适用于以下场景：

对性能要求高的应用： 例如动画、游戏和数据可视化应用。
小型项目： Svelte 的易于学习和使用使其成为小型项目的理想选择。
嵌入式系统： Svelte 的小包大小使其适合于嵌入式系统。
渐进式增强： 可以逐步将 Svelte 集成到现有的项目中。

11. 代码示例：自定义指令

Svelte允许开发者创建自定义指令，进一步扩展框架的功能。以下是一个简单的自定义指令的例子，该指令用于在元素获得焦点时自动选择其内容：

<script>
  function selectOnFocus(node) {
    function onFocus() {
      node.select();
    }

    node.addEventListener('focus', onFocus);

    return {
      destroy() {
        node.removeEventListener('focus', onFocus);
      }
    };
  }
</script>

<input type="text" value="Click to select" use:selectOnFocus />

在这个例子中，selectOnFocus 函数是一个自定义指令。它接收一个 DOM 节点作为参数，并添加一个 focus 事件监听器。当元素获得焦点时，监听器会调用 node.select() 方法来选择元素的内容。指令返回一个 destroy 函数，该函数在组件销毁时被调用，用于移除事件监听器。

Svelte编译器会将 use:selectOnFocus 指令转换为相应的 JavaScript 代码，确保在组件挂载后添加事件监听器，并在组件卸载前移除监听器。

12. 更复杂的示例：动态组件

Svelte允许开发者动态的渲染组件，这在构建复杂的UI时非常有用。

<script>
  import ComponentA from './ComponentA.svelte';
  import ComponentB from './ComponentB.svelte';

  let currentComponent = ComponentA;

  function switchComponent() {
    currentComponent = (currentComponent === ComponentA) ? ComponentB : ComponentA;
  }
</script>

<button on:click={switchComponent}>Switch Component</button>

<svelte:component this={currentComponent} />

在这个例子中，currentComponent变量决定了当前渲染的组件。switchComponent函数用于切换currentComponent的值。<svelte:component>元素用于动态的渲染组件。

Svelte编译器会将这个组件转换为相应的JavaScript代码，确保在currentComponent的值发生变化时，重新渲染组件。

13. 深入理解 Svelte 的响应式原理

Svelte 的响应式系统基于一个简单的概念：任何被声明为变量的状态都会被编译器 "标记" 为响应式状态。当这些状态发生变化时，Svelte 会自动更新依赖于这些状态的 DOM。

Svelte 3 使用了 $$invalidate 函数来实现响应式更新。当一个响应式状态发生变化时，$$invalidate 函数会被调用，它会通知 Svelte 哪个状态发生了变化，并触发相应的更新。

例如，考虑以下组件：

<script>
  let name = 'World';

  function updateName() {
    name = 'Svelte';
  }
</script>

<h1>Hello, {name}!</h1>
<button on:click={updateName}>Update Name</button>

当 updateName 函数被调用时，name 变量的值会发生变化。为了让 Svelte 知道 name 变量已经发生了变化，我们需要使用 $$invalidate 函数：

<script>
  let name = 'World';

  function updateName() {
    $$invalidate('name', name = 'Svelte');
  }
</script>

<h1>Hello, {name}!</h1>
<button on:click={updateName}>Update Name</button>

在这个例子中，$$invalidate('name', name = 'Svelte') 告诉 Svelte name 变量的值已经发生了变化，并且新的值是 'Svelte'。 Svelte 会自动更新 <h1> 元素的内容，以反映 name 变量的新值。 Svelte 编译器会自动插入 $$invalidate 调用，无需手动添加。

14. Svelte 的 Store

Svelte的Store提供了一种管理组件状态的机制，特别是在多个组件之间共享状态时。Svelte提供了三种类型的Store：Writable、Readable和Derived。

Writable Store: 允许读写状态。

<script>
  import { writable } from 'svelte/store';

  const count = writable(0);

  function increment() {
    count.update(n => n + 1);
  }
</script>

<h1>Count: {$count}</h1>
<button on:click={increment}>Increment</button>

Readable Store: 只允许读取状态。

<script>
  import { readable } from 'svelte/store';

  const time = readable(new Date(), function start(set) {
    const interval = setInterval(() => {
      set(new Date());
    }, 1000);

    return function stop() {
      clearInterval(interval);
    };
  });
</script>

<h1>Current time: {$time}</h1>

Derived Store: 从其他Store派生出的Store。

<script>
  import { writable } from 'svelte/store';
  import { derived } from 'svelte/store';

  const firstName = writable('John');
  const lastName = writable('Doe');

  const fullName = derived(
    [firstName, lastName],
    ([$firstName, $lastName]) => `${$firstName} ${$lastName}`
  );
</script>

<h1>Full name: {$fullName}</h1>

Svelte编译器会将这些Store转换为相应的JavaScript代码，确保在Store的值发生变化时，自动更新依赖于这些Store的组件。

总结：Svelte 的编译时魔法

Svelte 的强大之处在于其编译器，它将组件转换为高效的原生 JavaScript 代码，避免了虚拟 DOM 的开销，实现了卓越的性能。通过编译时的数据绑定、生命周期管理、事件处理和代码优化，Svelte 提供了一种简洁、高效和可访问的 Web 开发体验。Svelte 的编译时处理使得应用的性能得到极大提升。

Svelte 编译器：编译时优化与运行时零开销

发表回复 取消回复

发表回复取消回复