Vue 3 Suspense 组件的底层实现：异步依赖收集、状态机管理与 Hydration 策略

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 3 中 Suspense 组件的底层实现。Suspense 组件是 Vue 3 中处理异步依赖的一个重要组成部分，它允许我们在等待异步操作完成时显示一个占位内容，并在异步操作完成后无缝切换到实际内容。理解 Suspense 的底层实现，能够帮助我们更好地利用它来构建更流畅、用户体验更好的 Vue 应用。

我们将从以下几个方面展开讨论：

异步依赖收集：Suspense 如何识别并追踪异步依赖。
状态机管理：Suspense 如何在 pending、resolved 和 rejected 等状态之间切换。
Hydration 策略：Suspense 在服务器端渲染 (SSR) 和客户端渲染 (CSR) 中如何协同工作，特别是 Hydration 过程。

1. 异步依赖收集

Suspense 组件的核心功能在于能够识别和追踪其插槽中的异步依赖。这些异步依赖通常来自 async setup() 函数或组件内部的异步操作，例如 fetch 请求或 Promise。Vue 3 通过一种巧妙的机制来收集这些异步依赖。

1.1 `async setup()` 函数

在 Vue 3 中，setup() 函数可以声明为 async 函数。当 setup() 函数返回一个 Promise 时，Vue 会将其视为一个异步依赖。Suspense 组件会拦截这个 Promise，并在 Promise resolve 后再渲染组件。

<template>
  <Suspense>
    <template #default>
      <MyComponent />
    </template>
    <template #fallback>
      Loading...
    </template>
  </Suspense>
</template>

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

const MyComponent = defineComponent({
  async setup() {
    // 模拟异步数据获取
    const data = await new Promise(resolve => {
      setTimeout(() => {
        resolve({ message: 'Hello from async component!' });
      }, 1000);
    });

    return {
      message: data.message,
    };
  },
  template: '<div>{{ message }}</div>',
});

export default defineComponent({
  components: {
    MyComponent,
  },
});
</script>

在这个例子中，MyComponent 的 setup() 函数是 async 的，它返回一个 Promise。Suspense 组件会等待这个 Promise resolve 后才渲染 MyComponent。在等待期间，会显示 #fallback 插槽的内容。

1.2 `useAsyncData` (或类似的 Composition API)

更常见的情况是，我们在组件内部使用 Composition API 来处理异步数据。例如，我们可以创建一个 useAsyncData 函数来封装异步数据获取逻辑。

import { ref, onMounted } from 'vue';

export function useAsyncData(url) {
  const data = ref(null);
  const loading = ref(true);
  const error = ref(null);

  onMounted(async () => {
    try {
      const response = await fetch(url);
      data.value = await response.json();
    } catch (e) {
      error.value = e;
    } finally {
      loading.value = false;
    }
  });

  return {
    data,
    loading,
    error,
  };
}

然后，我们可以在组件中使用这个 useAsyncData 函数。

<template>
  <Suspense>
    <template #default>
      <div v-if="!loading && data">
        {{ data.message }}
      </div>
      <div v-if="error">
        Error: {{ error.message }}
      </div>
    </template>
    <template #fallback>
      Loading...
    </template>
  </Suspense>
</template>

<script>
import { defineComponent } from 'vue';
import { useAsyncData } from './useAsyncData';

export default defineComponent({
  setup() {
    const { data, loading, error } = useAsyncData('https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1');

    return {
      data,
      loading,
      error,
    };
  },
});
</script>

在这种情况下，Suspense 组件需要一种机制来识别 useAsyncData 中的异步操作。虽然 Vue 3 无法直接检测到 useAsyncData 内部的 fetch 请求，但它可以检测到 setup() 函数中使用了 Suspense 感知的 API，例如 defineAsyncComponent 或 useSuspense (后面会提到)。

1.3 `defineAsyncComponent`

defineAsyncComponent 是 Vue 3 提供的一个用于定义异步组件的函数。它允许我们延迟加载组件，直到需要时才加载。Suspense 组件可以很好地与 defineAsyncComponent 协同工作。

import { defineAsyncComponent } from 'vue';

const AsyncComponent = defineAsyncComponent({
  loader: () => import('./MyComponent.vue'),
  loadingComponent: {
    template: '<div>Loading...</div>',
  },
  errorComponent: {
    template: '<div>Failed to load component</div>',
  },
  delay: 200, // 延迟加载时间
  timeout: 3000, // 超时时间
});

defineAsyncComponent 内部会创建一个特殊的组件选项，这个选项会被 Vue 的渲染器识别，并通知 Suspense 组件。

1.4 `useSuspense` (高级用法)

Vue 3 提供了一个 useSuspense Composition API，允许我们在组件内部更细粒度地控制 Suspense 的行为。

import { useSuspense, onMounted, ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const { pending, resume, fallback } = useSuspense();
    const data = ref(null);

    onMounted(async () => {
      pending(); // 手动标记为 pending 状态
      try {
        const response = await fetch('https://jsonplaceholder.typicode.com/todos/1');
        data.value = await response.json();
      } finally {
        resume(); // 手动标记为 resolved 状态
      }
    });

    return {
      data,
      fallback,
    };
  },
  template: `
    <template v-if="data">
      {{ data.title }}
    </template>
    <template v-else>
      {{ fallback }}
    </template>
  `
};

useSuspense 提供了一组函数：

pending()：手动将 Suspense 组件设置为 pending 状态。
resume()：手动将 Suspense 组件设置为 resolved 状态。
fallback(): 返回fallback插槽的内容。

使用 useSuspense 可以让我们更灵活地控制 Suspense 的行为，但也需要手动管理状态，因此通常只在需要更精细控制的情况下使用。

1.5 依赖收集的实现细节 (简化版)

在 Vue 的内部实现中，依赖收集涉及到对组件实例的标记和对异步操作的追踪。以下是一个简化的伪代码，用于说明依赖收集的过程：

// 伪代码
function renderComponent(vnode, parentSuspense) {
  const instance = createComponentInstance(vnode);
  // ...

  if (vnode.type.__asyncLoader) { // 检查是否是 defineAsyncComponent 定义的组件
    parentSuspense?.registerAsyncDependency(instance); // 将组件实例注册到父 Suspense 组件
    vnode.type.__asyncLoader().then(() => {
      parentSuspense?.resolveAsyncDependency(instance); // 异步操作完成后，通知 Suspense 组件
    });
  } else if (instance.setupResult instanceof Promise) { // 检查 setup() 是否返回 Promise
    parentSuspense?.registerAsyncDependency(instance);
    instance.setupResult.then(() => {
      parentSuspense?.resolveAsyncDependency(instance);
    });
  }

  // ...
}

这个伪代码展示了 Vue 如何检测异步依赖，并将它们注册到父 Suspense 组件。当异步操作完成时，Suspense 组件会收到通知，并更新其状态。

2. 状态机管理

Suspense 组件内部维护一个状态机，用于跟踪异步依赖的状态。主要的状态包括：

状态	描述
`pending`	Suspense 组件正在等待异步依赖完成。此时会显示 `#fallback` 插槽的内容。
`resolved`	Suspense 组件的所有异步依赖都已完成。此时会显示 `#default` 插槽的内容。
`rejected`	Suspense 组件的某个异步依赖失败。此时可以显示一个错误信息，或者仍然显示 `#fallback` 插槽的内容。Vue 3 并没有强制要求如何处理 rejected 状态，通常由开发者自行决定。

2.1 状态转换

Suspense 组件的状态转换过程如下：

初始状态：pending：当 Suspense 组件首次渲染时，它会进入 pending 状态。
异步依赖完成：resolved：当 Suspense 组件的所有异步依赖都成功完成时，它会从 pending 状态转换为 resolved 状态。
异步依赖失败：rejected：如果 Suspense 组件的某个异步依赖失败，它可以转换为 rejected 状态。但是，Vue 3 并没有强制要求 Suspense 组件必须处理 rejected 状态。

2.2 状态管理的实现细节 (简化版)

以下是一个简化的伪代码，用于说明 Suspense 组件的状态管理：

// 伪代码
class SuspenseComponent {
  constructor() {
    this.state = 'pending';
    this.asyncDependencies = new Set();
  }

  registerAsyncDependency(instance) {
    this.asyncDependencies.add(instance);
  }

  resolveAsyncDependency(instance) {
    this.asyncDependencies.delete(instance);
    if (this.asyncDependencies.size === 0) {
      this.state = 'resolved';
      this.updateView(); // 更新视图，显示 #default 插槽的内容
    }
  }

  rejectAsyncDependency(instance, error) {
    this.state = 'rejected';
    this.error = error;
    this.updateView(); // 更新视图，显示错误信息或 fallback 内容
  }

  updateView() {
    // 根据当前状态，更新视图
    if (this.state === 'pending') {
      // 显示 #fallback 插槽的内容
    } else if (this.state === 'resolved') {
      // 显示 #default 插槽的内容
    } else if (this.state === 'rejected') {
      // 显示错误信息或 fallback 内容
    }
  }
}

这个伪代码展示了 Suspense 组件如何维护状态，以及如何在状态发生变化时更新视图。

3. Hydration 策略

Hydration 是指在客户端将服务器端渲染 (SSR) 的 HTML 标记 "激活" 的过程。对于 Suspense 组件，Hydration 过程需要特别注意，因为服务器端可能已经渲染了 #default 插槽的内容，而客户端可能仍然需要等待异步依赖完成。

3.1 服务器端渲染 (SSR)

在服务器端，Suspense 组件的行为取决于异步依赖是否已经完成。

异步依赖已完成：如果服务器端在渲染 Suspense 组件时，所有异步依赖都已经完成，那么服务器端会直接渲染 #default 插槽的内容。
异步依赖未完成：如果服务器端在渲染 Suspense 组件时，仍然有异步依赖未完成，那么服务器端可以选择渲染 #fallback 插槽的内容，或者直接渲染 #default 插槽的内容 (使用占位数据)。

3.2 客户端 Hydration

在客户端，Hydration 的目标是将服务器端渲染的 HTML 标记 "激活"，并使其能够响应用户的交互。对于 Suspense 组件，Hydration 过程需要处理以下几种情况：

服务器端渲染了 #default 插槽的内容，且客户端异步依赖已完成：在这种情况下，客户端只需要简单地 "激活" 服务器端渲染的 HTML 标记即可。
服务器端渲染了 #default 插槽的内容，但客户端异步依赖未完成：在这种情况下，客户端需要重新执行异步依赖，并在异步依赖完成之前显示 #fallback 插槽的内容。当异步依赖完成后，客户端需要将 #default 插槽的内容与服务器端渲染的 HTML 标记进行对比，并进行必要的更新。
服务器端渲染了 #fallback 插槽的内容：在这种情况下，客户端需要执行异步依赖，并在异步依赖完成后显示 #default 插槽的内容。

3.3 Hydration 策略的实现细节 (简化版)

以下是一个简化的伪代码，用于说明 Suspense 组件的 Hydration 策略：

// 伪代码
function hydrateSuspense(vnode, container) {
  const instance = vnode.component;

  if (instance.isHydrated) {
    return; // 已经 Hydrated，无需重复操作
  }

  if (instance.asyncDependencies.size === 0) {
    // 服务器端已经渲染了 #default 插槽的内容，且客户端异步依赖已完成
    // 简单地 "激活" 服务器端渲染的 HTML 标记
    instance.isHydrated = true;
    return;
  }

  // 服务器端可能渲染了 #default 插槽的内容，但客户端异步依赖未完成
  // 或者服务器端渲染了 #fallback 插槽的内容
  instance.state = 'pending'; // 强制设置为 pending 状态
  updateView(); // 显示 #fallback 插槽的内容 (如果需要)

  Promise.all(instance.asyncDependencies.map(dep => dep.setupResult)).then(() => {
    instance.state = 'resolved';
    // 对比服务器端渲染的 HTML 标记，并进行必要的更新
    patch(serverVnode, clientVnode, container);
    instance.isHydrated = true;
  });
}

这个伪代码展示了 Suspense 组件如何在客户端进行 Hydration，以及如何处理异步依赖。

3.4 Hydration 的一些优化点

服务端提供Hydration提示：服务器端可以在渲染的 HTML 中嵌入一些提示信息，例如异步依赖是否已经完成，以及异步依赖的数据版本号。这样可以帮助客户端更快地判断是否需要重新执行异步依赖。
Partial Hydration：Vue 3 允许进行 Partial Hydration，即只 Hydrate 部分组件。对于 Suspense 组件，可以只 Hydrate #fallback 插槽的内容，而延迟 Hydrate #default 插槽的内容，直到异步依赖完成。
Streaming SSR：使用 Streaming SSR，服务器端可以分块地发送 HTML 内容。对于 Suspense 组件，可以先发送 #fallback 插槽的内容，然后在异步依赖完成后再发送 #default 插槽的内容。

4. 总结：Suspense 组件的核心机制

Suspense 组件通过异步依赖收集、状态机管理和精细的 Hydration 策略，实现了对异步操作的优雅处理。它允许我们在等待异步操作完成时显示一个占位内容，并在异步操作完成后无缝切换到实际内容，从而提升用户体验。理解 Suspense 的底层实现，能够帮助我们更好地利用它来构建更流畅、用户体验更好的 Vue 应用。

希望今天的讲解能够帮助大家更好地理解 Vue 3 Suspense 组件的底层实现。感谢大家的收听！

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Vue 3 Suspense组件的底层实现：异步依赖收集、状态机管理与Hydration策略

Vue 3 Suspense 组件的底层实现：异步依赖收集、状态机管理与 Hydration 策略

1. 异步依赖收集

1.1 `async setup()` 函数

1.2 `useAsyncData` (或类似的 Composition API)

1.3 `defineAsyncComponent`

1.4 `useSuspense` (高级用法)

1.5 依赖收集的实现细节 (简化版)

2. 状态机管理

2.1 状态转换

2.2 状态管理的实现细节 (简化版)

3. Hydration 策略

3.1 服务器端渲染 (SSR)

3.2 客户端 Hydration

3.3 Hydration 策略的实现细节 (简化版)

3.4 Hydration 的一些优化点

4. 总结：Suspense 组件的核心机制

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Vue 3 Suspense 组件的底层实现：异步依赖收集、状态机管理与 Hydration 策略

1. 异步依赖收集

1.1 async setup() 函数

1.2 useAsyncData (或类似的 Composition API)

1.3 defineAsyncComponent

1.4 useSuspense (高级用法)

1.5 依赖收集的实现细节 (简化版)

2. 状态机管理

2.1 状态转换

2.2 状态管理的实现细节 (简化版)

3. Hydration 策略

3.1 服务器端渲染 (SSR)

3.2 客户端 Hydration

3.3 Hydration 策略的实现细节 (简化版)

3.4 Hydration 的一些优化点

4. 总结：Suspense 组件的核心机制

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1.1 `async setup()` 函数

1.2 `useAsyncData` (或类似的 Composition API)

1.3 `defineAsyncComponent`

1.4 `useSuspense` (高级用法)

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