Vue编译器中的`key`属性解析：确保Patching算法正确识别可复用节点

大家好，今天我们来深入探讨Vue编译器中key属性的作用，以及它如何影响Vue的Patching算法，从而确保正确识别和复用DOM节点，提升应用的性能。

1. Vue的Patching算法简介

Vue使用虚拟DOM (Virtual DOM) 来提升性能。当我们修改Vue组件的数据时，Vue不会直接操作真实DOM，而是先创建一个虚拟DOM树，然后将新的虚拟DOM树与旧的虚拟DOM树进行比较（Diff算法），找出差异，最后只更新需要更新的部分到真实DOM。这个比较和更新的过程被称为Patching。

Patching算法的核心目标是：

最小化DOM操作： 只更新发生变化的部分，避免不必要的DOM操作，提高性能。
正确识别节点： 能够正确识别哪些节点需要更新、哪些节点可以复用、哪些节点需要新增或删除。

2. `key`属性的作用

key是一个特殊的属性，主要用在Vue的v-for指令中，用于给每个列表项的虚拟DOM节点赋予一个唯一的标识符。这个标识符告诉Vue的Patching算法如何区分不同的节点，即使它们在列表中的位置发生了变化。

更具体地说，key属性的主要作用是：

节点识别： 帮助Vue区分不同的节点，即使它们的内容相同。
节点复用： 允许Vue在更新列表时，复用现有的DOM节点，而不是创建新的节点。
提升性能： 通过复用节点，减少DOM操作，提高更新性能。

3. 没有`key`属性的情况

如果没有为v-for指令中的节点提供key属性，Vue会尝试就地更新 (in-place patch)。这意味着Vue会尽可能地复用现有的DOM节点，但可能会导致一些问题。

让我们通过一个例子来说明：

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.text }}</li>
    </ul>
    <button @click="addItem">Add Item</button>
    <button @click="reverseItems">Reverse Items</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, text: 'Item 1' },
        { id: 2, text: 'Item 2' },
        { id: 3, text: 'Item 3' }
      ]
    };
  },
  methods: {
    addItem() {
      const newId = this.items.length > 0 ? Math.max(...this.items.map(item => item.id)) + 1 : 1;
      this.items.push({ id: newId, text: `Item ${newId}` });
    },
    reverseItems() {
      this.items.reverse();
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用item.id作为每个列表项的key。当我们反转列表时，Vue会根据key属性，正确地将每个节点移动到新的位置，并保持它们的状态。

现在，我们将key属性移除：

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="item in items">{{ item.text }}</li>
    </ul>
    <button @click="addItem">Add Item</button>
    <button @click="reverseItems">Reverse Items</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, text: 'Item 1' },
        { id: 2, text: 'Item 2' },
        { id: 3, text: 'Item 3' }
      ]
    };
  },
  methods: {
    addItem() {
      const newId = this.items.length > 0 ? Math.max(...this.items.map(item => item.id)) + 1 : 1;
      this.items.push({ id: newId, text: `Item ${newId}` });
    },
    reverseItems() {
      this.items.reverse();
    }
  }
};
</script>

当我们反转列表时，Vue会尝试就地更新。它会认为第一个节点仍然是第一个节点，只是内容发生了变化，所以它会更新第一个节点的内容为Item 3，第二个节点的内容为Item 2，第三个节点的内容为Item 1。虽然最终显示的结果是正确的，但是Vue执行了不必要的更新操作。

问题：

不必要的更新： Vue会更新所有节点的内容，即使它们的内容并没有真正发生变化（只是位置发生了变化）。
潜在的问题： 如果列表项包含复杂的组件或状态，就地更新可能会导致组件的状态错乱，或者触发不必要的副作用。

表格总结没有key属性的影响:

情况	行为	结果
列表反转	Vue尝试就地更新，更新节点内容	虽然最终显示的结果可能正确，但执行了不必要的更新操作，性能降低。如果列表项包含组件，可能会导致组件状态错乱。
列表插入/删除	Vue可能复用不正确的节点，导致显示错误或bug	当在列表的中间插入或删除元素时，Vue可能会错误地复用相邻的节点，导致显示错误。例如，如果我们在列表的第一个位置插入一个新元素，Vue可能会将原来的第一个元素更新为新元素的内容，而不是创建一个新的节点。如果这些节点有内部状态，可能会导致更严重的问题。

4. `key`属性的正确使用

为了避免上述问题，我们需要为v-for指令中的每个节点提供一个唯一的key属性。key属性应该是稳定的，并且能够唯一标识列表中的每个元素。

最佳实践：

使用唯一ID： 如果列表中的每个元素都有一个唯一的ID，例如数据库中的主键，那么应该使用这个ID作为key属性。这是最理想的情况。
使用索引（不推荐）： 如果没有唯一ID，可以使用数组的索引作为key属性。但是，不推荐这样做，尤其是在列表可能会发生变化的情况下（例如插入、删除、排序）。因为索引可能会发生变化，导致Vue无法正确识别节点。
生成唯一ID： 如果没有现成的唯一ID，可以考虑生成一个唯一的ID，例如使用UUID。

例子：

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.text }}</li>
    </ul>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, text: 'Item 1' },
        { id: 2, text: 'Item 2' },
        { id: 3, text: 'Item 3' }
      ]
    };
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用item.id作为key属性。即使列表中的元素顺序发生变化，Vue也能正确地识别每个节点，并进行必要的更新。

使用索引作为key的潜在问题：

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="(item, index) in items" :key="index">{{ item.text }}</li>
    </ul>
    <button @click="insertItem">Insert Item</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { text: 'Item 1' },
        { text: 'Item 2' },
        { text: 'Item 3' }
      ]
    };
  },
  methods: {
    insertItem() {
      this.items.unshift({ text: 'New Item' });
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用索引index作为key属性。当我们插入一个新的元素到列表的开头时，所有后续元素的索引都会发生变化。这意味着Vue会认为所有的节点都发生了变化，需要重新渲染，从而导致性能问题。更糟糕的是，如果列表项包含输入框或其他有状态的组件，这些组件的状态可能会丢失。

表格总结key属性的使用:

`key`值类型	优点	缺点	适用场景

5. 细看Vue源码中的`key`属性处理

在Vue的Patching算法中，key属性起着至关重要的作用。我们深入研究一下Vue的源码，看看key属性是如何被使用的。

在src/core/vdom/patch.js文件中，可以找到patch函数，它是Vue的核心Patching算法的入口。这个函数会比较新旧虚拟DOM树，找出差异，并更新到真实DOM。

在patch函数中，有一个关键的函数是sameVnode，它用于判断两个虚拟节点是否代表同一个真实DOM节点。sameVnode函数的定义如下：

function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key && (
      (
        typeof a.tag === 'string' &&
        typeof b.tag === 'string' &&
        a.tag === b.tag &&
        isDef(a.data) === isDef(b.data) &&
        sameInputType(a, b)
      ) || (
        isTrue(a.isComment) && isTrue(b.isComment)
      ) || (
        isTrue(a.isAsyncPlaceholder) && isTrue(b.isAsyncPlaceholder) && a.asyncFactory.key === b.asyncFactory.key
      ) || (
        a.elm === b.elm && a.text === b.text && isTrue(a.isStatic) && isTrue(b.isStatic)
      )
    )
  )
}

从sameVnode函数的定义可以看出，key属性是判断两个虚拟节点是否相同的首要条件。只有当两个虚拟节点的key属性相同，并且满足其他一些条件（例如tag相同、isComment相同等），Vue才会认为它们代表同一个真实DOM节点，可以进行复用和更新。

如果key属性不相同，Vue会认为这两个虚拟节点代表不同的真实DOM节点，需要进行新增或删除操作。

源码解读：

a.key === b.key： 这是判断两个节点是否相同的关键条件。如果key不相同，则直接认为不是相同的节点。
a.tag === b.tag： 只有当标签名也相同时，才进一步判断。
isDef(a.data) === isDef(b.data)： 只有当两个节点都有或都没有data属性时，才进一步判断。data属性包含了节点的属性、事件监听器等信息。
sameInputType(a, b)： 对于input元素，还需要判断type属性是否相同。

Patching算法的优化：

Vue的Patching算法使用了一些优化策略，例如：

双端比较 (double-ended queue): 当比较两个列表时，Vue会同时从列表的开头和结尾进行比较，以减少DOM操作。
Keyed算法: 使用key来优化列表的更新，能够更精确地识别需要移动、新增或删除的节点。

6. `key`属性与组件状态

key属性不仅影响DOM节点的复用，还会影响组件的状态。当Vue复用一个DOM节点时，它也会复用该节点对应的组件实例。这意味着组件的状态（例如data、computed properties、watchers等）也会被保留。

如果key属性使用不当，可能会导致组件的状态错乱。例如，如果我们在一个列表中使用索引作为key属性，并且列表中的元素顺序发生了变化，那么Vue可能会复用错误的组件实例，导致组件的状态与实际数据不匹配。

例子：

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="(item, index) in items" :key="index">
        <input type="text" v-model="item.value">
      </li>
    </ul>
    <button @click="reverseItems">Reverse Items</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { value: 'Item 1' },
        { value: 'Item 2' },
        { value: 'Item 3' }
      ]
    };
  },
  methods: {
    reverseItems() {
      this.items.reverse();
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用索引index作为key属性。每个列表项包含一个输入框，用于编辑item.value。当我们反转列表时，由于key属性是索引，Vue会尝试就地更新，导致输入框中的文本内容与实际的item.value不匹配。这是因为Vue复用了错误的组件实例，导致组件的状态错乱。

解决办法：

使用稳定的唯一ID作为key属性，可以避免组件状态错乱的问题。

<template>
  <div>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">
        <input type="text" v-model="item.value">
      </li>
    </ul>
    <button @click="reverseItems">Reverse Items</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, value: 'Item 1' },
        { id: 2, value: 'Item 2' },
        { id: 3, value: 'Item 3' }
      ]
    };
  },
  methods: {
    reverseItems() {
      this.items.reverse();
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，我们使用item.id作为key属性。当我们反转列表时，Vue会根据key属性，正确地将每个节点移动到新的位置，并保持它们的状态。

7. `key`的类型

虽然通常使用字符串或数字作为key，但实际上key属性可以是任何JavaScript基本类型，包括：

String: 最常用的类型，通常是元素的唯一ID。
Number: 也可以使用数字作为key，但要确保数字是唯一的。
Boolean: 不推荐使用布尔值作为key，因为只有两个可能的值，很容易发生冲突。
Symbol: Symbol 类型是唯一的，可以作为key，但浏览器兼容性需要考虑。

不推荐使用对象作为key。

8. 性能考量

虽然正确使用key属性可以提升性能，但是过度使用或滥用key属性也可能会导致性能问题。

避免生成过于复杂的key： 生成key也需要消耗一定的计算资源。如果key的生成逻辑过于复杂，可能会影响性能。
避免频繁修改key： 如果key属性频繁发生变化，Vue会认为节点发生了变化，需要重新渲染，从而导致性能问题。

9. 总结

key属性在Vue的Patching算法中扮演着至关重要的角色。它能够帮助Vue正确识别和复用DOM节点，避免不必要的DOM操作，提升应用的性能。选择稳定唯一的标识符作为key属性，避免使用索引作为key，可以最大限度地发挥key属性的作用。

10. 更好地理解和使用`key`属性

通过深入了解key属性的作用和原理，我们才能更好地利用它来优化Vue应用的性能。记住，key属性不仅仅是一个简单的属性，而是Vue虚拟DOM机制中的一个关键组成部分。

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