Vue 3 静态提升 (Static Hoisting) 与 Diffing 性能增益
大家好，今天我们要深入探讨 Vue 3 中一个重要的性能优化策略：静态提升 (Static Hoisting)。我们将从 VNode 树的结构变化入手，分析静态提升如何影响 VNode 树的形态，以及它如何在 Diffing 过程中带来性能增益。
1. VNode 树与动态性
在深入了解静态提升之前，我们先回顾一下 VNode 树的基本概念和动态性。Vue 组件渲染的核心是将模板编译成渲染函数，渲染函数返回 VNode (Virtual Node) 树。VNode 树是对真实 DOM 树的抽象表示，它包含了组件结构、属性、事件等信息。
VNode 的动态性是 Vue 能够响应式更新的关键。当组件的数据发生变化时，Vue 会重新执行渲染函数，生成新的 VNode 树，然后通过 Diffing 算法比较新旧 VNode 树的差异，最终将必要的更新应用到真实 DOM 上。
VNode 的动态性体现在以下几个方面：
- 动态属性 (Dynamic Props): 例如
v-bind:class、v-bind:style等，属性值根据数据变化而变化。 - 动态文本 (Dynamic Text): 使用插值表达式
{{ message }}或v-text指令绑定的文本内容。 - 动态指令 (Dynamic Directives): 例如
v-if、v-for等，决定组件的显示与隐藏、列表的循环等。
以下代码片段展示了一个包含动态性的简单 Vue 组件：
<template>
<div :class="{ active: isActive }">
<p>{{ message }}</p>
<button @click="toggleActive">Toggle</button>
</div>
</template>
<script>
import { ref } from 'vue';
export default {
setup() {
const isActive = ref(false);
const message = ref('Hello Vue!');
const toggleActive = () => {
isActive.value = !isActive.value;
};
return {
isActive,
message,
toggleActive,
};
},
};
</script>在这个例子中，class 属性的 active 类和 <p> 标签的文本内容 message 都是动态的。每次 isActive 或 message 的值发生变化时，组件都会重新渲染，生成新的 VNode 树。
2. 静态提升：将不变的部分提取出来
静态提升的核心思想是将 VNode 树中静态的部分提取出来，在多次渲染之间共享这些静态 VNode。这意味着在后续的渲染过程中，Vue 不需要重新创建这些静态 VNode，从而减少了内存分配和 CPU 计算的开销。
哪些部分可以被认为是静态的呢？
- 静态属性 (Static Props): 例如
<div class="static-class">中的class="static-class"。 - 静态文本 (Static Text): 例如
<div>Hello</div>中的Hello。 - 静态结构 (Static Structure): 组件内部的静态 DOM 结构。
让我们看一个例子：
<template>
<div>
<p class="static-text">This is static text.</p>
<p>{{ dynamicText }}</p>
</div>
</template>
<script>
import { ref } from 'vue';
export default {
setup() {
const dynamicText = ref('Initial dynamic text');
return { dynamicText };
},
};
</script>在这个例子中，<p class="static-text">This is static text.</p> 这一部分是静态的，它的结构和属性在组件的整个生命周期内都不会发生变化。静态提升会将这部分 VNode 提取出来，在组件的多次渲染之间共享。
3. 静态提升对 VNode 树形态的影响
静态提升会改变 VNode 树的结构。原本在每次渲染过程中都会重新创建的静态 VNode，现在只会在首次渲染时创建一次，然后在后续的渲染过程中被复用。
具体来说，静态提升会将静态 VNode 提升到渲染函数之外，成为一个常量。在渲染函数内部，只需要引用这个常量即可。
以下是一个简化的例子，展示了静态提升前后 VNode 树的差异：
原始 VNode 树 (未进行静态提升):
{
type: 'div',
props: null,
children: [
{
type: 'p',
props: { class: 'static-text' },
children: 'This is static text.',
},
{
type: 'p',
props: null,
children: '{{ dynamicText }}',
},
],
}经过静态提升的 VNode 树 (简化表示):
// 提升的静态 VNode
const staticVNode = {
type: 'p',
props: { class: 'static-text' },
children: 'This is static text.',
isStatic: true, // 标记为静态 VNode
};
// 渲染函数返回的 VNode 树
{
type: 'div',
props: null,
children: [
staticVNode, // 引用提升的静态 VNode
{
type: 'p',
props: null,
children: '{{ dynamicText }}',
},
],
}可以看到，经过静态提升后，静态 VNode staticVNode 被提升到了渲染函数之外，并在渲染函数内部被引用。同时，静态 VNode 会被标记为 isStatic: true，以便在 Diffing 过程中进行特殊处理。
4. 静态提升带来的 Diffing 性能增益
静态提升对 Diffing 性能的增益主要体现在以下几个方面：
- 减少 VNode 创建和销毁的开销: 静态 VNode 只会在首次渲染时创建一次，避免了重复创建和销毁的开销。
- 跳过静态 VNode 的 Diffing: 由于静态 VNode 在多次渲染之间不会发生变化，因此 Diffing 算法可以跳过对这些 VNode 的比较，从而减少了 Diffing 的计算量。
- 更快的 Patch 操作: 由于静态 VNode 不需要进行更新，因此可以跳过对这些 VNode 的 Patch 操作，从而减少了 DOM 操作的开销。
当 Diffing 算法遇到 isStatic: true 的 VNode 时，会直接跳过对其及其子节点的比较。这意味着整个静态子树都可以被跳过，从而大幅度提升 Diffing 的效率。
以下表格总结了静态提升对 Diffing 过程的影响：
| 操作 | 未进行静态提升 | 进行静态提升 |
|---|---|---|
| VNode 创建 | 每次渲染 | 仅首次渲染 |
| VNode 销毁 | 每次渲染 | 不会销毁，组件卸载时销毁 |
| Diffing 比较 | 每次渲染 | 跳过静态 VNode 及其子树 |
| Patch (DOM 更新) | 每次渲染 | 跳过静态 VNode 及其子树 |
5. 静态提升的局限性与注意事项
虽然静态提升可以带来显著的性能提升，但它也有一些局限性：
- 并非所有静态内容都可以提升: 如果静态内容被动态指令 (例如
v-if) 包裹，或者位于动态组件内部，则无法进行静态提升。 - 过度提升可能导致代码可读性下降: 虽然 Vue 会自动进行静态提升，但在某些情况下，手动调整模板结构可能会导致代码可读性下降。
- 需要权衡性能与内存消耗: 虽然静态提升可以减少 CPU 计算的开销，但它也会增加内存消耗，因为需要存储提升的静态 VNode。
在使用静态提升时，需要注意以下几点：
- 尽量将静态内容放在组件的顶部: 这样可以更容易地进行静态提升。
- 避免在静态内容中使用动态指令: 如果必须使用动态指令，可以考虑将静态内容提取到独立的组件中。
- 使用 Vue Devtools 观察静态 VNode 的数量: Vue Devtools 可以显示静态 VNode 的数量，帮助你评估静态提升的效果。
6. 静态属性标记与动态属性扫描
Vue 3 在编译阶段会标记静态属性和动态属性，以便在运行时更高效地进行 Diffing 和 Patch 操作。
静态属性标记:
Vue 3 会将静态属性标记为 staticKeys，例如：
// 编译后的 VNode 数据
{
type: 'div',
props: {
class: 'static-class',
id: 'static-id',
},
staticKeys: ['class', 'id'], // 标记为静态属性
children: 'Hello',
}在 Diffing 过程中，Vue 3 可以通过 staticKeys 快速判断哪些属性是静态的，从而跳过对这些属性的比较。
动态属性扫描:
对于包含动态属性的 VNode，Vue 3 会在 Diffing 过程中进行动态属性扫描。这意味着 Vue 3 会比较新旧 VNode 的属性值，只有当属性值发生变化时，才会进行 Patch 操作。
以下代码展示了动态属性扫描的简化逻辑：
function patchProps(el, oldProps, newProps) {
if (oldProps === newProps) {
return;
}
for (const key in newProps) {
const oldValue = oldProps[key];
const newValue = newProps[key];
if (newValue !== oldValue) {
// 属性值发生变化，进行 Patch 操作
el.setAttribute(key, newValue);
}
}
// 处理旧属性在新属性中不存在的情况
for (const key in oldProps) {
if (!(key in newProps)) {
el.removeAttribute(key);
}
}
}通过静态属性标记和动态属性扫描，Vue 3 可以精确地识别需要更新的属性，从而减少不必要的 DOM 操作。
7. 结合 v-once 指令使用
v-once 指令可以用于指定一个元素或组件只渲染一次。这意味着该元素或组件及其子树在后续的渲染过程中不会发生任何变化。
v-once 指令与静态提升结合使用，可以进一步提升性能。当一个元素或组件被标记为 v-once 时，Vue 3 会将其整个子树视为静态的，并进行静态提升。这意味着整个子树只会在首次渲染时创建一次，并在后续的渲染过程中被复用。
以下代码展示了 v-once 指令的使用：
<template>
<div>
<p v-once>This is a static paragraph that will only be rendered once.</p>
<p>{{ dynamicText }}</p>
</div>
</template>
<script>
import { ref } from 'vue';
export default {
setup() {
const dynamicText = ref('Initial dynamic text');
return { dynamicText };
},
};
</script>在这个例子中，<p v-once> 元素及其子节点只会在首次渲染时创建一次，并在后续的渲染过程中被复用。这意味着 Diffing 算法可以跳过对整个 <p v-once> 元素及其子树的比较，从而进一步提升性能。
8. 优化实践：一个列表渲染的例子
考虑一个列表渲染的场景，假设列表项包含一些静态内容和一些动态内容：
<template>
<ul>
<li v-for="item in items" :key="item.id">
<span class="static-label">Name:</span>
<span>{{ item.name }}</span>
</li>
</ul>
</template>
<script>
import { ref } from 'vue';
export default {
setup() {
const items = ref([
{ id: 1, name: 'Alice' },
{ id: 2, name: 'Bob' },
{ id: 3, name: 'Charlie' },
]);
return { items };
},
};
</script>在这个例子中，<span class="static-label">Name:</span> 这一部分是静态的。我们可以通过以下方式进行优化：
- 确保
key属性是唯一的:key属性是 Vue 用于识别 VNode 的唯一标识符。确保key属性是唯一的，可以帮助 Vue 更高效地进行 Diffing。 - 尽可能将静态内容提取到独立的组件中: 如果静态内容比较复杂，可以将其提取到独立的组件中，并使用
v-once指令标记该组件。
以下是优化后的代码：
<template>
<ul>
<li v-for="item in items" :key="item.id">
<StaticLabel />
<span>{{ item.name }}</span>
</li>
</ul>
</template>
<script>
import { ref, defineComponent } from 'vue';
const StaticLabel = defineComponent({
template: '<span class="static-label">Name:</span>',
// Options API 可添加 v-once
// 也可以使用 setup + const hoisted = () => createVNode(...) 实现
setup() {
return {};
},
});
export default {
components: {
StaticLabel,
},
setup() {
const items = ref([
{ id: 1, name: 'Alice' },
{ id: 2, name: 'Bob' },
{ id: 3, name: 'Charlie' },
]);
return { items };
},
};
</script>通过将静态内容提取到独立的组件中，并使用 v-once 指令标记该组件，我们可以确保静态内容只会在首次渲染时创建一次，并在后续的渲染过程中被复用。
9. 静态提升：提升渲染性能的关键
总而言之，静态提升是 Vue 3 中一项重要的性能优化策略。通过将 VNode 树中静态的部分提取出来，并在多次渲染之间共享这些静态 VNode，静态提升可以显著减少 VNode 创建和销毁的开销，跳过静态 VNode 的 Diffing，从而提升渲染性能。理解静态提升的原理和应用，可以帮助我们编写更高效的 Vue 代码。
10. 性能优化之路，持续探索
Vue 的性能优化是一个持续探索的过程，除了静态提升，还有很多其他的优化策略，例如：模板编译优化、Diffing 算法优化、事件监听优化等。 深入理解这些优化策略，可以帮助我们构建更快速、更流畅的 Vue 应用。
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