Vue中的`v-once`指令实现：VNode的静态标记与Patching过程的跳过

Vue 中的 v-once 指令实现：VNode 的静态标记与 Patching 过程的跳过

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 中 v-once 指令的实现原理。v-once 是一个非常有用的指令，它允许你将组件或元素的内容进行一次性渲染，并在后续的更新中跳过对它的 patching 过程，从而提升性能。我们将从 VNode 的角度出发，理解 v-once 如何通过静态标记影响渲染流程，并在 patching 阶段发挥作用。

1. v-once 的作用与使用场景

v-once 指令用于指定一个元素或组件只渲染一次。这意味着，一旦元素或组件被渲染到 DOM 中，它的内容将不再响应数据的变化。即使绑定的数据源发生了改变，该元素或组件的视图也不会更新。

典型使用场景包括：

• 静态内容： 当组件或页面中包含大量静态内容时，使用 v-once 可以避免不必要的虚拟 DOM diff 和 DOM 操作，显著提升渲染性能。例如，页面上的公司 logo，版权信息，或者不经常更新的帮助文档。

• 大型列表的静态子组件： 如果大型列表中的子组件包含大量静态内容，并且不需要响应列表数据的变化，可以使用 v-once 减少列表更新时的计算量。

• 减少不必要的 watcher： 对于复杂的组件结构，v-once 可以减少 watcher 的数量，降低内存占用和计算开销。

示例代码：

<template>
  <div>
    <p v-once>This text will only be rendered once.</p>
    <p>Current count: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      count: 0
    };
  },
  methods: {
    increment() {
      this.count++;
    }
  }
};
</script>

在这个例子中，带有 v-once 指令的 <p> 元素只会渲染一次。即使 count 的值发生了改变，它也不会被重新渲染。而第二个 <p> 元素会随着 count 的变化而更新。

2. VNode 与静态标记

理解 v-once 的实现，首先需要了解 VNode (Virtual Node) 的概念。VNode 是一个 JavaScript 对象，用于描述 DOM 结构和属性。Vue 使用 VNode 来构建虚拟 DOM 树，并通过比较新旧 VNode 树的差异 (diffing) 来确定需要更新的 DOM 部分。

v-once 的核心在于给 VNode 添加静态标记。当 Vue 编译器遇到 v-once 指令时，它会将该元素或组件对应的 VNode 标记为静态。更具体地说，会将 VNode 的 static 属性设置为 true (在 Vue 2 中) 或者在 VNode 的 flags 中添加相应的静态标志 (在 Vue 3 中)。

Vue 2 中的静态标记：

在 Vue 2 中，v-once 指令的处理通常涉及到以下几个关键属性和步骤：

• static: VNode 的一个属性，用于标记 VNode 是否为静态节点。如果为 true，则表示该节点及其子节点都是静态的。
• staticRoot: 一个布尔值，表明这个节点是否是静态树的根节点。
• once: 一个布尔值，表示是否只渲染一次。 v-once 指令会将这个值设置为 true。

Vue 3 中的静态标记：

在 Vue 3 中，静态节点的标记更加精细，使用了 flags 来表示 VNode 的类型和特性。

Flag	说明
VNODE_COMPONENT	这是一个组件节点。
VNODE_TEXT	这是一个文本节点。
VNODE_ELEMENT	这是一个元素节点。
VNODE_STATIC	这是一个静态节点，其内容不会改变。
VNODE_MEMO	这是一个 memo 节点，可以缓存子树。
VNODE_SLOTS_CHILDREN	这是一个带有插槽的组件节点。
VNODE_FORWARD_REF	这是一个转发 ref 的节点。

当遇到 v-once 指令时，Vue 3 编译器会将 VNODE_STATIC 标志添加到 VNode 的 flags 中。

3. Patching 过程的跳过

Patching 是 Vue 中将虚拟 DOM 转换为真实 DOM 的过程。它通过比较新旧 VNode 树的差异，找出需要更新的 DOM 节点，并进行相应的操作 (例如，创建、删除、修改 DOM 节点)。

当 Patching 算法遇到带有静态标记的 VNode 时，它会采取不同的处理方式。

• 跳过 diffing： 由于静态 VNode 的内容不会改变，因此 Patching 算法会直接跳过对该 VNode 及其子节点的 diffing 过程。这意味着，Vue 不会比较新旧 VNode 的属性、子节点等，从而节省了大量的计算资源。

• 直接复用 DOM 节点： 第一次渲染时，Vue 会将静态 VNode 对应的 DOM 节点缓存起来。在后续的更新中，Vue 会直接复用缓存的 DOM 节点，而不需要重新创建或更新。

Vue 2 中的 Patching 流程：

在 Vue 2 的 patch 函数中，会检查 VNode 的 static 属性。如果 static 为 true，则会跳过对该 VNode 及其子节点的比较。

function patch(oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  // ...

  if (isUndef(vnode.elm)) {
    // 创建新的 DOM 节点

    // ...

    if (isTrue(vnode.isStatic)) {
      // 静态节点，直接跳过
      vnode.elm = oldVnode.elm; // 复用旧的 DOM 节点
      vnode.data = oldVnode.data;
      vnode.children = oldVnode.children;
      return;
    }

    // ...
  }

  // ...

  // 进行 diffing 和更新
  patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly);

  // ...
}

Vue 3 中的 Patching 流程：

在 Vue 3 的 patch 函数中，会检查 VNode 的 flags 是否包含 VNODE_STATIC 标志。如果包含，则会跳过对该 VNode 及其子节点的比较。

function patch(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized) {
  // ...

  const { type, shapeFlag } = n2;

  switch (type) {
    // ...

    default:
      if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
        processElement(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      } else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {
        processComponent(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      }
  }

  // ...
}

function processElement(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized) {
  if (n1 == null) {
    mountElement(n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
  } else {
    patchElement(n1, n2, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
  }
}

function patchElement(n1, n2, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized) {
  const el = (n2.el = n1.el);

  const oldProps = n1.props || EMPTY_OBJ;
  const newProps = n2.props || EMPTY_OBJ;

  const areChildrenSVG = isSVG || (n2.type === 'svg');

  // 跳过静态节点
  if (n2.flags & VNODE_STATIC) {
    return;
  }

  // ...
  patchChildren(n1, n2, el, anchor, parentComponent, parentSuspense, areChildrenSVG, optimized);
  patchProps(el, n2, oldProps, newProps, areChildrenSVG);
}

4. v-once 的局限性

虽然 v-once 指令可以提升性能，但它也存在一些局限性。

• 数据绑定失效： v-once 元素或组件的内容不会响应数据的变化。如果需要在后续更新中修改该元素或组件的内容，就不能使用 v-once。

• 动态内容： 如果 v-once 元素或组件包含动态内容 (例如，使用 v-if 或 v-for 指令)，则 v-once 指令可能会导致意外的结果。因为只有第一次渲染时的动态内容会被保留，后续的更新将被忽略。

• 事件监听器： 绑定的事件监听器仍然有效。虽然元素的内容不会改变，但如果触发了事件，绑定的事件处理函数仍然会被执行。

表格总结优缺点：

特性	优点	缺点
性能	跳过静态 VNode 的 diff 和 patching 过程，减少计算量和 DOM 操作，提升渲染性能。	不适用于需要动态更新的内容，否则会导致视图与数据不一致。
内存	减少 watcher 的数量，降低内存占用。	如果滥用 v-once，可能会导致代码难以维护和调试。
适用场景	静态内容、大型列表的静态子组件等。	动态内容、需要响应数据变化的组件等。
事件监听器	绑定的事件监听器仍然有效。	由于内容不会更新，事件监听器的效果可能不符合预期（例如，监听点击事件后，元素内容更新，但是点击事件不再触发）。

5. v-memo 指令（Vue 3）与 v-once 的对比

在 Vue 3 中，引入了 v-memo 指令，它可以更灵活地控制组件的更新。v-memo 允许你指定一个依赖项数组，只有当数组中的依赖项发生改变时，组件才会被重新渲染。

v-memo 与 v-once 的区别：

• 灵活性： v-memo 比 v-once 更加灵活，可以根据具体的依赖项来决定是否更新组件。而 v-once 只能指定组件只渲染一次。

• 适用场景： v-memo 适用于需要部分更新的组件，而 v-once 适用于完全静态的组件。

• 实现方式： v-memo 通过比较依赖项数组的变化来决定是否更新组件，而 v-once 通过静态标记来跳过 patching 过程。

示例代码 (Vue 3):

<template>
  <div>
    <p v-memo="[count]">This text will only be re-rendered when count changes: {{ count }}</p>
    <button @click="increment">Increment</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);
    const increment = () => {
      count.value++;
    };
    return {
      count,
      increment
    };
  }
};
</script>

在这个例子中，带有 v-memo 指令的 <p> 元素只会当 count 的值发生改变时才会被重新渲染。

6. 如何正确使用 v-once

为了充分利用 v-once 指令带来的性能优势，并避免潜在的问题，需要遵循以下最佳实践：

• 只用于静态内容： 确保 v-once 元素或组件的内容是完全静态的，不会响应数据的变化。

• 避免与动态内容混用： 不要将 v-once 指令与 v-if、v-for 等动态指令混用。如果需要根据条件渲染内容，或者渲染列表，请使用其他方式实现。

• 谨慎使用嵌套的 v-once： 在嵌套的组件结构中，需要谨慎使用 v-once 指令。确保父组件和子组件的渲染逻辑一致，避免出现意外的结果。

• 测试与验证： 在使用 v-once 指令后，需要进行充分的测试和验证，确保视图的正确性和一致性。

代码示例说明使用和不使用 v-once 的影响

以下示例展示了使用和不使用 v-once 对性能的影响。我们将创建一个包含大量静态内容的组件，并比较两种情况下的渲染时间。

// StaticContent.vue (不使用 v-once)
<template>
  <div>
    <p>This is a static paragraph.</p>
    <p>This is another static paragraph.</p>
    <p>This is yet another static paragraph.</p>
    <!-- 更多静态内容 -->
    <p v-for="i in 100" :key="i">Static item {{ i }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  mounted() {
    console.time('render-no-v-once');
    console.timeEnd('render-no-v-once');
  }
};
</script>

// StaticContentOnce.vue (使用 v-once)
<template>
  <div v-once>
    <p>This is a static paragraph.</p>
    <p>This is another static paragraph.</p>
    <p>This is yet another static paragraph.</p>
    <!-- 更多静态内容 -->
    <p v-for="i in 100" :key="i">Static item {{ i }}</p>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  mounted() {
    console.time('render-v-once');
    console.timeEnd('render-v-once');
  }
};
</script>

// App.vue (父组件)
<template>
  <div>
    <StaticContent />
    <StaticContentOnce />
    <p>Count: {{ count }}</p>
    <button @click="count++">Increment</button>
  </div>
</template>

<script>
import StaticContent from './components/StaticContent.vue';
import StaticContentOnce from './components/StaticContentOnce.vue';
import { ref } from 'vue';

export default {
  components: {
    StaticContent,
    StaticContentOnce
  },
  setup() {
    const count = ref(0);
    return {
      count
    };
  }
};
</script>

在这个例子中，StaticContent 组件包含大量静态内容，并且没有使用 v-once 指令。StaticContentOnce 组件也包含相同的静态内容，但使用了 v-once 指令。

通过在父组件中引入这两个组件，并添加一个计数器，我们可以观察到，当计数器更新时，StaticContent 组件会重新渲染，而 StaticContentOnce 组件不会重新渲染。同时，通过控制台输出的渲染时间，我们可以看到使用 v-once 指令可以显著提升性能。

更精细地控制 DOM 更新

v-once 指令通过静态标记，在渲染时跳过对静态 VNode 的 diff 和 patching 过程，从而提升性能。理解 v-once 的实现原理，可以帮助我们更好地利用 Vue 的渲染机制，编写更高效的代码。同时，也需要注意 v-once 的局限性，避免滥用，并结合 v-memo 等其他指令，实现更精细的 DOM 更新控制。

跳过 Patching 减少计算量

v-once 允许我们对不会改变的部分进行优化。通过理解 VNode 的静态标记，可以有效地跳过不必要的 patching 过程，减少计算量，从而提升应用的整体性能。

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