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Vue 3 Keyed Fragment与Teleport组件的渲染流程：跨父组件的挂载与更新细节

Vue 3 Keyed Fragment与Teleport组件的渲染流程：跨父组件的挂载与更新细节

大家好，今天我们深入探讨Vue 3中两个重要的特性：Keyed Fragment和Teleport组件。我们将从渲染流程的角度，详细分析它们如何实现跨父组件的挂载与更新，以及其中的关键细节。

一、Keyed Fragment：高效的列表渲染与节点移动

Fragment，顾名思义，即“片段”。在Vue中，Fragment允许组件返回多个根节点，而无需引入额外的DOM元素包裹。Keyed Fragment在此基础上，引入了key属性，使得Vue能够更有效地管理和更新这些片段中的节点。

1.1 Fragment的基本使用

先看一个简单的Fragment例子：

<template>
  <template v-if="show">
    <h1>Title</h1>
    <p>Content</p>
  </template>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      show: true
    }
  }
}
</script>

在这个例子中，template标签充当了Fragment的角色，它不会被渲染到DOM中，仅仅是作为多个根节点的容器。

1.2 Keyed Fragment的优势

现在，我们考虑一个列表渲染的场景：

<template>
  <ul>
    <template v-for="item in list" :key="item.id">
      <li>{{ item.name }}</li>
    </template>
  </ul>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      list: [
        { id: 1, name: 'Item 1' },
        { id: 2, name: 'Item 2' },
        { id: 3, name: 'Item 3' }
      ]
    }
  },
  mounted() {
    setTimeout(() => {
      this.list = [
        { id: 2, name: 'Item 2' },
        { id: 1, name: 'Item 1' },
        { id: 4, name: 'Item 4' }
      ];
    }, 2000);
  }
}
</script>

在这个例子中，我们使用v-for指令和template标签来渲染一个列表。:key="item.id"是关键所在，它告诉Vue如何识别和区分列表中的每个节点。

如果没有key，Vue会采用就地更新（in-place patch）的策略，尽可能复用已有的DOM节点。这意味着，当列表顺序发生变化时，Vue可能会更新节点的文本内容，而不是移动节点。这会导致性能问题，尤其是在节点包含复杂的子组件或状态时。

有了key之后，Vue会使用更智能的算法，比较新旧列表中的key，并根据key的匹配情况，进行节点的插入、移动或删除操作。这可以大大提高列表更新的效率。

1.3 Keyed Fragment的渲染流程

Keyed Fragment的渲染流程可以概括为以下几个步骤：

  1. 创建VNode Tree: Vue首先根据模板，创建一个虚拟DOM树（VNode Tree）。对于Keyed Fragment，会创建一个Fragment类型的VNode，其children属性包含多个子VNode。

  2. Patch过程： 在patch过程中，Vue会比较新旧VNode Tree。对于Fragment类型的VNode，Vue会递归地比较其children属性，并根据key的匹配情况，执行以下操作：

    • 新增节点： 如果新列表中存在一个key，但在旧列表中不存在，则会创建一个新的DOM节点，并插入到正确的位置。
    • 删除节点： 如果旧列表中存在一个key，但在新列表中不存在，则会删除对应的DOM节点。
    • 移动节点： 如果新旧列表中都存在相同的key，但节点的位置发生了变化，则会移动对应的DOM节点。
    • 更新节点： 如果新旧列表中都存在相同的key，且节点的位置没有发生变化，则会更新节点的属性和子节点。

  3. DOM操作： 最后，Vue会将虚拟DOM的操作转化为实际的DOM操作，更新页面。

1.4 Keyed Fragment的源码分析 (Simplified)

以下是简化后的Vue 3中关于keyed fragment diffing 的代码片段，展示了核心逻辑：

function patchKeyedChildren(c1, c2, container, parentAnchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized) {
  // c1: 旧的children列表
  // c2: 新的children列表
  // ... 省略部分代码

  let i = 0;
  const l2 = c2.length;
  let e1 = c1.length - 1;
  let e2 = l2 - 1;

  // 1. 从头开始比较，直到找到不同的节点
  while (i <= e1 && i <= e2) {
    const n1 = c1[i];
    const n2 = c2[i];
    if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
      patch(n1, n2, container, parentAnchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
    } else {
      break;
    }
    i++;
  }

  // 2. 从尾开始比较，直到找到不同的节点
  while (i <= e1 && i <= e2) {
    const n1 = c1[e1];
    const n2 = c2[e2];
    if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
      patch(n1, n2, container, parentAnchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
    } else {
      break;
    }
    e1--;
    e2--;
  }

  // 3. 新增节点
  if (i > e1) {
    if (i <= e2) {
      const anchor = e2 + 1 < l2 ? c2[e2 + 1].el : parentAnchor;
      while (i <= e2) {
        patch(null, c2[i], container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
        i++;
      }
    }
  }

  // 4. 删除节点
  else if (i > e2) {
    while (i <= e1) {
      unmount(c1[i], parentComponent, parentSuspense, true);
      i++;
    }
  }

  // 5. 移动/更新节点 (最复杂的部分)
  else {
    const s1 = i;
    const s2 = i;

    // 5.1 构建新节点的key-index映射
    const keyToNewIndexMap = new Map();
    for (let j = s2; j <= e2; j++) {
      const nextChild = c2[j];
      if (nextChild.key != null) {
        keyToNewIndexMap.set(nextChild.key, j);
      }
    }

    // 5.2 遍历旧节点，尝试复用/删除旧节点
    let j;
    let patched = 0;
    const toBePatched = e2 - s2 + 1;
    let moved = false;
    let maxNewIndexSoFar = 0;
    const newIndexToOldIndexMap = new Array(toBePatched);
    for (j = 0; j < toBePatched; j++) newIndexToOldIndexMap[j] = 0;

    for (j = s1; j <= e1; j++) {
      const prevChild = c1[j];
      if (patched >= toBePatched) {
        unmount(prevChild, parentComponent, parentSuspense, true);
        continue;
      }

      let newIndex;
      if (prevChild.key != null) {
        newIndex = keyToNewIndexMap.get(prevChild.key);
      } else {
        // 如果旧节点没有key，则遍历新节点查找匹配的节点
        for (let k = s2; k <= e2; k++) {
          if (newIndexToOldIndexMap[k - s2] === 0 && isSameVNodeType(prevChild, c2[k])) {
            newIndex = k;
            break;
          }
        }
      }

      if (newIndex === undefined) {
        unmount(prevChild, parentComponent, parentSuspense, true);
      } else {
        newIndexToOldIndexMap[newIndex - s2] = j + 1;
        if (newIndex >= maxNewIndexSoFar) {
          maxNewIndexSoFar = newIndex;
        } else {
          moved = true;
        }
        patch(prevChild, c2[newIndex], container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
        patched++;
      }
    }

    // 5.3 找到最长递增子序列，优化移动操作
    const increasingNewIndexSequence = moved ? getSequence(newIndexToOldIndexMap) : [];
    j = increasingNewIndexSequence.length - 1;

    // 5.4 插入/移动新节点
    for (let k = toBePatched - 1; k >= 0; k--) {
      const index = s2 + k;
      const current = c2[index];
      const anchor = index + 1 < l2 ? c2[index + 1].el : parentAnchor;

      if (newIndexToOldIndexMap[k] === 0) {
        // 新节点，需要创建并插入
        patch(null, current, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      } else if (moved) {
        // 需要移动的节点
        if (j < 0 || k !== increasingNewIndexSequence[j]) {
          move(current, container, anchor, 2 /* MOVE_EXISTING */);
        } else {
          j--;
        }
      }
    }
  }
}

// 最长递增子序列算法 (简化版)
function getSequence(arr) {
    const p = arr.slice();
    const result = [0];
    let i, j, u, v, c;
    const len = arr.length;
    for (i = 0; i < len; i++) {
        const arrI = arr[i];
        if (arrI !== 0) {
            j = result[result.length - 1];
            if (arr[j] < arrI) {
                p[i] = j;
                result.push(i);
                continue;
            }
            u = 0;
            v = result.length - 1;
            while (u < v) {
                c = (u + v) >> 1;
                if (arr[result[c]] < arrI) {
                    u = c + 1;
                } else {
                    v = c;
                }
            }
            if (arrI < arr[result[u]]) {
                if (u > 0) {
                    p[i] = result[u - 1];
                }
                result[u] = i;
            }
        }
    }
    u = result.length;
    v = result[u - 1];
    while (u-- > 0) {
        result[u] = v;
        v = p[v];
    }
    return result;
}

function isSameVNodeType(n1, n2) {
  return (
    n1.type === n2.type &&
    n1.key === n2.key
  )
}

这段代码展示了Vue 3中patchKeyedChildren函数的核心逻辑，用于比较新旧两个keyed children列表，并进行相应的DOM操作。 关键点：

  • 双端比较: 从头和尾部同时开始比较，快速跳过相同的节点。
  • Key-Index Map: 通过key建立新children的索引，方便快速查找。
  • 最长递增子序列 (Longest Increasing Subsequence): 用于优化移动操作，尽可能减少DOM移动次数。

1.5 Keyed Fragment的注意事项

  • key的唯一性： key必须是唯一的，否则Vue无法正确识别节点，可能会导致渲染错误。
  • 避免使用索引作为key： 在列表顺序可能发生变化的情况下，不要使用索引作为key，因为索引会随着列表的变化而变化，导致Vue无法正确识别节点。
  • 性能优化： 合理使用key可以提高列表渲染的性能，但过度使用key也会增加计算成本。

二、Teleport组件：跨组件层级的挂载

Teleport组件允许我们将组件的内容渲染到DOM树的任何位置，而无需修改组件的结构。这在创建模态框、弹出框等需要脱离组件层级渲染的场景中非常有用。

2.1 Teleport的基本使用

<template>
  <div>
    <button @click="showModal = true">Show Modal</button>
    <teleport to="body">
      <div v-if="showModal" class="modal">
        <h2>Modal Title</h2>
        <p>Modal Content</p>
        <button @click="showModal = false">Close</button>
      </div>
    </teleport>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      showModal: false
    }
  }
}
</script>

<style>
.modal {
  position: fixed;
  top: 50%;
  left: 50%;
  transform: translate(-50%, -50%);
  background-color: white;
  padding: 20px;
  border: 1px solid black;
}
</style>

在这个例子中，teleport to="body"会将modal组件渲染到body标签下，而不是当前组件的DOM结构中。

2.2 Teleport的渲染流程

Teleport的渲染流程可以概括为以下几个步骤：

  1. 创建VNode Tree： Vue首先根据模板，创建一个虚拟DOM树（VNode Tree）。对于Teleport组件，会创建一个Teleport类型的VNode，其children属性包含需要渲染的子VNode。

  2. mountChildren过程： 在挂载子节点的过程中, Teleport组件会将其子节点的VNode传递给一个特殊的渲染函数，该函数会将子节点渲染到to属性指定的DOM元素中。

  3. Patch过程： 在patch过程中，如果新旧VNode都是Teleport类型，Vue会比较它们的to属性，如果to属性发生了变化，则会将子节点从旧的DOM元素中移动到新的DOM元素中。

  4. DOM操作： 最后，Vue会将虚拟DOM的操作转化为实际的DOM操作，更新页面。

2.3 Teleport的源码分析 (Simplified)

// Teleport组件的渲染函数
const TeleportImpl = {
  process(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized, instance) {
    const { shapeFlag, type } = n2;
    const target = n2.props && n2.props.to;
    const { move, patch, insert, unmount } = instance.appContext.renderer;

    if (n1 == null) {
      // mount
      const targetNode = document.querySelector(target);
      if (!targetNode) {
        // target 不存在处理
        return;
      }

      if (shapeFlag & 16 /* SLOT_CHILDREN */) {
        mountChildren(n2.children, targetNode, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      } else {
        patch(null, n2.children, targetNode, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
      }
      n2.el = targetNode;  // 记录目标节点
    } else {
      // update
      if (n1.props.to !== target) {
        // to 属性改变了
        const oldTargetNode = n1.el;
        const newTargetNode = document.querySelector(target);

        if (oldTargetNode && newTargetNode) {
          moveTeleport(n2.children, newTargetNode, move); // 移动所有节点
        }
        n2.el = newTargetNode;  // 更新目标节点
      } else {
          patch(n1.children, n2.children, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized);
      }
    }
  },
  move: (vnode, container, anchor) => {
    insert(vnode.el, container, anchor);
  },
  unmount: (vnode, parentComponent, parentSuspense, doRemove) => {
    // ...省略卸载的逻辑
  }
};

//移动Teleport的children
function moveTeleport(children, target, move) {
    if(Array.isArray(children)) {
        children.forEach(child => {
            move(child, target, null);
        })
    } else {
        move(children, target, null)
    }
}

这段代码展示了Teleport组件渲染函数的核心逻辑：

  • process函数: 处理Teleport组件的挂载和更新。
  • mountChildren函数: 将Teleport的子节点挂载到目标节点 (to属性指定的节点)。
  • moveTeleport函数: 当to属性发生变化时，将Teleport的子节点从旧的目标节点移动到新的目标节点。
  • n2.el = targetNode: 记录目标节点，方便后续更新。

2.4 Teleport的注意事项

  • to属性： to属性必须是一个有效的CSS选择器，用于指定Teleport的目标DOM元素。
  • 事件冒泡： Teleport组件内部的事件仍然会冒泡到父组件，即使它们被渲染到不同的DOM位置。
  • 多个Teleport： 多个Teleport组件可以渲染到同一个目标DOM元素，它们的渲染顺序取决于它们在组件树中的顺序。

三、Keyed Fragment与Teleport的结合使用

Keyed Fragment和Teleport可以结合使用，以实现更复杂的渲染需求。例如，我们可以使用Keyed Fragment来渲染一个动态的模态框列表，并使用Teleport将每个模态框渲染到body标签下。

<template>
  <div>
    <button @click="addModal">Add Modal</button>
    <teleport to="body">
      <template v-for="modal in modals" :key="modal.id">
        <div class="modal">
          <h2>{{ modal.title }}</h2>
          <p>{{ modal.content }}</p>
          <button @click="removeModal(modal.id)">Close</button>
        </div>
      </template>
    </teleport>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      modals: []
    }
  },
  methods: {
    addModal() {
      this.modals.push({
        id: Date.now(),
        title: 'Modal Title ' + Date.now(),
        content: 'Modal Content ' + Date.now()
      });
    },
    removeModal(id) {
      this.modals = this.modals.filter(modal => modal.id !== id);
    }
  }
}
</script>

<style>
.modal {
  position: fixed;
  top: 50%;
  left: 50%;
  transform: translate(-50%, -50%);
  background-color: white;
  padding: 20px;
  border: 1px solid black;
  margin-top: 20px; /* 避免重叠 */
}
</style>

在这个例子中，我们使用v-for指令和template标签来渲染一个模态框列表，并使用:key="modal.id"来确保每个模态框的唯一性。Teleport组件将整个列表渲染到body标签下。

四、表格：Keyed Fragment与Teleport组件的对比

特性 Keyed Fragment Teleport
作用 高效的列表渲染与节点移动 跨组件层级的挂载
核心概念 key属性，Diff算法 to属性，目标DOM元素
使用场景 动态列表，需要优化节点更新的场景 模态框，弹出框，需要脱离组件层级渲染的场景
是否创建新组件 否，仅仅是多个根节点的容器 是，Teleport是一个组件
对DOM的影响 优化DOM更新，减少不必要的DOM操作 将组件的内容渲染到指定的DOM元素中
事件冒泡 正常冒泡 正常冒泡

五、优化列表渲染，灵活挂载DOM

Keyed Fragment通过key属性优化了列表渲染中的节点更新，使得Vue能够更高效地识别和移动DOM元素。Teleport组件则打破了组件层级的限制，允许我们将组件的内容渲染到DOM树的任何位置。两者结合使用，可以构建更复杂、更灵活的用户界面。理解它们的渲染流程和注意事项，可以帮助我们更好地利用Vue 3的特性，提高应用的性能和可维护性。

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