Vue渲染器中的DOM操作批处理：利用调度器减少回流（Reflow）与重绘（Repaint） - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，我们开始。

Vue渲染器中的DOM操作批处理：利用调度器减少回流与重绘

大家好，今天我们来深入探讨Vue渲染器中DOM操作的批处理机制，以及如何利用调度器来减少浏览器中的回流（Reflow）和重绘（Repaint），从而优化Vue应用的性能。回流和重绘是前端性能优化的重要方面，理解Vue如何处理这些问题，能帮助我们编写更高效的Vue代码。

什么是回流和重绘？

在深入Vue的实现之前，我们先明确一下回流和重绘的概念。浏览器渲染引擎的工作流程大致如下：

解析HTML： 解析HTML代码，构建DOM树。
解析CSS： 解析CSS代码，构建CSSOM树。
渲染树构建： 将DOM树和CSSOM树合并，构建渲染树（Render Tree）。渲染树只包含需要显示的节点。
布局（Layout/Reflow）： 计算渲染树中每个节点的几何信息（位置、大小等）。这是一个自上而下的过程，一个节点的改变可能会影响其子节点甚至整个树。
绘制（Paint/Repaint）： 根据布局信息，将渲染树的节点绘制到屏幕上。

回流（Reflow）： 当渲染树中的元素的几何信息发生改变时（例如：修改了元素的尺寸、位置、内容等），浏览器需要重新计算元素的几何信息，这个过程称为回流。回流通常会导致整个页面重新布局，开销非常大。

重绘（Repaint）： 当渲染树中的元素的样式发生改变，但没有影响其几何信息时（例如：修改了颜色、背景色等），浏览器不需要重新计算元素的几何信息，只需要重新绘制元素，这个过程称为重绘。重绘的开销相对较小。

回流一定会导致重绘，但重绘不一定会导致回流。

常见的触发回流的操作包括：

改变窗口大小
改变字体大小
添加或删除DOM节点
修改元素的尺寸、位置、内容
读取某些元素的属性（offsetWidth、offsetHeight、scrollTop、scrollWidth等）

常见的触发重绘的操作包括：

改变颜色
改变背景色
改变visibility

了解这些概念后，我们就明白为什么需要尽量减少回流和重绘了。

Vue渲染器的基本流程

Vue的渲染器负责将虚拟DOM（Virtual DOM）转换为真实的DOM，并更新视图。Vue的渲染过程大致如下：

创建虚拟DOM（Virtual DOM）： Vue组件的render函数会返回一个虚拟DOM树，描述了组件的结构和状态。
Diff算法： Vue使用Diff算法比较新旧虚拟DOM树，找出需要更新的节点。
Patch： 根据Diff算法的结果，Vue会更新真实的DOM，使其与新的虚拟DOM保持一致。

这个过程中，Patch阶段涉及到大量的DOM操作，如果每次状态变化都立即更新DOM，会导致频繁的回流和重绘，影响性能。

Vue的DOM操作批处理机制

为了解决这个问题，Vue实现了DOM操作的批处理机制。其核心思想是：

将多个DOM操作合并到一起，然后在下一个事件循环周期中执行，从而减少回流和重绘的次数。

Vue通过一个调度器（Scheduler）来实现这个机制。

调度器（Scheduler）：

负责收集需要执行的更新任务（例如：组件的render函数）。
将这些任务放入一个队列中。
在下一个事件循环周期中，按照一定的优先级顺序执行这些任务。

具体来说，Vue使用了queueJob函数来将更新任务添加到调度器队列中。

// 简化后的queueJob函数
let queue = [];
let flushing = false;
let isFlushPending = false;
const resolvedPromise = Promise.resolve()

function queueJob(job) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job);
    queueFlush();
  }
}

function queueFlush() {
  if (!flushing && !isFlushPending) {
    isFlushPending = true;
    resolvedPromise.then(flushJobs); // 使用Promise.then确保在下一个事件循环周期执行
  }
}

function flushJobs() {
  isFlushPending = false;
  flushing = true;
  try {
    // 按照优先级排序（如果需要）
    queue.sort((a, b) => getId(a) - getId(b)); // getId用于获取任务的ID，可以用于优先级排序
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i];
      job(); // 执行更新任务
    }
  } finally {
    flushing = false;
    queue.length = 0; // 清空队列
  }
}

function getId(job) {
    return job.id || Infinity
}

// 示例
let componentUpdateFunction = () => {
    console.log("Component updated")
}

componentUpdateFunction.id = 1;
queueJob(componentUpdateFunction);
queueJob(() => console.log("Another task"))

这个代码片段展示了Vue调度器的基本原理：

queueJob函数将更新任务（job）添加到队列queue中。
queueFlush函数使用Promise.then将flushJobs函数放入微任务队列中，确保在下一个事件循环周期执行。
flushJobs函数负责执行队列中的所有更新任务。

关键点：

Promise.then： 使用Promise.then或setTimeout(fn, 0)（虽然setTimeout不是最优选择，但是可以理解原理）将任务放入事件循环的下一个周期执行，实现了异步更新。
队列： 使用队列来收集更新任务，确保所有的更新操作都会被合并到一起。
优先级： 可以根据任务的优先级对队列进行排序，确保重要的更新任务优先执行。（Vue实际实现中会根据组件的层级关系来设置优先级）

调度器如何减少回流和重绘

通过调度器，Vue可以将多个DOM操作合并到一起，然后在下一个事件循环周期中执行。这样可以有效地减少回流和重绘的次数。

例如，假设我们有以下代码：

<template>
  <div>
    <p :style="{ width: width + 'px', height: height + 'px' }">Hello</p>
    <button @click="updateSize">Update Size</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      width: 100,
      height: 100,
    };
  },
  methods: {
    updateSize() {
      this.width = 200;
      this.height = 200;
    },
  },
};
</script>

当我们点击"Update Size"按钮时，updateSize函数会被调用，width和height的值都会被修改。如果没有调度器，Vue可能会立即更新DOM，导致两次回流和重绘。

但是，有了调度器，Vue会将这两个状态的修改放入队列中，然后在下一个事件循环周期中一次性更新DOM。这样就只会触发一次回流和重绘。

表格：对比有无调度器的性能

操作	无调度器	有调度器
修改`width`	回流+重绘	添加到队列
修改`height`	回流+重绘	添加到队列
下一个事件循环周期	无	回流+重绘
总回流次数	2	1
总重绘次数	2	1

从表格中可以看出，使用调度器可以显著减少回流和重绘的次数，提高应用的性能。

Vue3中的调度器改进

Vue3对调度器进行了改进，使用了更高效的微任务队列。在Vue2中，通常使用setTimeout(fn, 0)来模拟异步更新，但这会引入额外的延迟，并且setTimeout是宏任务，优先级较低。

Vue3使用Promise.then或queueMicrotask（如果可用）来创建微任务，微任务的优先级高于宏任务，可以更快地执行更新操作。

// Vue3中使用queueMicrotask的例子（简化）
const resolvedPromise = /*#__PURE__*/ Promise.resolve()

let nextTick = (fn) => resolvedPromise.then(fn)

let queue = []
let isFlushing = false

function queueJob(job) {
  if (!queue.length || !queue.includes(job, isFlushing ? 0 : queue.length)) {
    queue.push(job)
    queueFlush()
  }
}

function queueFlush() {
  if (!isFlushing) {
    isFlushing = true
    nextTick(flushJobs) // 使用nextTick, 内部使用Promise.then或者queueMicrotask
  }
}

function flushJobs() {
  try {
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i]
      job()
    }
  } finally {
    isFlushing = false
    queue.length = 0
  }
}

nextTick函数内部使用了Promise.then或queueMicrotask，这使得Vue3的更新操作更加高效。

如何更好地利用Vue的批处理机制

理解Vue的批处理机制后，我们可以采取一些措施来更好地利用它，从而进一步优化性能：

避免同步修改多个状态： 尽量将多个状态的修改放在一个事件循环周期中完成。例如，在事件处理函数中一次性修改多个状态，而不是分散在多个函数中。
使用计算属性（Computed Properties）： 计算属性可以缓存计算结果，避免重复计算。如果一个状态依赖于多个其他状态，可以使用计算属性来计算这个状态的值，而不是在模板中直接计算。这样可以减少render函数的执行次数。
使用nextTick： 如果你需要在DOM更新后立即执行某些操作，可以使用nextTick函数。nextTick函数会将你的回调函数放入微任务队列中，确保在DOM更新后执行。

<template>
  <div>
    <p ref="myParagraph">{{ message }}</p>
    <button @click="updateMessage">Update Message</button>
  </div>
</template>

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

export default {
  data() {
    return {
      message: 'Hello',
    };
  },
  methods: {
    updateMessage() {
      this.message = 'World';
      nextTick(() => {
        // 在DOM更新后执行
        console.log(this.$refs.myParagraph.textContent); // 输出 "World"
      });
    },
  },
};
</script>

合理使用v-if 和 v-show：当需要频繁切换元素的显示隐藏状态时，v-show 比 v-if 性能更好。因为 v-show 只是简单地切换 CSS 的 display 属性，不会导致 DOM 节点的创建和销毁。而 v-if 每次切换都会创建或销毁 DOM 节点，开销较大。
列表渲染优化（v-for）：当使用 v-for 渲染大量数据时，务必提供 key 属性。 key 属性帮助 Vue 跟踪每个节点的身份，从而更高效地更新列表。如果列表中的数据不发生变化，也可以使用 key 属性设置为 static，告知 Vue 这是一个静态列表，不需要进行 Diff 算法。
减少不必要的组件更新：使用 Vue.memo (在 Vue3 中) 或 shouldComponentUpdate (在 Vue2 中，需要手动实现) 来避免不必要的组件更新。这些方法允许你比较新旧 props 或状态，只有当它们发生变化时才更新组件。

实际案例分析

假设我们有一个复杂的列表，需要根据用户的输入进行过滤。如果每次输入都立即更新列表，会导致频繁的回流和重绘，影响性能。

<template>
  <div>
    <input type="text" v-model="filterText" />
    <ul>
      <li v-for="item in filteredList" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      filterText: '',
      list: [
        { id: 1, name: 'Apple' },
        { id: 2, name: 'Banana' },
        { id: 3, name: 'Orange' },
        // ... 更多数据
      ],
    };
  },
  computed: {
    filteredList() {
      return this.list.filter((item) =>
        item.name.toLowerCase().includes(this.filterText.toLowerCase())
      );
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，每次修改filterText都会触发filteredList的重新计算，进而导致列表的更新。为了优化性能，可以使用debounce或throttle技术，减少filterText修改的频率。

import { debounce } from 'lodash'; // 或者自己实现

export default {
  data() {
    return {
      filterText: '',
      list: [
        { id: 1, name: 'Apple' },
        { id: 2, name: 'Banana' },
        { id: 3, name: 'Orange' },
        // ... 更多数据
      ],
    };
  },
  watch: {
    filterText: {
      handler: function(newValue) {
        this.debouncedFilter(newValue);
      },
      immediate: true, // 初始值也执行一次
    },
  },
  created() {
    this.debouncedFilter = debounce((value) => {
      this.filteredList = this.list.filter((item) =>
        item.name.toLowerCase().includes(value.toLowerCase())
      );
    }, 300); // 300ms的延迟
    this.filteredList = [...this.list]
  },
  data() {
    return {
        filterText: '',
        list: [
          { id: 1, name: 'Apple' },
          { id: 2, name: 'Banana' },
          { id: 3, name: 'Orange' },
          // ... 更多数据
        ],
        filteredList: []
      }
  },
};
</script>

通过使用debounce，我们将filterText修改的频率降低到每300ms一次，从而减少了回流和重绘的次数。

深入理解调度器对于性能优化至关重要

Vue的DOM操作批处理机制和调度器是提高Vue应用性能的重要手段。通过理解其原理，并采取相应的优化措施，我们可以编写出更高效、更流畅的Vue代码。了解回流和重绘的概念，以及如何避免频繁触发这些操作，是前端工程师的基本功。 Vue通过调度器将DOM操作合并到一起，减少回流和重绘的次数，从而提高了性能。我们可以通过避免同步修改多个状态、使用计算属性、使用nextTick等方式来更好地利用Vue的批处理机制。

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