Vue Devtools中的Timeline实现：追踪Effect执行、Patching时间与渲染频率 - 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

Vue Devtools 中的 Timeline 实现：追踪 Effect 执行、Patching 时间与渲染频率

大家好，今天我们来深入探讨 Vue Devtools 中 Timeline 功能的实现原理，重点关注如何追踪 Effect 的执行、Patching 时间以及渲染频率。Timeline 是 Vue Devtools 中一个非常强大的功能，它可以帮助我们分析 Vue 应用的性能瓶颈，更好地理解 Vue 的内部运作机制。

1. Timeline 的核心概念

Timeline 追踪的是 Vue 应用在特定时间段内发生的各种事件，并将这些事件以时间轴的形式可视化展示出来。这些事件包括但不限于：

Component 初始化和销毁： 可以看到组件的创建和卸载的时间点。
Props 更新： 追踪 prop 变化的时间和频率。
Data 更新： 追踪 data 变化的时间和频率。
Computed 属性计算： 追踪 computed 属性的计算时间和频率。
Watchers 触发： 追踪 watcher 的触发时间和频率。
Effect 执行： 追踪副作用函数（Effect）的执行时间和频率。
Patching： 追踪虚拟 DOM Patching 的时间和性能消耗。
渲染 (Render)： 追踪组件渲染的时间和频率。
事件 (Event)： 追踪自定义事件的触发。
用户计时 (User Timing)： 允许开发者自定义时间测量点。

这些事件被记录下来，并带有时间戳，从而可以分析应用在不同时间段内的性能表现。

2. Vue Devtools 的架构概览

Vue Devtools 的架构主要分为三个部分：

Browser Extension (浏览器扩展): 负责与开发者交互，接收用户指令，并将数据可视化展示。
Backend (后端): 注入到 Vue 应用中，负责收集应用内部的各种事件数据。
Bridge (桥): 负责浏览器扩展和后端之间的通信。

Timeline 功能的实现主要集中在 Backend 部分。 Backend 会通过注入的方式，修改 Vue 的内部实现，从而在关键节点插入钩子函数，收集相关数据。

3. 追踪 Effect 执行

Vue 3 中，Effect 通常与 reactive 和 computed API 相关联。Effect 是一种副作用函数，当其依赖的响应式数据发生变化时，它会被重新执行。追踪 Effect 的执行，可以帮助我们了解哪些操作导致了不必要的更新，从而优化性能。

实现思路：

修改 effect 函数： 覆盖 Vue 内部的 effect 函数，在 Effect 执行前后插入钩子函数。
记录 Effect 信息： 在 Effect 执行前记录开始时间，执行后记录结束时间，以及 Effect 的相关信息（例如：Effect 的 id，依赖的响应式数据等）。
发送数据： 将记录的数据通过 Bridge 发送到 Browser Extension。

示例代码 (简化版):

// 假设这是 Vue 内部的 effect 函数
function originalEffect(fn, options = {}) {
  const effectFn = () => {
    try {
      // 记录开始时间
      const startTime = performance.now();

      // 执行原始的副作用函数
      const result = fn();

      // 记录结束时间
      const endTime = performance.now();

      // 发送 Effect 执行信息
      sendEffectInfo({
        id: effectFn.id,
        startTime,
        endTime,
        duration: endTime - startTime,
        options
      });

      return result;
    } catch (error) {
      // ... 错误处理
    }
  };

  effectFn.id = generateId(); // 生成唯一的 Effect ID
  effectFn.deps = []; // 存储依赖的响应式数据
  effectFn.options = options;

  // 启动 effect
  if (!options.lazy) {
    effectFn();
  }

  return effectFn;
}

// 模拟发送数据到 Devtools
function sendEffectInfo(data) {
  // 使用 Bridge 将数据发送到 Browser Extension
  console.log("Effect Info:", data); // 实际应通过 Bridge 发送
}

// 生成唯一 ID
let effectId = 0;
function generateId() {
  return ++effectId;
}

// 覆盖 Vue 内部的 effect 函数
const Vue = {
  effect: originalEffect
};

// 示例用法
const state = Vue.reactive({ count: 0 });

Vue.effect(() => {
  console.log("Count:", state.count);
});

state.count++; // 触发 Effect 重新执行

代码解释：

originalEffect 函数模拟了 Vue 内部的 effect 函数。
在 effectFn 函数中，我们记录了 Effect 执行的开始时间和结束时间，并计算了执行时长。
sendEffectInfo 函数模拟了将数据发送到 Devtools 的过程，实际应通过 Bridge 进行通信。
通过覆盖 Vue.effect，我们可以拦截所有 Effect 的执行。

4. 追踪 Patching 时间

Patching 是 Vue 中虚拟 DOM 的核心操作。当组件的数据发生变化时，Vue 会创建一个新的虚拟 DOM 树，并将其与旧的虚拟 DOM 树进行比较，找出差异，然后将这些差异应用到真实的 DOM 上。Patching 的性能直接影响到应用的响应速度。

实现思路：

修改 Patching 函数： 覆盖 Vue 内部的 Patching 函数，在 Patching 执行前后插入钩子函数。
记录 Patching 信息： 在 Patching 执行前记录开始时间，执行后记录结束时间，以及 Patching 的相关信息（例如：Patching 的目标 DOM 节点，Patching 的差异等）。
发送数据： 将记录的数据通过 Bridge 发送到 Browser Extension。

示例代码 (简化版):

// 假设这是 Vue 内部的 patch 函数
function originalPatch(n1, n2, container, anchor = null) {
  // 记录开始时间
  const startTime = performance.now();

  // 执行原始的 Patching 操作
  // ... (实际的 Patching 逻辑)
  // 模拟 Patching 的耗时
  for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
    // 空循环模拟耗时
  }

  // 记录结束时间
  const endTime = performance.now();

  // 发送 Patching 信息
  sendPatchingInfo({
    startTime,
    endTime,
    duration: endTime - startTime,
    target: container, // Patching 的目标 DOM 节点
    oldVNode: n1,
    newVNode: n2
  });

  // ... (实际的 Patching 逻辑)
}

// 模拟发送数据到 Devtools
function sendPatchingInfo(data) {
  // 使用 Bridge 将数据发送到 Browser Extension
  console.log("Patching Info:", data); // 实际应通过 Bridge 发送
}

// 覆盖 Vue 内部的 patch 函数
const VueRenderer = {
  patch: originalPatch
};

// 示例用法
const oldVNode = { type: 'div', children: 'Hello' };
const newVNode = { type: 'div', children: 'World' };
const container = document.getElementById('app');

VueRenderer.patch(oldVNode, newVNode, container);

代码解释：

originalPatch 函数模拟了 Vue 内部的 patch 函数。
在 originalPatch 函数中，我们记录了 Patching 执行的开始时间和结束时间，并计算了执行时长。
sendPatchingInfo 函数模拟了将数据发送到 Devtools 的过程，实际应通过 Bridge 进行通信。
通过覆盖 VueRenderer.patch，我们可以拦截所有 Patching 操作。

5. 追踪渲染频率

渲染频率是指 Vue 组件在单位时间内重新渲染的次数。过高的渲染频率会导致性能问题，例如：卡顿、掉帧等。追踪渲染频率可以帮助我们发现不必要的渲染，从而优化性能。

实现思路：

修改组件渲染函数： 覆盖 Vue 组件的渲染函数，在渲染前后插入钩子函数。
记录渲染时间： 在渲染前记录开始时间，渲染后记录结束时间。
计算渲染频率： 在一段时间内，统计渲染的次数，并计算出渲染频率。
发送数据： 将记录的数据和计算出的渲染频率通过 Bridge 发送到 Browser Extension。

示例代码 (简化版):

// 假设这是 Vue 组件的渲染函数
function originalRender(props, context) {
  // 记录开始时间
  const startTime = performance.now();

  // 执行原始的渲染函数
  const vnode = this.setupState.render.call(this.setupState, props, context);

  // 记录结束时间
  const endTime = performance.now();

  // 发送渲染信息
  sendRenderInfo({
    componentName: this.$options.name, // 组件名称
    startTime,
    endTime,
    duration: endTime - startTime
  });

  return vnode;
}

// 渲染次数统计
let renderCount = 0;
let lastRenderTime = 0;

// 模拟发送数据到 Devtools
function sendRenderInfo(data) {
  renderCount++;

  // 计算渲染频率 (每秒渲染次数)
  const now = performance.now();
  if (now - lastRenderTime >= 1000) {
    const fps = renderCount / ((now - lastRenderTime) / 1000);
    console.log(`Component: ${data.componentName}, FPS: ${fps.toFixed(2)}`); // 实际应通过 Bridge 发送
    renderCount = 0;
    lastRenderTime = now;
  }
  console.log("Render Info:", data); // 实际应通过 Bridge 发送
}

// 覆盖 Vue 组件的 render 函数
const VueComponent = {
  extend: function(options) {
    const originalMounted = options.mounted;
    options.mounted = function() {
      this.setupState.render = originalRender; // 假设 render 函数存储在 setupState 中
      this.$options = options; // 保存组件选项
      if (originalMounted) {
        originalMounted.call(this);
      }
    }
    return options;
  }
};

// 示例用法
const MyComponent = VueComponent.extend({
  name: 'MyComponent',
  data() {
    return {
      count: 0
    }
  },
  render(h) {
    return h('div', this.count);
  },
  mounted() {
    setInterval(() => {
      this.count++;
    }, 16); // 模拟频繁更新
  }
});

new Vue({
  el: '#app',
  components: {
    MyComponent
  },
  template: '<my-component/>'
});

代码解释：

originalRender 函数模拟了 Vue 组件的 render 函数。
在 originalRender 函数中，我们记录了渲染执行的开始时间和结束时间，并计算了执行时长。
sendRenderInfo 函数模拟了将数据发送到 Devtools 的过程，实际应通过 Bridge 进行通信。
我们使用 renderCount 和 lastRenderTime 来统计渲染次数和计算渲染频率 (FPS)。
通过覆盖 VueComponent.extend，我们可以拦截所有组件的 render 函数。

6. 数据结构设计

Timeline 需要记录各种类型的事件，因此需要设计一个合理的数据结构来存储这些事件。

示例数据结构:

interface TimelineEvent {
  id: number; // 事件 ID
  type: string; // 事件类型 (例如：'effect', 'patch', 'render')
  name: string; // 事件名称 (例如：组件名称，Effect 的描述)
  startTime: number; // 事件开始时间
  endTime: number; // 事件结束时间
  duration: number; // 事件持续时间
  payload?: any; // 事件负载 (例如：更新的数据，Patching 的差异)
}

const timelineEvents: TimelineEvent[] = [];

7. Bridge 的作用

Bridge 是 Browser Extension 和 Backend 之间的通信桥梁。它负责将 Backend 收集的数据发送到 Browser Extension，并将 Browser Extension 的指令传递给 Backend。

Bridge 的实现方式有很多种，例如：

window.postMessage: 利用 window.postMessage API 进行跨域通信。
WebSocket: 使用 WebSocket 建立长连接进行双向通信。

8. Browser Extension 的可视化

Browser Extension 负责将 Backend 发送的数据可视化展示出来。Timeline 功能通常以时间轴的形式展示事件，并允许用户进行过滤、排序、搜索等操作。

可以使用各种前端技术来实现 Timeline 的可视化，例如：

HTML/CSS/JavaScript: 使用原生 HTML/CSS/JavaScript 实现可视化。
Vue/React/Angular: 使用前端框架简化开发流程。
D3.js/Chart.js: 使用可视化库创建复杂的图表。

9. Timeline 涉及到的细节

细节	说明
事件 ID	每个事件都应该有一个唯一的 ID，方便进行追踪和关联。
事件类型	事件类型用于区分不同类型的事件，例如：`effect`、`patch`、`render` 等。
事件名称	事件名称用于描述事件的内容，例如：组件名称、Effect 的描述等。
时间戳精度	时间戳的精度会影响到 Timeline 的准确性。建议使用 `performance.now()` 获取高精度的时间戳。
性能优化	Timeline 会收集大量的事件数据，因此需要进行性能优化，例如：使用采样技术减少数据量，使用 Web Worker 进行后台处理等。
用户体验	Timeline 的用户体验非常重要。需要提供友好的界面，方便用户进行分析和调试。
数据过滤	提供数据过滤功能，允许用户根据事件类型、组件名称等条件过滤 Timeline 中显示的事件。这样可以帮助用户专注于特定部分的性能分析，而不是被所有数据淹没。例如，用户可能只想查看与特定组件相关的渲染事件，或者只查看执行时间超过某个阈值的 Effect。
数据放大和缩小	允许用户放大和缩小 Timeline 的时间轴，以便更详细地查看特定时间段内的事件，或者更概览地查看整个时间段内的事件。放大功能可以帮助用户更精确地分析事件的执行时间和顺序，而缩小功能可以帮助用户识别整体的性能趋势。
事件关联	将相关的事件关联起来，例如：将 Effect 的触发事件与 Effect 的执行事件关联起来，将 Patching 事件与导致 Patching 的数据更新事件关联起来。这样可以帮助用户理解事件之间的因果关系，从而更好地定位性能问题。
数据导出	提供数据导出功能，允许用户将 Timeline 数据导出为 JSON 或 CSV 格式，以便进行离线分析或与其他工具进行集成。导出的数据可以用于生成性能报告、创建自定义可视化图表或进行更深入的性能分析。
数据持久化	在某些情况下，可能需要在刷新页面后保留 Timeline 数据。可以考虑使用 LocalStorage 或 IndexedDB 等技术将数据持久化存储在浏览器中。
兼容性	确保 Timeline 在不同的浏览器和 Vue 版本中都能正常工作。需要进行充分的兼容性测试，并根据不同的环境进行调整。

代码实现细节

使用 WeakMap 存储组件的原始函数: 为了避免修改 Vue 组件选项时产生副作用，可以使用 WeakMap 来存储组件的原始 render 函数。WeakMap 允许你将数据关联到对象，而不会阻止垃圾回收。
利用 Proxy 拦截数据访问: 为了更精确地追踪响应式数据的变化，可以使用 Proxy 拦截数据的读取和写入操作。这样可以知道哪些数据被访问，以及哪些数据导致了 Effect 的触发。
异步发送数据: 为了避免阻塞主线程，可以使用 setTimeout 或 requestIdleCallback 等技术异步发送数据到 Devtools。
采样技术: 对于高频事件，可以使用采样技术减少数据量。例如，只记录每 N 次事件的数据。

10. 总结：关键技术的梳理

总而言之，Vue Devtools 中 Timeline 功能的实现涉及多个关键技术：修改 Vue 内部函数、数据结构设计、Bridge 通信、可视化展示以及性能优化。理解这些技术可以帮助我们更好地理解 Vue 的内部运作机制，并为开发高性能的 Vue 应用提供有力支持。

希望今天的讲解能够帮助大家对 Vue Devtools 中 Timeline 功能的实现有一个更深入的了解。

一些想法：功能实现背后的逻辑

通过修改Vue内部函数，我们可以植入钩子，进而观察和记录应用运行过程中的关键事件。合理的数据结构设计和高效的通信机制是确保性能的关键。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院

Vue Devtools 中的 Timeline 实现：追踪 Effect 执行、Patching 时间与渲染频率

发表回复 取消回复

发表回复取消回复