Vue Devtools 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。Timeline 是 Vue Devtools 中一个非常重要的功能，它可以帮助我们直观地了解 Vue 应用的性能瓶颈，例如组件渲染的耗时、Effect 的执行情况、Patching 的时间等等。通过分析 Timeline 数据，我们可以针对性地进行性能优化，提升应用的整体性能。
本次讲座将主要围绕以下几个方面展开：
- Timeline 的基本概念与作用： 了解 Timeline 的作用，以及它如何帮助我们分析 Vue 应用的性能。
- Vue Devtools 的架构简述： 了解 Vue Devtools 的整体架构，以及 Timeline 功能在其中的位置。
- Timeline 事件的收集： 深入分析 Vue Devtools 如何收集各种 Timeline 事件，例如组件渲染、Effect 执行、Patching 等。
- Timeline 数据的处理与展示： 了解 Vue Devtools 如何处理收集到的 Timeline 数据，并将其以可视化的方式展示出来。
- 实践案例： 通过具体的代码示例，演示如何使用 Timeline 功能进行性能分析与优化。
一、Timeline 的基本概念与作用
Vue Devtools 的 Timeline 功能是一个强大的性能分析工具，它可以记录 Vue 应用在运行时的各种事件，并以时间轴的方式展示出来。通过分析 Timeline 数据，我们可以了解以下信息：
- 组件渲染耗时： 了解哪些组件渲染耗时较长，从而可以针对性地进行优化。
- Effect 执行情况： 追踪 Effect 的执行顺序、执行次数、以及执行耗时，从而可以发现不必要的 Effect 执行，或者耗时较长的 Effect。
- Patching 时间： 了解 Vue 如何进行 Patching 操作，以及 Patching 的耗时，从而可以优化模板的编写，减少 Patching 的次数。
- 渲染频率： 了解 Vue 应用的渲染频率，从而可以判断是否存在过度渲染的问题。
- 自定义事件： 可以在 Vue 应用中添加自定义的 Timeline 事件，从而可以追踪特定业务逻辑的执行情况。
通过以上信息，我们可以对 Vue 应用的性能瓶颈进行定位，并采取相应的优化措施，例如：
- 优化组件渲染： 使用
shouldComponentUpdate、memo等方法，避免不必要的组件渲染。 - 优化 Effect 执行： 使用
computed、watch等方法，减少 Effect 的执行次数，或者避免在 Effect 中执行耗时操作。 - 优化模板编写： 减少模板中动态数据的绑定，使用
v-once指令，避免不必要的 Patching 操作。 - 控制渲染频率： 使用
debounce、throttle等方法，限制渲染的频率，避免过度渲染。
二、Vue Devtools 的架构简述
Vue Devtools 的架构可以简单地分为以下几个部分：
- Browser Extension： 浏览器扩展程序，负责与开发者进行交互，收集 Timeline 数据，并将数据发送给 Vue Devtools UI。
- Vue Injector： 注入到 Vue 应用中的代码，负责监听 Vue 应用的各种事件，并将事件信息发送给 Browser Extension。
- Vue Devtools UI： Vue Devtools 的用户界面，负责接收 Browser Extension 发送的数据，并将其以可视化的方式展示出来。
Timeline 功能主要由 Vue Injector 和 Vue Devtools UI 共同实现。Vue Injector 负责收集 Timeline 事件，Vue Devtools UI 负责处理和展示 Timeline 数据。
Timeline 数据流向如下：
- Vue 应用触发事件（例如组件渲染、Effect 执行）。
- Vue Injector 监听这些事件，并收集事件信息（例如事件类型、事件发生时间、事件耗时）。
- Vue Injector 将事件信息发送给 Browser Extension。
- Browser Extension 将事件信息转发给 Vue Devtools UI。
- Vue Devtools UI 接收到事件信息后，对其进行处理，并将其以时间轴的方式展示出来。
三、Timeline 事件的收集
Vue Devtools 通过 Vue Injector 收集 Timeline 事件。Vue Injector 会在 Vue 应用初始化时，注入一些代码，用于监听 Vue 应用的各种事件。
以下是一些常见的 Timeline 事件及其收集方式：
-
组件渲染：
Vue Injector 会监听 Vue 组件的
beforeCreate、created、beforeMount、mounted、beforeUpdate、updated、beforeUnmount、unmounted等生命周期钩子函数。在这些钩子函数中，Vue Injector 会记录事件的开始时间和结束时间，从而计算出组件渲染的耗时。// Vue Injector 代码示例 Vue.mixin({ beforeCreate() { this.__timelineStart = performance.now(); // 记录组件创建开始时间 }, mounted() { const duration = performance.now() - this.__timelineStart; // 记录组件创建到挂载的耗时 recordTimelineEvent('mount', this.$options.name, duration); }, // 其他生命周期钩子函数类似处理 }); -
Effect 执行：
Vue Injector 会监听 Vue 的响应式系统，当 Effect 执行时，Vue Injector 会记录 Effect 的开始时间和结束时间，从而计算出 Effect 的执行耗时。这部分实现较为复杂，需要深入了解 Vue 的响应式原理。简单来说，可以通过 monkey-patching
Dep.prototype.notify来实现：// Vue Injector 代码示例 const originalNotify = Dep.prototype.notify; Dep.prototype.notify = function () { const startTime = performance.now(); originalNotify.apply(this, arguments); // 执行原有的 notify 方法 const duration = performance.now() - startTime; // 记录 Effect 执行的耗时 this.subs.forEach(sub => { recordTimelineEvent('effect', sub.expression || 'anonymous', duration); }); };其中
Dep是 Vue 响应式系统中的依赖收集器，subs存储了依赖于该数据的 watcher（即 Effect）。 -
Patching：
Vue Injector 会监听 Vue 的 Patching 过程，在 Patching 开始前和结束后，记录事件的开始时间和结束时间，从而计算出 Patching 的耗时。 这部分需要 hook 到 Vue 的虚拟 DOM 更新逻辑中，过程比较复杂。通常需要修改 Vue 内部的渲染函数，或者使用一些 hack 手段。
// 伪代码 function patch (oldVnode, vnode) { const startTime = performance.now() // ... patching 逻辑 const duration = performance.now() - startTime recordTimelineEvent('patch', null, duration) } -
自定义事件：
开发者可以在 Vue 应用中添加自定义的 Timeline 事件。Vue Injector 会提供一个 API，用于发送自定义事件。
// Vue 应用代码示例 this.$emit('vue-devtools:timeline-event', { label: 'My Custom Event', data: { message: 'Hello, Vue Devtools!' } });Vue Injector 会监听
vue-devtools:timeline-event事件，并将事件信息发送给 Browser Extension。// Vue Injector 代码示例 Vue.prototype.$emit = function (event, ...args) { // ... 原有逻辑 if (event === 'vue-devtools:timeline-event') { const eventData = args[0]; recordTimelineEvent('custom', eventData.label, 0, eventData.data); } };recordTimelineEvent函数：上述代码中多次用到了
recordTimelineEvent函数，它的作用是将收集到的事件信息发送给 Browser Extension。// Vue Injector 代码示例 function recordTimelineEvent(type, label, duration, data = {}) { const event = { type, label, duration, time: performance.now(), data }; // 将 event 发送给 Browser Extension window.postMessage({ source: 'vue-devtools-inject', payload: { type: 'timeline-event', event } }, '*'); }
四、Timeline 数据的处理与展示
Browser Extension 接收到 Vue Injector 发送的 Timeline 事件后，会将事件信息转发给 Vue Devtools UI。Vue Devtools UI 会对这些事件信息进行处理，并将其以时间轴的方式展示出来。
Timeline 数据的处理主要包括以下几个步骤：
- 数据格式化： 将接收到的事件信息转换为统一的数据格式，方便后续的处理。
- 数据排序： 将事件按照时间顺序进行排序。
- 数据分组： 将事件按照类型进行分组，例如组件渲染事件、Effect 执行事件、Patching 事件等。
- 数据聚合： 对同类型的事件进行聚合，例如将同一组件的多次渲染事件合并为一个事件。
- 数据计算： 计算事件的耗时、占比等信息。
Timeline 数据的展示主要采用时间轴的方式，将事件按照时间顺序排列在时间轴上。每个事件在时间轴上以矩形块的形式展示，矩形块的长度表示事件的耗时。
Vue Devtools UI 还会提供一些交互功能，例如：
- 事件过滤： 可以根据事件类型、组件名称等条件，过滤需要展示的事件。
- 事件详情： 可以查看事件的详细信息，例如事件的开始时间、结束时间、耗时、数据等。
- 事件定位： 可以根据事件的位置，定位到对应的组件代码。
以下是一个简化的 Timeline 数据格式的示例：
[
{
type: 'mount',
label: 'MyComponent',
duration: 10,
time: 1678886400000,
data: {}
},
{
type: 'effect',
label: 'myComputed',
duration: 5,
time: 1678886400010,
data: {}
},
{
type: 'patch',
label: null,
duration: 2,
time: 1678886400015,
data: {}
}
]Vue Devtools UI 会根据这些数据，生成时间轴，并将事件信息展示在时间轴上。
五、实践案例
下面我们通过一个具体的代码示例，演示如何使用 Timeline 功能进行性能分析与优化。
假设我们有一个简单的 Vue 组件，它包含一个 computed 属性和一个 watch 监听器。
<template>
<div>
<p>Count: {{ count }}</p>
<button @click="increment">Increment</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
count: 0
};
},
computed: {
doubleCount() {
console.log('Computed doubleCount');
return this.count * 2;
}
},
watch: {
count(newCount) {
console.log('Watch count', newCount);
}
},
methods: {
increment() {
this.count++;
}
}
};
</script>我们可以打开 Vue Devtools 的 Timeline 功能，然后点击 "Increment" 按钮，观察 Timeline 中发生的事件。
我们可以看到，每次点击 "Increment" 按钮，都会触发以下事件：
- 组件更新事件
computed属性doubleCount的计算事件watch监听器count的执行事件
如果我们发现 computed 属性或 watch 监听器的执行耗时较长，我们可以考虑对其进行优化。例如，我们可以使用 memoize 函数，缓存 computed 属性的计算结果，避免重复计算。
import memoize from 'lodash.memoize';
export default {
data() {
return {
count: 0
};
},
computed: {
doubleCount: memoize(function() {
console.log('Computed doubleCount');
return this.count * 2;
})
},
watch: {
count(newCount) {
console.log('Watch count', newCount);
}
},
methods: {
increment() {
this.count++;
}
}
};通过使用 memoize 函数，我们可以避免 computed 属性 doubleCount 的重复计算，从而提升应用的性能。
我们还可以使用自定义 Timeline 事件，追踪特定业务逻辑的执行情况。例如，我们可以添加一个自定义 Timeline 事件，记录 increment 方法的执行时间。
<template>
<div>
<p>Count: {{ count }}</p>
<button @click="increment">Increment</button>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
count: 0
};
},
computed: {
doubleCount() {
console.log('Computed doubleCount');
return this.count * 2;
}
},
watch: {
count(newCount) {
console.log('Watch count', newCount);
}
},
methods: {
increment() {
const startTime = performance.now();
this.count++;
const duration = performance.now() - startTime;
this.$emit('vue-devtools:timeline-event', {
label: 'increment',
data: {
duration
}
});
}
}
};
</script>通过添加自定义 Timeline 事件，我们可以更方便地追踪特定业务逻辑的执行情况，从而更好地进行性能分析与优化。
核心功能和数据流动
Vue Devtools Timeline 通过 Vue Injector 收集事件，将数据转发给 Browser Extension，最终在 Vue Devtools UI 中展示。
优化技巧和实践案例
通过分析组件渲染、Effect 执行和 Patching 时间，可以发现性能瓶颈并进行优化。自定义 Timeline 事件可以帮助追踪特定业务逻辑的执行情况。
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