Vue调度器与浏览器事件循环的协同：优化任务队列优先级与防止UI阻塞

Vue 调度器与浏览器事件循环的协同：优化任务队列优先级与防止UI阻塞

大家好，今天我们来深入探讨Vue的调度器与浏览器事件循环的协同工作机制。理解这种协同，对于编写高性能、流畅的Vue应用至关重要。我们将从事件循环的基础概念入手，逐步剖析Vue调度器的实现原理，以及如何利用它们之间的关系来优化任务队列优先级，最终避免UI阻塞，提升用户体验。

浏览器事件循环：JavaScript运行的基石

在深入Vue调度器之前，我们需要先了解浏览器事件循环。JavaScript是单线程语言，这意味着它一次只能执行一个任务。然而，浏览器需要处理大量的并发任务，例如响应用户交互、执行定时器、处理网络请求等。为了解决单线程与多任务之间的矛盾，浏览器引入了事件循环机制。

事件循环不断地从任务队列中取出任务并执行。任务队列是一种先进先出的数据结构，存储着待执行的任务。事件循环的工作流程大致如下：

1. 执行栈（Call Stack）为空时，从任务队列中取出一个任务。
2. 将该任务推入执行栈并执行。
3. 任务执行完毕后，从执行栈中弹出。
4. 重复步骤1。

任务队列可以分为两种类型：宏任务队列（Macrotask Queue）和微任务队列（Microtask Queue）。

宏任务（Macrotask） 包括：

• setTimeout
• setInterval
• setImmediate (Node.js)
• requestAnimationFrame
• I/O
• UI rendering

微任务（Microtask） 包括：

• Promise.then
• MutationObserver
• process.nextTick (Node.js)

事件循环的执行顺序如下：

1. 执行一个宏任务。
2. 检查微任务队列，如果有微任务，则全部执行完毕。
3. 更新UI渲染。
4. 重复步骤1。

关键点：

• 微任务的优先级高于宏任务，每次执行完一个宏任务后，会立即执行所有微任务。
• 只有在宏任务和微任务队列都为空时，才会进行UI渲染。

理解了事件循环，我们才能更好地理解Vue调度器的工作方式。

Vue调度器：异步更新的引擎

Vue组件的状态变化会导致视图的更新。为了提高性能，Vue不会同步更新视图，而是采用异步更新策略。Vue调度器负责管理这些异步更新任务，并将其加入到浏览器的事件循环中。

Vue调度器的核心思想是将多个状态变化合并为一个更新任务。这意味着，如果在同一个事件循环中多次修改同一个组件的状态，Vue只会执行一次更新。

Vue调度器主要包含以下几个部分：

• Watcher： 监听组件状态的变化，当状态发生变化时，Watcher会将更新任务加入到调度队列中。
• 调度队列（Queue）： 存储待执行的更新任务。
• flushSchedulerQueue： 负责执行调度队列中的所有任务。

当组件的状态发生变化时，Watcher会将一个包含组件更新函数的任务加入到调度队列中。然后，Vue会利用 nextTick 函数，将 flushSchedulerQueue 函数推入到浏览器的事件循环中。

nextTick 函数的实现方式根据不同的浏览器环境而有所不同。

• Promise： 如果浏览器支持Promise，则使用Promise.then。
• MutationObserver： 如果浏览器支持MutationObserver，则使用MutationObserver。
• setTimeout： 如果以上两种方式都不支持，则使用setTimeout。

nextTick 的核心作用是延迟执行 flushSchedulerQueue 函数，将其放入到微任务队列或宏任务队列中，确保在当前事件循环的所有同步任务执行完毕后，再执行更新任务。

代码示例：

// 简化的 Vue 调度器实现

let queue = [];
let flushing = false;
let waiting = false;
let has = {}; // 用于去重

function queueWatcher (watcher) {
  const id = watcher.id;
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true;
    if (!flushing) {
      queue.push(watcher);
    } else {
      // 如果正在刷新，则根据 watcher.id 插入到合适的位置，保证顺序
      let i = queue.length - 1;
      while (i > 0 && queue[i].id > watcher.id) {
        i--;
      }
      queue.splice(i + 1, 0, watcher);
    }
    if (!waiting) {
      waiting = true;
      nextTick(flushSchedulerQueue);
    }
  }
}

function flushSchedulerQueue () {
  flushing = true;
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id); // 按照id排序，保证父组件先更新

  // Don't cache length because it may be mutated
  for (let index = 0; index < queue.length; index++) {
    const watcher = queue[index];
    const id = watcher.id;
    has[id] = null; // 清除已执行的 watcher
    watcher.run();
  }

  // reset
  waiting = flushing = false;
  queue = [];
  has = {};
}

let nextTick = (function () {
  let callbacks = [];
  let pending = false;
  let timerFunc;

  function flushCallbacks () {
    pending = false;
    const copies = callbacks.slice(0);
    callbacks.length = 0;
    for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
      copies[i]();
    }
  }

  // Here we have the same logic as in the microtasks section above
  if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
    var p = Promise.resolve();
    timerFunc = () => {
      p.then(flushCallbacks);
    };
  } else if (typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
    isNative(MutationObserver) ||
    // PhantomJS and iOS 7.x
    MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
  )) {
    // Use MutationObserver where native Promise is not available,
    // e.g. PhantomJS, iOS7, Android 4.4
    // MutationObserver has wider support than native Promise
    let counter = 1;
    let observer = new MutationObserver(flushCallbacks);
    let textNode = document.createTextNode(String(counter));
    observer.observe(textNode, {
      characterData: true
    });
    timerFunc = () => {
      counter = (counter + 1) % 2;
      textNode.data = String(counter);
    };
  } else if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
    // Fallback to setImmediate.
    // Technical debt: setImmediate might get polyfilled by setTimeout.
    timerFunc = () => {
      setImmediate(flushCallbacks);
    };
  } else {
    // Fallback to setTimeout.
    timerFunc = () => {
      setTimeout(flushCallbacks, 0);
    };
  }

  return function queueNextTick (cb, ctx) {
    let _resolve;
    callbacks.push(() => {
      if (cb) {
        try {
          cb.call(ctx);
        } catch (e) {
          console.error(e);
        }
      } else if (_resolve) {
        _resolve(ctx);
      }
    });
    if (!pending) {
      pending = true;
      timerFunc();
    }
    if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
      return new Promise(resolve => {
        _resolve = resolve;
      });
    }
  }
})();

// 模拟 Watcher
class Watcher {
  constructor(vm, expOrFn, cb) {
    this.vm = vm;
    this.expOrFn = expOrFn;
    this.cb = cb;
    this.id = ++uid;
  }

  run() {
    this.cb.call(this.vm);
  }
}

let uid = 0;

// 模拟 Vue 实例
class Vue {
  constructor(options) {
    this.options = options;
    this.data = options.data;
  }

  $watch(expOrFn, cb) {
    const watcher = new Watcher(this, expOrFn, cb);
    queueWatcher(watcher);
  }
}

// 使用示例
const vm = new Vue({
  data: {
    message: 'Hello'
  }
});

vm.$watch('message', () => {
  console.log('Message changed!');
});

vm.data.message = 'World';
vm.data.message = 'Vue';

在这个例子中，我们模拟了Vue调度器的核心功能。当vm.data.message被修改两次时，queueWatcher函数会将两个watcher添加到队列中，但由于nextTick的存在，flushSchedulerQueue函数会被延迟执行，最终只会执行一次更新，从而避免了不必要的UI渲染。

优化任务队列优先级：提升用户体验

理解了Vue调度器和浏览器事件循环的协同工作机制，我们就可以利用它们之间的关系来优化任务队列优先级，提升用户体验。

1. 避免长时间运行的同步任务：

长时间运行的同步任务会阻塞事件循环，导致UI卡顿。应该将这些任务分解为多个小任务，并使用 setTimeout 或 requestAnimationFrame 将它们放入到宏任务队列中。

2. 合理使用 nextTick：

nextTick 可以将更新任务放入到微任务队列或宏任务队列中。如果更新任务不涉及UI渲染，可以将它放入到微任务队列中，以便更快地执行。如果更新任务涉及UI渲染，可以将它放入到宏任务队列中，以便在浏览器空闲时执行。

3. 使用 requestAnimationFrame 进行动画：

requestAnimationFrame 会在浏览器下一次重绘之前执行。使用 requestAnimationFrame 可以确保动画的流畅性，避免卡顿。

4. 利用 computed 属性的缓存：

computed 属性具有缓存功能。只有当依赖的状态发生变化时，才会重新计算。合理使用 computed 属性可以避免不必要的计算，提高性能。

5. 避免在 watch 中执行复杂的操作：

watch 会在状态发生变化时执行回调函数。如果回调函数中包含复杂的操作，可能会导致性能问题。应该将这些操作分解为多个小任务，并使用 setTimeout 或 requestAnimationFrame 将它们放入到宏任务队列中。

优先级调度策略示例：

假设我们需要执行以下任务：

• A：更新UI的任务 (需要立即响应用户)
• B：后台数据处理任务 (可以延迟执行)
• C：动画效果 (需要流畅性)

我们可以这样安排：

任务	调度方式	优先级	理由
A	nextTick	高	确保UI更新尽快执行，响应用户操作。通常nextTick会使用微任务，但要注意避免过度使用。
B	setTimeout(fn,0)	低	延迟执行，避免阻塞UI。
C	requestAnimationFrame	中	保证动画流畅性，在浏览器重绘前执行。

代码示例：

// 优化前
watch: {
  data: function(newData, oldData) {
    // 复杂的数据处理操作
    this.processData(newData);
    // 更新UI
    this.updateUI();
  }
}

// 优化后
watch: {
  data: function(newData, oldData) {
    // 将复杂的数据处理操作放入宏任务队列
    setTimeout(() => {
      this.processData(newData);
    }, 0);
    // 使用 nextTick 更新UI
    this.$nextTick(() => {
      this.updateUI();
    });
  }
}

通过将复杂的数据处理操作放入宏任务队列，可以避免阻塞UI，提高用户体验。使用 nextTick 可以确保UI更新在数据处理完成后执行。

避免UI阻塞：关键在于任务分解和调度

UI阻塞是影响用户体验的关键因素。要避免UI阻塞，关键在于任务分解和调度。

1. 任务分解：

将大型任务分解为多个小任务，可以避免长时间占用事件循环，从而减少UI阻塞的可能性。

2. 任务调度：

合理调度任务的执行顺序，可以确保重要任务优先执行，避免不必要的延迟。例如，可以将UI更新任务放在较高的优先级，将后台数据处理任务放在较低的优先级。

3. 使用 Web Workers：

对于一些计算密集型的任务，可以使用 Web Workers 将它们放到后台线程中执行，避免阻塞主线程，从而提高UI的响应速度。

总结表格：

问题	解决方案	优点	缺点
长时间同步任务	分解任务，使用 setTimeout 或 requestAnimationFrame	避免阻塞UI，提高响应速度。	任务分解需要一定的技巧。
不必要的UI更新	合理使用 computed 属性的缓存。	避免不必要的计算，提高性能。	需要对数据依赖关系有深入的理解。
复杂 watch 回调	将复杂操作放入宏任务队列。	避免阻塞UI，提高响应速度。	增加了代码的复杂性。
计算密集型任务	使用 Web Workers。	避免阻塞主线程，提高UI的响应速度。	需要进行线程间的通信，增加了代码的复杂性。

记住这些，编写更流畅的Vue应用

理解Vue调度器与浏览器事件循环的协同工作，能够帮助我们更好地优化Vue应用的性能。通过合理地调度任务，避免长时间运行的同步任务，并充分利用 nextTick、requestAnimationFrame 和 Web Workers 等技术，我们可以构建出更加流畅、响应迅速的Vue应用，从而提升用户体验。

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