Vue-视图更新patch过程源码解析

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在这篇文章深入源码学习 Vue 响应式原理讲解了当数据更改时，Vue是如何通知依赖他的数据进行更新的，这篇文章讲得就是：视图知道了依赖的数据的更改，但是怎么更新视图的。

Vnode Tree

在真实的 HTML 中有 DOM 树与之对应，在 Vue 中也有类似的 Vnode Tree 与之对应。

抽象 DOM 树

在 jquery 时代，实现一个功能，往往是直接对 DOM 进行操作来达到改变视图的目的。但是我们知道直接操作 DOM 往往会影响重绘和重排，这两个是最影响性能的两个元素。
进入 Virtual DOM 时代以后，将真实的 DOM 树抽象成了由 js 对象构成的抽象树。virtual DOM就是对真实 DOM 的抽象，用属性来描述真实 DOM 的各种特性。当 virtual DOM 发生改变时，就去修改视图。在 Vue 中就是 Vnode Tree 的概念

VNode

当修改某条数据的时候，这时候 js 会将整个 DOM Tree 进行替换，这种操作是相当消耗性能的。所以在 Vue 中引入了 Vnode 的概念：Vnode是对真实 DOM 节点的模拟，可以对 Vnode Tree 进行增加节点、删除节点和修改节点操作。这些过程都只需要操作 VNode Tree，不需要操作真实的DOM，大大的提升了性能。修改之后使用diff 算法计算出修改的最小单位，在将这些小单位的视图进行更新。

// core/vdom/vnode.js
class Vnode {constructor(tag, data, children, text, elm, context, componentOptions) {// ...}
}

生成vnode

生成 vnode 有两种情况:

  1. 创建非组件节点的vnode

    • tag不存在，创建空节点、注释、文本节点
    • 使用 vue 内部列出的元素类型的vnode
    • 没有列出的创建元素类型的vnode

以 <p>123</p> 为例，会被生成两个vnode:

- `tag` 为 `p`，但是没有 `text` 值的节点
- 另一个是没有 `tag` 类型，但是有 `text` 值的节点
  1. 创建组件节点的VNode

组件节点生成的 Vnode，不会和DOM Tree 的节点一一对应，只存在 VNode Tree 中

// core/vdom/create-component
function createComponent() {
    // ...
    const vnode = new VNode(`vue-component-${Ctor.cid}${name ? `-${name}` : ''}`,
        data, undefined, undefined, undefined, context,
        {Ctor, propsData, listeners, tag, children}
    )
}
这里创建一个组件占位 `vnode`，也就不会有真实的 `DOM` 节点与之对应

组件 vnode 的建立，结合下面例子进行讲解:

<!--parent.vue-->
<div classs="parent">
    <child></child>
</div>
<!--child.vue-->
<template>
    <div class="child"></div>
</template>

真实渲染出来的 DOM Tree 是不会存在 child 这个标签的。child.vue是一个子组件，在 Vue 中会给这个组件创建一个占位的 vnode，这个vnode 在最终的 DOM Tree 不会与 DOM 节点一一对应，即只会出现 vnode Tree 中。

/* core/vdom/create-component.js */
export function createComponent () {
    // ...
     const vnode = new VNode(`vue-component-${Ctor.cid}${name ? `-${name}` : ''}`,
    data, undefined, undefined, undefined, context,
    {Ctor, propsData, listeners, tag, children}
    )
}

那最后生成的 Vnode Tree 就大概如下:

vue-component-${cid}-parent
    vue-component-${cid}-child
        div.child

最后生成的 DOM 结构为:

<div class="parent">
    <div class="child"></div>
</div>

在两个组件文件中打印自身，可以看出两者之间的关系
chlid 实例对象

parent 实例对象

可以看到以下关系：

  1. 父 vnode 通过 children 指向子vnode
  2. 子 vnode 通过 $parent 指向父vnode
  3. 占位 vnode 为对象的$vnode
  4. 渲染的 vnode 为对象的_vnode

patch

在上一篇文章提到当创建 Vue 实例的时候，会执行以下代码:

updateComponent = () => {const vnode = vm._render();
    vm._update(vnode)
}
vm._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop)

当数据发生改变时会触发回调函数 updateComponent 进行模板数据更新，updateComponent实际上是对 __patch__ 的封装。patch的本质是将新旧 vnode 进行比较，创建或者更新 DOM 节点 / 组件实例，如果是首次的话，那么就创建 DOM 或者组件实例。

// core/vdom/patch.js
function createPatchFunction(backend) {const { modules, nodeOps} = backend;
    for (i = 0; i < hooks.length; ++i) {cbs[hooks[i]] = []
        for (j = 0; j < modules.length; ++j) {if (isDef(modules[j][hooks[i]])) {cbs[hooks[i]].push(modules[j][hooks[i]])
          }
        }
    }
    
    return function patch(oldVnode, vnode) {if (isUndef(oldVnode)) {
            let isInitialPatch = true
            createElm(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
        } else {const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
            if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly)
            } else {if (isRealElement) {oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
                }
                const oldElm = oldVnode.elm
                const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)
                createElm(
                    vnode,
                    insertedVnodeQueue,
                    oldElm._leaveC ? null : parentELm,
                    nodeOps.nextSibling(oldElm)
                )
                
                if (isDef(vnode.parent)) {
                    let ancestor = vnode.parent;
                    while(ancestor) {
                        ancestor.elm = vnode.elm;
                        ancestor = ancestor.parent
                    }
                    if (isPatchable(vnode)) {for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {cbs.create[i](emptyNode, vnode.parent)
                        }
                    }
                }
                if (isDef(parentElm)) {removeVnodes(parentElm, [oldVnode], 0, 0)
                } else if (isDef(oldVnode.tag)) {invokeDestroyHook(oldVnode)
                }
            }
        }
        
        invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue)
        return vode.elm
    }
}
  • 如果是首次patch，就创建一个新的节点

  • 老节点存在

    • 老节点不是真实 DOM 并且和新节点相同

      • 调用 patchVnode 修改现有节点

    • 新老节点不相同

      • 如果老节点是真实DOM，创建真实的DOM
      • 为新的 Vnode 创建元素 / 组件实例，若 parentElm 存在，则插入到父元素上
      • 如果组件根节点被替换，遍历更新父节点element。然后移除老节点

  • 调用 insert 钩子

    • 是首次 patch 并且 vnode.parent 存在，设置vnode.parent.data.pendingInsert = queue
    • 如果不满足上面条件则对每个 vnode 调用 insert 钩子
  • 返回vnode.elm

nodeOps上封装了针对各种平台对于 DOM 的操作，modules表示各种模块，这些模块都提供了 create 和update钩子，用于创建完成和更新完成后处理对应的模块; 有些模块还提供了 activate、remove、destory 等钩子。经过处理后 cbs 的最终结构为:

cbs = {
    create: [
        attrs.create,
        events.create
        // ...
    ]
}

最后该函数返回的就是 patch 方法。

createElm

createElm的目的创建 VNode 节点的 vnode.elm。不同类型的VNode，其vnode.elm 创建过程也不一样。对于组件占位 VNode，会调用createComponent 来创建组件占位 VNode 的组件实例；对于非组件占位 VNode 会创建对应的 DOM 节点。
现在有三张节点:

  • 元素类型的VNode:

    • 创建 vnode 对应的 DOM 元素节点vnode.elm
    • 设置 vnode 的scope
    • 调用 createChildren 创建子 vnode 的DOM节点
    • 执行 create 钩子函数
    • 将 DOM 元素插入到父元素中

  • 注释和本文节点

    • 创建注释 / 文本节点vnode.elm，并插入到父元素中
function createElm(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm, nested) {
    // 创建一个组件节点
    if (createComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)) {return}
    const data = vnode.data;
    const childre = vnode.children;
    const tag = vnode.tag;
    // ...

    if (isDef(tag)) {
        vnode.elm = vnode.ns
            ? nodeOps.createElementNS(vnode.ns, tag)
            : nodeOps.createElement(tag, vnode)
        setScope(vnode)
        if (isDef(data)) {invokeCreateHooks(vnode, insertedVnodeQueue)
        }
        createChildren(vnode, children, insertedVnodeQueue)  
    } else if (isTrue(vnode.isComment)) {vnode.elm = nodeOps.createComment(vnode.text);
    } else {vnode.elm = nodeOps.createTextNode(vnode.te)
    }
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
}

createComponent的主要作用是在于创建组件占位 Vnode 的组件实例, 初始化组件，并且重新激活组件。在重新激活组件中使用 insert 方法操作 DOM。createChildren 用于创建子节点，如果子节点是数组，则遍历执行 createElm 方法，如果子节点的 text 属性有数据，则使用 nodeOps.appendChild() 在真实 DOM 中插入文本内容。insert用将元素插入到真实 DOM 中。

// core/vdom/patch.js
function createComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
    // ...
    let i = vnode.data.hook.init
    i(vnode, false, parentElm, refElm)
    if (isDef(vnode.componentInstance)) {initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
        insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
        return true;
    }
}
  • 执行 init 钩子生成 componentInstance 组件实例

  • 调用 initComponent 初始化组件

    • 把之前已经存在的 vnode 队列进行合并
    • 获取到组件实例的 DOM 根元素节点，赋给vnode.elm

    • 如果 vnode 是可patch

      • 调用 create 函数，设置scope

    • 如果不可patch

      • 注册组件的 ref，把组件占位vnode 加入insertedVnodeQueue
  • 将 vnode.elm 插入到 DOM Tree 中

在组件创建过程中会调用 core/vdom/create-component 中的 createComponent, 这个函数会创建一个组件VNode，然后会再vnode 上创建声明各个声明周期函数，init就是其中的一个周期，他会为 vnode 创建 componentInstance 属性，这里 componentInstance 表示继承 Vue 的一个实例。在进行 new vnodeComponentOptions.Ctor(options) 的时候就会重新创建一个 vue 实例，也就会重新把各个生命周期执行一遍如created-->mounted。

init (vnode) {
    // 创建子组件实例
    const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(vnode, activeInstance)
    chid.$mount(undefined)
}
function createComponentInstanceForVnode(vn) {
    // ... options 的定义
    return new vnodeComponentOptions.Ctor(options)
}

这样 child 就表示一个 Vue 实例，在实例创建的过程中，会执行各种初始化操作, 例如调用各个生命周期。然后调用 $mount，实际上会调用mountComponent 函数,

// core/instance/lifecycle
function mountComponent(vm, el) {
    // ...
    updateComponent = () => {vm._update(vm._render())
    }
    vm._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop)
}

在这里就会执行vm._render

// core/instance/render.js
Vue.propotype._render = function () {
    // ...
    vnode = render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement)
    return vnode
}

可以看到的时候调用 _render 函数，最后生成了一个 vnode。然后调用vm._update 进而调用 vm.__patch__ 生成组件的 DOM Tree，但是不会把DOM Tree 插入到父元素上，如果子组件中还有子组件，就会创建子孙组件的实例，创建子孙组件的 DOM Tree。当调用insert(parentElm, vnode.elm, refElm) 才会将当前的 DOM Tree 插入到父元素中。
在回到 patch 函数，当不是第一次渲染的时候，就会执行到另外的逻辑，然后 oldVnode 是否为真实的 DOM，如果不是，并且新老VNode 不相同，就执行patchVnode。

// core/vdom/patch.js
function sameVnode(a, b) {
    return (
        a.key === b.key &&
        a.tag === b.tag && 
        a.isComment === b.isComment &&
        isDef(a.data) === isDef(b.data) &&
        sameInputType
    )
}

sameVnode就是用于判断两个 vnode 是否是同一个节点。

patchVnode

如果符合 sameVnode，就不会渲染vnode 重新创建 DOM 节点，而是在原有的 DOM 节点上进行修补，尽可能复用原有的 DOM 节点。

  • 如果两个节点相同则直接返回
  • 处理静态节点的情况

  • vnode是可 patch 的

    • 调用组件占位 vnode 的prepatch钩子
    • update钩子存在，调用 update 钩子

  • vnode不存在 text 文本

    • 新老节点都有 children 子节点，且 children 不相同，则调用 updateChildren 递归更新 children(这个函数的内容放到diff 中进行讲解)
    • 只有新节点有子节点：先清空文本内容，然后为当前节点添加子节点
    • 只有老节点存在子节点: 移除所有子节点
    • 都没有子节点的时候，就直接移除节点的文本
  • 新老节点文本不一样: 替换节点文本
  • 调用 vnode 的postpatch钩子
function patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly) {if (oldVnode === vnode) return
    // 静态节点的处理程序
    const data = vnode.data;
    i = data.hook.prepatch
    i(oldVnode, vnode);
    if (isPatchable(vnode)) {for(i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
        i = data.hook.update
        i(oldVnode, vnode)
    }
    const oldCh = oldVnode.children;
    const ch = vnode.children;
    if (isUndef(vnode.text)) {if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch insertedVnodeQueue, removeOnly)
        } else if (isDef(ch)) {if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
        addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)
      } else if (isDef(oldCh)) {removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)
      } else if (isDef(oldVnode.text)) {nodeOps.setTextContent(elm, '')
      }
    } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
    }
    i = data.hook.postpatch
    i(oldVnode, vnode)
}

diff算法

在 patchVnode 中提到，如果新老节点都有子节点，但是不相同的时候就会调用 updateChildren，这个函数通过diff 算法尽可能的复用先前的 DOM 节点。

function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue) {
    let oldStartIdx = 0
    let newStartIdx = 0
    let oldEndIdx = oldCh.length - 1
    let oldStartVnode = oldCh[0]
    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
    let newEndIdx = newCh.length - 1
    let newStartVnode = newCh[0]
    let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
    let oldKeyToIdx, idxInOld, elmToMove, refElm 
    
    while(oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {if (isUndef(oldStartVnode)) {oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        } else if (isUndef(oldEndVnode)) {oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        } else {if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
            idxInOld = isDef(newStartVnode.key) ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] : null
            if (isUndef(idxInOld)) {createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
            } else {elmToMove = oldCh[idxInOld]
                if (sameVnode(elmToMove, newStartVnode)) {patchVnode(elmToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
                    oldCh[idxInOld] = undefined
                    canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, newStartVnode.elm, oldStartVnode.elm)
                    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
                } else {createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
                    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
                }
            }
        }
    }
    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
      addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
    } else if (newStartIdx > newEndIdx) {removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
}

算了这个图没画明白，借用网上的图


oldStartIdx、newStartIdx、oldEndIdx以及 newEndIdx 分别是新老两个 VNode 两边的索引，同时 oldStartVnode、newStartVnode、oldEndVnode 和new EndVnode分别指向这几个索引对应的 vnode。整个遍历需要在oldStartIdx 小于 oldEndIdx 并且 newStartIdx 小于 newEndIdx(这里为了简便，称sameVnode 为相似)

  1. 当 oldStartVnode 不存在的时候，oldStartVnode向右移动，oldStartIdx加1
  2. 当 oldEndVnode 不存在的时候，oldEndVnode向右移动，oldEndIdx减1
  3. oldStartVnode和 newStartVnode 相似，oldStartVnode和 newStartVnode 都向右移动，oldStartIdx和 newStartIdx 都增加1

  1. oldEndVnode和 newEndVnode 相似，oldEndVnode和 newEndVnode 都向左移动，oldEndIdx和 newEndIdx 都减1

  1. oldStartVnode和 newEndVnode 相似，则把 oldStartVnode.elm 移动到 oldEndVnode.elm 的节点后面。然后 oldStartIdx 向后移动一位，newEndIdx向前移动一位

  1. oldEndVnode和 newStartVnode 相似时，把 oldEndVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 前面。同样的，oldEndIdx向前移动一位，newStartIdx向后移动一位。

  1. 当以上情况都不符合的时候

生成一个 key 与旧 vnode 对应的哈希表

function createKeyToOldIdx (children, beginIdx, endIdx) {
    let i, key
    const map = {}
    for (i = beginIdx; i <= endIdx; ++i) {key = children[i].key
        if (isDef(key)) map[key] = i
    }
    return map
}

最后生成的对象就是以 children 的key为属性，递增的数字为属性值的对象例如

children = [{key: 'key1'}, {key: 'key2'}]
// 最后生成的 map
map = {
    key1: 0,
    key2: 1,
}

所以 oldKeyToIdx 就是 key 和旧 vnode 的key对应的哈希表
根据 newStartVnode 的key看能否找到对应的oldVnode

  • 如果 oldVnode 不存在，就创建一个新节点，newStartVnode向右移动

  • 如果找到节点:

    • 并且和 newStartVnode 相似。将 map 表中该位置的赋值 undefined(用于保证key 是唯一的)。同时将 newStartVnode.elm 插入啊到 oldStartVnode.elm 的前面，然后 index 向后移动一位
    • 如果不符合 sameVnode，只能创建一个新节点插入到parentElm 的子节点中，newStartIdx向后移动一位

  1. 结束循环后

    • oldStartIdx又大于oldEndIdx，就将新节点中没有对比的节点加到队尾
    • 如果newStartIdx > newEndIdx，就说明还存在新节点，就将这些节点进行删除

总结

本篇文章对数据发生改变时，视图是如何更新进行了讲解。对一些细节地方进行了省略，如果需要了解更加深入，结合源码更加合适。我的 github 请多多关注，谢谢!

正文完
vue.js
发表至： javascript
2019-11-19
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JavaScript中常用的设计模式
关于javascript:翻译-使用AST提升个人解析游戏
关于javascript:ES6语法总结字符串的扩展
关于javascript:JavaScript函数式编程之函子