Vue 3.0 diff 新特性 - 靜態(tài)節(jié)點提升

文章來源于公眾號：Code center ，作者五柳

前言

「靜態(tài)節(jié)點提升」是「Vue3」針對 VNode 更新過程性能問題而提出的一個優(yōu)化點。眾所周知，在大型應(yīng)用場景下，「Vue2.x」 的 patchVNode 過程，即 diff 過程是非常緩慢的，這是一個十分令人頭疼的問題。

雖然，對于面試常問的 diff 過程在一定程度上是減少了對 DOM 的直接操作。但是，「這個減少是有一定成本的」。因為，如果是復(fù)雜應(yīng)用，那么就會存在父子關(guān)系非常復(fù)雜的 VNode，而這也就是 diff 的痛點，它會不斷地遞歸調(diào)用 patchVNode，不斷堆疊而成的幾毫秒，最終就會造成 VNode 更新緩慢。

也因此，這也是為什么我們所看到的大型應(yīng)用諸如阿里云之類的采用的是基于「React」的技術(shù)棧的原因之一。所以，「Vue3」也是痛改前非，重寫了整個 Compiler 過程，提出了靜態(tài)提升、靶向更新等優(yōu)化點，來提高 patchVNode 過程。

那么，回到今天的正題，我們從源碼角度看看在整個編譯過程「Vue3」靜態(tài)節(jié)點提升究竟是「何許人也」？

什么是 patchFlag

由于，在 compile 過程的 transfrom 階段會提及 AST Element 上的 patchFlag 屬性。所以，在正式認識 complie 之前，我們先搞清楚一個概念，什么是 patchFlag？

patchFlag 是 complier 時的 transform 階段解析 AST Element 打上的「優(yōu)化標識」。并且，顧名思義 patchFlag，patch 一詞表示著它會為 runtime時的 patchVNode 提供依據(jù)，從而實現(xiàn)靶向更新 VNode 的效果。因此，這樣一來一往，也就是耳熟能詳?shù)?Vue3 巧妙結(jié)合 runtime 與 compiler 實現(xiàn)靶向更新和靜態(tài)提升。

而在源碼中 patchFlag 被定義為一個「數(shù)字枚舉類型」，每一個枚舉值對應(yīng)的標識意義會是這樣：

并且，值得一提的是整體上 patchFlag 的分為兩大類：

• 當(dāng) patchFlag 的值「大于」 0 時，代表所對應(yīng)的元素在 patchVNode 時或 render 時是可以被優(yōu)化生成或更新的。
• 當(dāng) patchFlag 的值「小于」 0 時，代表所對應(yīng)的元素在 patchVNode 時，是需要被 full diff，即進行遞歸遍歷 VNode tree 的比較更新過程。

其實，還有兩類特殊的 flag：shapeFlag 和 slogFlag，這里我就不對此展開，有興趣的同學(xué)可以自行去了解。

Compile 編譯過程

對比 Vue2.x 編譯過程

了解過「Vue2.x」源碼的同學(xué)，我想應(yīng)該都知道在「Vue2.x」中的 Compile 過程會是這樣：

• parse 編譯模板生成原始 AST。
• optimize 優(yōu)化原始 AST，標記 AST Element 為靜態(tài)根節(jié)點或靜態(tài)節(jié)點。
• generate 根據(jù)優(yōu)化后的 AST，生成可執(zhí)行代碼，例如 _c、_l 之類的。

而在「Vue3」中，整體的 Compile 過程仍然是三個階段，但是不同于「Vue2.x」的是，第二個階段換成了正常編譯器都會存在的階段 transform。所以，它看起來會是這樣：

在源碼中，它對應(yīng)的偽代碼會是這樣：

export function baseCompile(
  template: string | RootNode,
  options: CompilerOptions = {}
): CodegenResult {
  ...
  const ast = isString(template) ? baseParse(template, options) : template
  ...
  transform(
    ast,
    extend({}, options, {....})
  )


  return generate(
    ast,
    extend({}, options, {
      prefixIdentifiers
    })
  )
}

那么，我想這個時候大家可能會問為什么會是 transform？它的職責(zé)是什么？

通過簡單的對比「Vue2.x」編譯過程的第二階段的 optimize，很明顯，transform并不是「無米之炊」，它仍然有著「優(yōu)化」原始 AST 的作用，而具體職責(zé)會表現(xiàn)在：

• 對所有 AST Element 新增 codegen 屬性來幫助 generate 更準確地生成「最優(yōu)」的可執(zhí)行代碼。
• 對靜態(tài) AST Element 新增 hoists 屬性來實現(xiàn)靜態(tài)節(jié)點的「單獨創(chuàng)建」。
• ...

此外，transform 還標識了諸如 isBlock、helpers 等屬性，來生成最優(yōu)的可執(zhí)行代碼，這里我們就不細談，有興趣的同學(xué)可以自行了解。

baseParse 構(gòu)建原始抽象語法樹（AST）

baseParse 顧名思義起著「解析」的作用，它的表現(xiàn)和「Vue2.x」的 parse 相同，都是解析模板 tempalte 生成「原始 AST」。

假設(shè)，此時我們有一個這樣的模板 template：

<div><div>hi vue3</div><div>{{msg}}</div></div>

那么，它在經(jīng)過 baseParse 處理后生成的 AST 看起來會是這樣：

{
  cached: 0,
  children: [{…}],
  codegenNode: undefined,
  components: [],
  directives: [],
  helpers: [],
  hoists: [],
  imports: [],
  loc: {start: {…}, end: {…}, source: "<div><div>hi vue3</div><div>{{msg}}</div></div>"},
  temps: 0,
  type: 0
}

如果，了解過「Vue2.x」編譯過程的同學(xué)應(yīng)該對于上面這顆 AST 的大部分屬性不會陌生。AST 的本質(zhì)是通過用對象來描述「DSL」（特殊領(lǐng)域語言），例如：

• children 中存放的就是最外層 div 的后代。
• loc 則用來描述這個 AST Element 在整個字符串（template）中的位置信息。
• type 則是用于描述這個元素的類型（例如 5 為插值、2 為文本）等等。

并且，可以看到的是不同于「Vue2.x」的 AST，這里我們多了諸如 helpers、codegenNode、hoists 等屬性。而，這些屬性會在 transform 階段進行相應(yīng)地賦值，進而幫助 generate 階段生成「更優(yōu)的」可執(zhí)行代碼。

transfrom 優(yōu)化原始抽象語法樹（AST）

對于 transform 階段，如果了解過「編譯器」的工作流程的同學(xué)應(yīng)該知道，一個完整的編譯器的工作流程會是這樣：

• 首先，parse 解析原始代碼字符串，生成抽象語法樹 AST。
• 其次，transform 轉(zhuǎn)化抽象語法樹，讓它變成更貼近目標「DSL」的結(jié)構(gòu)。
• 最后，codegen 根據(jù)轉(zhuǎn)化后的抽象語法樹生成目標「DSL」的可執(zhí)行代碼。

而在「Vue3」采用 Monorepo 的方式管理項目后，compile 對應(yīng)的能力就是一個編譯器。所以，transform 也是整個編譯過程的重中之重。換句話說，如果沒有 transform 對 AST 做諸多層面的轉(zhuǎn)化，「Vue」仍然會掛在 diff 這個「飽受詬病」的過程。

相比之下，「Vue2.x」的編譯階段沒有完整的 transform，只是 optimize 優(yōu)化了一下 AST，可以想象在「Vue」設(shè)計之初尤大也沒想到它以后會「這么地流行」！

那么，我們來看看 transform 函數(shù)源碼中的定義：

function transform(root: RootNode, options: TransformOptions) {
  const context = createTransformContext(root, options)
  traverseNode(root, context)
  if (options.hoistStatic) {
    hoistStatic(root, context)
  }
  if (!options.ssr) {
    createRootCodegen(root, context)
  }
  // finalize meta information
  root.helpers = [...context.helpers]
  root.components = [...context.components]
  root.directives = [...context.directives]
  root.imports = [...context.imports]
  root.hoists = context.hoists
  root.temps = context.temps
  root.cached = context.cached
}

可以說，transform 函數(shù)做了什么，在它的定義中是「一覽無余」。這里我們提一下它對靜態(tài)提升其決定性作用的兩件事：

• 將原始 AST 中的靜態(tài)節(jié)點對應(yīng)的 AST Element 賦值給根 AST 的 hoists 屬性。
• 獲取原始 AST 需要的 helpers 對應(yīng)的鍵名，用于 generate 階段的生成可執(zhí)行代碼的獲取對應(yīng)函數(shù)，例如 createTextVNode、createStaticVNode、renderList 等等。

并且，在 traverseNode 函數(shù)中會對 AST Element 應(yīng)用具體的 transform 函數(shù)，大致可以分為兩類：

• 靜態(tài)節(jié)點 transform 應(yīng)用，即節(jié)點不含有插值、指令、props、動態(tài)樣式的綁定等。
• 動態(tài)節(jié)點 transform 應(yīng)用，即節(jié)點含有插值、指令、props、動態(tài)樣式的綁定等。

那么，我們就來看看對于靜態(tài)節(jié)點 transform 是如何應(yīng)用的？

靜態(tài)節(jié)點 transform 應(yīng)用

這里，對于上面我們說到的這個栗子，靜態(tài)節(jié)點就是這個部分：

<div>hi vue3</div>

而它在沒有進行 transform 應(yīng)用之前，它對應(yīng)的 AST 會是這樣：

{
  children: [{
    content: "hi vue3"
    loc: {start: {…}, end: {…}, source: "hi vue3"}
    type: 2
  }],
  codegenNode: undefined,
  isSelfClosing: false,
  loc: {start: {…}, end: {…}, source: "<div>hi vue3</div>"},
  ns: 0,
  props: [],
  tag: "div",
  tagType: 0,
  type: 1
}

可以看出，此時它的 codegenNode 是 undefined。而在源碼中各類 transform函數(shù)被定義為 plugin，它會根據(jù) baseParse 生成的 AST 「遞歸應(yīng)用」對應(yīng)的 plugin。然后，創(chuàng)建對應(yīng) AST Element 的 codegen 對象。

所以，此時我們會命中 transformElement 和 transformText 兩個 plugin的邏輯。

「transformText」

transformText 顧名思義，它和「文本」相關(guān)。很顯然，此時的 AST Element 所屬的類型就是 Text。那么，我們先來看一下 transformText 函數(shù)對應(yīng)的偽代碼：

export const transformText: NodeTransform = (node, context) => {
  if (
    node.type === NodeTypes.ROOT ||
    node.type === NodeTypes.ELEMENT ||
    node.type === NodeTypes.FOR ||
    node.type === NodeTypes.IF_BRANCH
  ) {
    return () => {
      const children = node.children
      let currentContainer: CompoundExpressionNode | undefined = undefined
      let hasText = false


      for (let i = 0; i < children.length; i++) { // {1}
        const child = children[i]
        if (isText(child)) {
          hasText = true
          ...
        }
      }
      if (
        !hasText ||
        (children.length === 1 &&
          (node.type === NodeTypes.ROOT ||
            (node.type === NodeTypes.ELEMENT &&
              node.tagType === ElementTypes.ELEMENT)))
      ) { // {2}
        return
      }
      ...
    }
  }
}

可以看到，這里我們會命中 「{2}」 的邏輯，即如果對于「節(jié)點含有單一文本」 transformText 并不需要進行額外的處理，即該節(jié)點仍然在這里仍然保留和「Vue2.x」版本一樣的處理方式。

而 transfromText 真正發(fā)揮作用的場景是當(dāng)模板中存在這樣的情況:

<div>ab {a} </div>

此時 transformText 需要將兩者放在一個「單獨的」 AST Element 下，在源碼中它被稱為「Compound Expression」，即「組合的表達式」。這種組合的目的是為了 patchVNode 這類 VNode 時做到「更好地定位和實現(xiàn) DOM 的更新」。反之，如果是一個文本節(jié)點和插值動態(tài)節(jié)點的話，在 patchVNode 階段同樣的操作需要進行兩次，例如對于同一個 DOM 節(jié)點操作兩次。

「transformElement」

transformElement 是一個所有 AST Element 都會被執(zhí)行的一個 plugin，它的核心是為 AST Element 生成最基礎(chǔ)的 codegen 屬性。例如標識出對應(yīng) patchFlag，從而為生成 VNode 提供依據(jù)，例如 dynamicChildren。

而對于靜態(tài)節(jié)點，同樣是起到一個初始化它的 codegenNode 屬性的作用。并且，從上面介紹的 patchFlag 的類型，我們可以知道它的 patchFlag 為默認值 0。所以，它的 codegenNode 屬性值看起來會是這樣：

{
  children: {
    content: "hi vue3"
    loc: {start: {…}, end: {…}, source: "hi vue3"}
    type: 2
  },
  directives: undefined,
  disableTracking: false,
  dynamicProps: undefined,
  isBlock: false,
  loc: {start: {…}, end: {…}, source: "<div>hi vue3</div>"},
  patchFlag: undefined,
  props: undefined,
  tag: ""div"",
  type: 13
}

generate 生成可執(zhí)行代碼

generate 是 compile 階段的最后一步，它的作用是將 transform 轉(zhuǎn)換后的 AST 生成對應(yīng)的「可執(zhí)行代碼」，從而在之后 Runtime 的 Render 階段時，就可以通過可執(zhí)行代碼生成對應(yīng)的 VNode Tree，然后最終映射為真實的 DOM Tree 在頁面上。

同樣地，這一階段在「Vue2.x」也是由 generate 函數(shù)完成，它會生成是諸如 _l、_c 之類的函數(shù)，這本質(zhì)上是對 _createElement 函數(shù)的封裝。而相比較「Vue2.x」版本的 generate，「Vue3」改變了很多，其 generate 函數(shù)對應(yīng)的偽代碼會是這樣：

export function generate(
  ast: RootNode,
  options: CodegenOptions & {
    onContextCreated?: (context: CodegenContext) => void
  } = {}
): CodegenResult {
  const context = createCodegenContext(ast, options)
  if (options.onContextCreated) options.onContextCreated(context)
  const {
    mode,
    push,
    prefixIdentifiers,
    indent,
    deindent,
    newline,
    scopeId,
    ssr
  } = context
  ...
  genFunctionPreamble(ast, context)
  ...


  if (!ssr) {
    ...
    push(`function render(_ctx, _cache${optimizeSources}) {`)
  }
  ....


  return {
    ast,
    code: context.code,
    // SourceMapGenerator does have toJSON() method but it's not in the types
    map: context.map ? (context.map as any).toJSON() : undefined
  }
}

所以，接下來，我們就來「一睹」帶有靜態(tài)節(jié)點對應(yīng)的 AST 生成的可執(zhí)行代碼的過程會是怎樣。

CodegenContext 代碼生成上下文

從上面 generate 函數(shù)的偽代碼可以看到，在函數(shù)的開始調(diào)用了 createCodegenContext 為當(dāng)前 AST 生成了一個 context。在整個 generate 函數(shù)的執(zhí)行過程「都依托」于一個 CodegenContext 「生成代碼上下文」（對象）的能力，它是通過 createCodegenContext 函數(shù)生成。而 CodegenContext 的接口定義會是這樣：

interface CodegenContext
  extends Omit {
  source: string
  code: string
  line: number
  column: number
  offset: number
  indentLevel: number
  pure: boolean
  map?: SourceMapGenerator
  helper(key: symbol): string
  push(code: string, node?: CodegenNode): void
  indent(): void
  deindent(withoutNewLine?: boolean): void
  newline(): void
}

可以看到 CodegenContext 對象中有諸如 push、indent、newline 之類的方法。而它們的作用是在根據(jù) AST 來生成代碼時用來「實現(xiàn)換行」、「添加代碼」、「縮進」等功能。從而，最終形成一個個可執(zhí)行代碼，即我們所認知的 render 函數(shù)，并且，它會作為 CodegenContext 的 code 屬性的值返回。

下面，我們就來看下靜態(tài)節(jié)點的可執(zhí)行代碼生成的核心，它被稱為 Preamble 前導(dǎo)。

genFunctionPreamble 生成前準備

整個靜態(tài)提升的可執(zhí)行代碼生成就是在 genFunctionPreamble 函數(shù)部分完成的。并且，大家仔細「斟酌」一番靜態(tài)提升的字眼，靜態(tài)二字我們可以不看，但是「提升二字」，直抒本意地表達出它（靜態(tài)節(jié)點）被「提高了」。

為什么說是提高了？因為在源碼中的體現(xiàn)，確實是被提高了。在前面的 generate 函數(shù)，我們可以看到 genFunctionPreamble 是先于 render 函數(shù)加入context.code 中，所以，在 Runtime 時的 Render 階段，它會先于 render 函數(shù)執(zhí)行。

geneFunctionPreamble 函數(shù)（偽代碼）：

function genFunctionPreamble(ast: RootNode, context: CodegenContext) {
  const {
    ssr,
    prefixIdentifiers,
    push,
    newline,
    runtimeModuleName,
    runtimeGlobalName
  } = context
  ...
  const aliasHelper = (s: symbol) => `${helperNameMap[s]}: _${helperNameMap[s]}`
  if (ast.helpers.length > 0) {
    ...
    if (ast.hoists.length) {
      const staticHelpers = [
        CREATE_VNODE,
        CREATE_COMMENT,
        CREATE_TEXT,
        CREATE_STATIC
       ]
        .filter(helper => ast.helpers.includes(helper))
        .map(aliasHelper)
        .join(', ')
      push(`const { ${staticHelpers} } = _Vue\n`)
    }
  }
  ...
  genHoists(ast.hoists, context)
  newline()
  push(`return `)
}

可以看到，這里會對前面我們在 transform 函數(shù)提及的 hoists 屬性的長度進行判斷。顯然，對于前面說的這個栗子，它的 ast.hoists.length 長度是大于 0 的。所以，這里就會根據(jù) hoists 中的 AST 生成對應(yīng)的可執(zhí)行代碼。因此，到這里，生成的可執(zhí)行代碼會是這樣：

const _Vue = Vue
const { createVNode: _createVNode } = _Vue
// 靜態(tài)提升部分
const _hoisted_1 = _createVNode("div", null, "hi vue3", -1 /* HOISTED */)
// render 函數(shù)會在這下面

小結(jié)

靜態(tài)節(jié)點提升在整個 compile 編譯階段體現(xiàn)，從最初的 baseCompile 到 transform 轉(zhuǎn)化原始 AST、再到 generate 的優(yōu)先 render 函數(shù)處理生成可執(zhí)行代碼，最后交給 Runtime 時的 Render 執(zhí)行，這種設(shè)計可以說是非常精妙！所以，這樣一來，就完成了我們經(jīng)常看到在一些文章提及的「Vue3」對于靜態(tài)節(jié)點在整個生命周期中它只會執(zhí)行「一次創(chuàng)建」的源碼實現(xiàn)，這在一定程度上降低了性能上的開銷。

以上就是W3Cschool編程獅關(guān)于Vue 3.0 diff 新特性 - 靜態(tài)節(jié)點提升的相關(guān)介紹了，希望對大家有所幫助。