重新阅读Vue源码

最近一直在折腾React源码,后来发现有必要重新阅读Vue的源码,从设计思想和底层实现上了解两种框架的差异,因此有了这一篇文章。

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本文将从new Vue开始,分析实例化Vue组件的过程中发生的事情,然后着重分析Vue中几个比较核心的概念

  • 响应式系统
  • 虚拟DOM与diff算法

1. new Vue

一个Vue项目是从new Vue开始的

function Vue (options) {
  this._init(options)
}
Vue.prototype._init = function (options?: Object) {
    const vm: Component = this
    vm._uid = uid++
    vm._isVue = true
    // 合并options
    if (options && options._isComponent) {
      initInternalComponent(vm, options)
    } else {
      vm.$options = mergeOptions(
        resolveConstructorOptions(vm.constructor),
        options || {},
        vm
      )
    }

    vm._self = vm
    initLifecycle(vm)
    initEvents(vm)
    initRender(vm)
    callHook(vm, 'beforeCreate')
    initInjections(vm) // resolve injections before data/props
    initState(vm) // 处理props、methods、data、computed、watch等配置
    initProvide(vm) // resolve provide after data/props
    callHook(vm, 'created')

    if (vm.$options.el) {
      vm.$mount(vm.$options.el)
    }
  }

可以看见,实例化一个Vue组件的时候,调用this._init进行初始化,其中最重要的应该是initState(vm)方法

export function initState (vm: Component) {
  vm._watchers = []
  const opts = vm.$options
  if (opts.props) initProps(vm, opts.props)
  if (opts.methods) initMethods(vm, opts.methods)
  if (opts.data) {
    // 通过Object.defineProperty设置data参数属性setter与getter函数,实现监听数据的变化
    initData(vm)
  } else {
    observe(vm._data = {}, true /* asRootData */)
  }
  if (opts.computed) initComputed(vm, opts.computed)
  if (opts.watch && opts.watch !== nativeWatch) {
    initWatch(vm, opts.watch)
  }
}

Vue的监听options.data的变化,就是在initData中实现的

function initData (vm: Component) {
  let data = vm.$options.data
  data = vm._data = typeof data === 'function'
    ? getData(data, vm)
    : data || {}
  // proxy data on instance
  const keys = Object.keys(data)
  const props = vm.$options.props
  const methods = vm.$options.methods
  // ...实现数据代理
  let i = keys.length
  while (i--) {
    const key = keys[i]
    // 判断key是否是以$或_开头的保留字符
    if (!isReserved(key)) {
      // 实现数据代理
      proxy(vm, `_data`, key)
    }
  }
  // observe data
  observe(data, true /* asRootData */)
}

observe中,通过劫持data的每个属性的访问描述符来实现监听数据的变化,且通过闭包为每个属性维护了一个Dep对象,用于收集依赖。详情可以参考下面的核心概念:响应式系统

vm.$mount

$mount中首先会判断options.render是否存在,render函数返回的实际上就是一个vnode节点

Vue.prototype.$mount = function (
  el?: string | Element,
  hydrating?: boolean
): Component {
  el = el && query(el)

  const options = this.$options
  // 如果没有提供render方法,则需要将template编译为render
  if (!options.render) {
    let template = options.template
    // ... 获取template模板
    if (template) {
      // 将template编译为render
      const { render, staticRenderFns } = compileToFunctions(template, {
        outputSourceRange: process.env.NODE_ENV !== 'production',
        shouldDecodeNewlines,
        shouldDecodeNewlinesForHref,
        delimiters: options.delimiters,
        comments: options.comments
      }, this)
      options.render = render
      options.staticRenderFns = staticRenderFns
    }
  }
  return mount.call(this, el, hydrating)
}

function mount(el?: string | Element, hydrating?: boolean): Component {
  el = el && inBrowser ? query(el) : undefined
  return mountComponent(this, el, hydrating)
}

如果传入的是template模板而不是render函数,则会调用compileToFunctions进行模板编译

  • parse,通过正则解析模板,生成AST
  • optimize,优化AST,包括标记静态节点,为后续path操作提供优化基础
  • generate,将AST转换成渲染函数

这一步应该是Vue源码中最复杂的部分之一,相当于实现了一个模板编译器。但是,这一步并不是必须的,出于性能考虑,在某些时刻(如使用单页面组件时)会提前将模板编译为render函数。

mountComponent

在确保render已经存在之后,就会调用mountComponent

export function mountComponent (
  vm: Component,
  el: ?Element,
  hydrating?: boolean
): Component {
  vm.$el = el
  callHook(vm, 'beforeMount')
  let updateComponent = () => {
    vm._update(vm._render(), hydrating)
  }
  // updateComponent作为Watcher的回调传入,在接收到数据变化时由Dep发送的通知后会重新调用updateComponent
  new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
    before () {
      if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
        callHook(vm, 'beforeUpdate')
      }
    }
  }, true /* isRenderWatcher */)
  hydrating = false // 非服务端渲染
  if (vm.$vnode == null) {
    vm._isMounted = true
    callHook(vm, 'mounted')
  }
  return vm
}

可以看见在mountComponent中,初始化了一个Watcher对象,用于订阅数据变化,注册updateComponent回调。

由于初始化Watcher时,会根据!watcher.lazy直接调用一次updateComponent,因此可以实现页面的初始化。

updateComponent方法也比较简单,

  • 首先调用vm._render(即前面的)方法获取子节点,
  • 然后将其传入vm._update中进行更新

vm._render

Vue.prototype._render = function (): VNode {
  const vm: Component = this
  const { render, _parentVnode } = vm.$options

  if (_parentVnode) {
    vm.$scopedSlots = normalizeScopedSlots(
      _parentVnode.data.scopedSlots,
      vm.$slots,
      vm.$scopedSlots
    )
  }
  vm.$vnode = _parentVnode
  // render self
  let vnode = render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement)
  vnode.parent = _parentVnode
  return vnode
}

可见调用的是前面options.render方法,并返回对应的vnode。

vm._update

vm._update中调用了vm.__patch__diff算法,首先将新旧节点进行对比,然后将变化更新到视图上

Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
  const vm: Component = this
  const prevEl = vm.$el
  const prevVnode = vm._vnode
  vm._vnode = vnode // 将新节点挂载到vm._vnode上,用作下一次比较

  if (!prevVnode) {
    // 初始化渲染,完成视图更新,并将DOM实例保存在$el属性
    vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)
  } else {
    // 数据更新重新渲染
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
  }
}

至此基本完成整个组件的构建,详细diff流程可以移步下面的diff算法

2. 核心概念:响应式系统

Vue的一个重要特点在于其内部自动的数据响应系统:数据变化时将自动更新视图。为了实现这个目标,需要满足:

  • 监听到数据变化,JS中可以通过通过Object.defineProperty和ES6的proxy
  • 在某个数据变化时,能够通知使用了该数据的视图进行变化
    • 依赖收集,为每个数据收集使用了该数据的所有视图
    • 通知变化,能够通知视图进行更新

2.1. 监听数据变化

Vue内部通过Object.defineProperty,递归劫持options.data属性的gettersetter访问描述符来监听数据的变化

// 需要监听的数据,
var data = {
    a: 100,
    sub: {
        z: 12
    }
}
// 假装这里是一个需要更新的
function update(val) {
    console.log('update: ', val)
}

function defineReactive(obj, key, val) {
    // 递归监听属性值
    observer(val)
    // 劫持getter和setter
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function () {
            return val
        },
        set: function (newval) {
            val = newval
            update(newval)
        }
    })
}

function observer(obj) {
    if (!obj || typeof obj !== 'object') {
        return;
    }

    Object.keys(obj).forEach(key => {
        defineReactive(obj, key, obj[key])
    })
}

observer(data)

data.a = 1000
data.sub.z = 233 // 嵌套属性也会触发

需要注意的是,Object.defineProperty存在下面缺点

  • 无法检测到对象属性的添加或删除
  • 不能监听数组的变化,Vue在内部重写了数组方法的重写

Vue后续可能会使用ES6中Proxy 作为实现数据代理的主要方式,当然二者都需要考虑浏览器兼容问题。

2.2. 依赖收集

之所以要观察数据,其目的在于当数据的属性发生变化时,可以通知使用了该数据的视图进行更新。依赖收集的原因有下面两个:

  • 只有当模板中使用的数据发生了变化,才更新对应的视图
  • 如果有多个模板使用对应的数据,当数据发生变化时需要更新所有依赖的视图

依赖收集是一个典型的发布-订阅者模式:在get中进行依赖收集,在set中通知相关订阅者。下面是一个最基本的发布-订阅者模型示例代码。其中

  • Dep作为发布者,用来收集依赖、删除依赖和向依赖发送消息,每一个被劫持的属性都会维持一个Dep对象
  • Watcher作为订阅者,是一个视图更新、$watch注册回调等 进行抽象封装的一个类,当数据更新时,只需要调用watcher.update即可,至于具体执行什么操作,由初始化时注册的watcher.cb开始
// 发布者
class Dep {
    constructor() {
        this.subs = []
    }
    addSub(sub) {
        if (!~this.subs.indexOf(sub)) {
            this.subs.push(sub)
        }
    }
    // 收集依赖
    depend() { 
        if(Dep._target){
            this.addSub(Dep._target)
        }
    }
    notify() {
        this.subs.forEach(sub => {
            sub.update()
        })
    }
}
// 观察者
class Watcher {
    constructor(cb){
        Dep._target = this
        this.cb = cb // 每个watcher实例的更新方法
    }
    update(){
        this.cb()
    }
}

在Vue中的defineReactive中,为每个属性实例化一个Dep发布者,然后在getter中进行依赖收集:实例化一个订阅者Watcher,然后添加到对应属性的发布者Dep中。

在该属性setter触发时,对应发布者Dep就会通知所有的订阅者Watcher,然后执行视图的更新。

稍微修改一下defineReactive

function defineReactive(obj, key, val) {
    observer(val)
    let dep = new Dep()
    Object.defineProperty(obj, key, {
        enumerable: true,
        configurable: true,
        get: function () {
            // 在需要订阅数据的地方,会先实例化一个Watcher修改Dep._target的指向
            dep.depend()
            return val
        },
        set: function (newval) {
            val = newval
            // 通知dep的所有订阅者进行更新
            dep.notify()
        }
    })
}

在实例化Watcher的时候,会修改Dep._target,然后完成依赖收集。

实例化Watcher的时机是在mountComponent进行的,其主要目的就是注册视图更新方法updateComponent

let updateComponent = () => {
      const name = vm._name
      const id = vm._uid
      const vnode = vm._render()
      vm._update(vnode, hydrating)
}

// 实例Watcher对象,绑定响应式数据
new Watcher(vm, updateComponent, noop, null, true /* isRenderWatcher */)

可见每一个Vue组件都有至少一个Watcher用于注册并在接收到通知时调用updateComponent方法。

2.3. 批量更新

参考官方文档

一个组件的Watcher会监听多个属性的变化,如果每个属性的变化都触发一个回调 触发某个数据的 setter 方法后Dep会通知对应的Watcher,实际上Watcher会被 push 进一个队列 queue 中,在下一个 tick 的时候将这个队列 queue 全部拿出来 run一遍。

如果需要在数据变化之后等待 Vue 完成更新 DOM,则需要使用vm.$nextTick()接口

watcher.update中,有策略地去决定什么时候调用注册的回调函数:

  • 将需要更新的watcher放在一个更新队列中,根据watcher.id,同样的watcher只会被放入一次
  • nextTick进行批量更新,触发watcher注册的回调,完成页面的渲染

我们知道,属性变化时会通过对应Watcher执行update方法

// Dep.notify
notify () {
  const subs = this.subs.slice()
  // 可以看见这里同步通知Watcher的
  for (let i = 0, l = subs.length; i < l; i++) {
    subs[i].update()
  }
}
// Watcher.update
update () {
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true
  } else if (this.sync) {
    // 同步的Watcher将会立即执行注册的回调方法
    this.run()
  } else {
    // 默认的Watcher将会被放入对垒中
    queueWatcher(this)
  }
}

在默认情况下,触发Watcher.update时,会将当前Watcher推入到一个队列中,而不是直接调用

export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  // 通过一个hash保证同一个Watcher在一次更新时只会调用一次
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    if (!flushing) {
      // queue是一个全局的Watcher队里
      queue.push(watcher)
    } else {
      let i = queue.length - 1
      while (i > index && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      // 将watcher按照id插入到正确位置
      queue.splice(i + 1, 0, watcher)
    }
    if (!waiting) {
      waiting = true
      // 在nextTick中调用
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}

function flushSchedulerQueue () {
  currentFlushTimestamp = getNow()
  flushing = true
  let watcher, id

  // Watcher.id越小,越早初始化,父组件的Watcher总是比子组件的Watcher先初始化
  // 用户自定义的Watcher比视图更新的Watcher要早注册
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
  // 由于在更新时可能会有新的Watcher插入queue,因此此处不能先缓存queue.length
  for (index = 0; index < queue.length; index++) {
    watcher = queue[index]
    if (watcher.before) {
      watcher.before()
    }
    id = watcher.id
    has[id] = null
    watcher.run() // 执行Watcher注册的回调函数
  }
    // 重置has、waiting、flushing等状态
  resetSchedulerState()
}

nextTick是一个将flushSchedulerQueue放入异步队列中的方法

export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
  // callbacks是一个全局数组,用于保存传入的cb回调
  callbacks.push(() => {
    cb.call(ctx)
  })
  if (!pending) {
    pending = true
    // timerFunc是根据运行环境注册的一个微任务事件,可以理解为setTimeout
    timerFunc()
  }
}

2.4. 小结

整个流程大致如下

  • new Vue({data, methods})初始化时,data属性会通过Observer转换成了getter/setter的形式,用来追踪数据的变化,并通过闭包为每一个被劫持的属性维护了一个Dep发布者
  • mountComponent时,会初始化一个Watcher,并设置为Dep.target,传入的回调为updateComponent
    • updateComponent方法内部调用render方法获取vnode,同时初始化一个Watcher订阅者,由于渲染视图会使用data的属性值,因此会触发属性的getter,该字段的Dep对象会将此时的Dep.target收集起来
    • Watcher构造函数内部会调用一次updateComponent,完成组件的渲染和挂载
  • 修改对象属性值时,会触发对应属性的setter,然后对应字段的Dep通过Dep.notify()通知所有的订阅者,触发实现注册的回调,完成视图的重新渲染或回调函数执行

3. 核心概念:虚拟DOM

渲染函数实际返回的是VNode,它是一个用来映射真实DOM的JavaScript对象。由于VNode不依赖于真实的浏览器环境,因此可以跨平台使用,如weex、Node、浏览器等。

当逻辑操作更新数据时,就会重新渲染视图。为了提高效率,Vue不会把新的VNode完全渲染然后替换旧的VNode内容,而是进行diff操作,然后将有差异的DOM进行修改。

关于虚拟DOM和diff算法,可以了解一下这个项目:snabbdom

3.1. createElement

Vue支持多种编写视图的方式:template、单页面组件、直接编写render,其中前两种方式都会被编译成render方法然后调用。render方法实际上就是一个依次调用createElement构建虚拟DOM树的函数。

VNode实际上是通过createElement方法返回的一个JavaScript对象。组件树就是通过一层一层调用createElement返回返回的vnode节点来构建的。

vm.$createElement = (a, b, c, d) => createElement(vm, a, b, c, d, true)

export function createElement (
  context: Component,
  tag: any,
  data: any,
  children: any,
  normalizationType: any,
  alwaysNormalize: boolean
): VNode | Array<VNode> {
  // ...格式化参数
  return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)
}

export function _createElement (
  context: Component,
  tag?: string | Class<Component> | Function | Object,
  data?: VNodeData,
  children?: any,
  normalizationType?: number
): VNode | Array<VNode> {
    // 如果存在is属性,则将其作为tag
  if (isDef(data) && isDef(data.is)) {
    tag = data.is
  }
    // ... 省略格式化children

  let vnode, ns
  if (typeof tag === 'string') {
    let Ctor
    ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag)
    if (config.isReservedTag(tag)) {
      // HTML保留标签,当做原生DOM节点
      vnode = new VNode(
        config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
        undefined, undefined, context
      )
    } else if ((!data || !data.pre) && isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
      // component
      vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
    } else {
      vnode = new VNode(
        tag, data, children,
        undefined, undefined, context
      )
    }
  } else {
    // direct component options / constructor
    vnode = createComponent(tag, data, context, children)
  }
    return vnode
}

根据tagdata判断标签的类型

  • 如果是保留标签名,则直接返回new VNode节点
  • 如果是组件,则调用createComponent,其内部主要是处理了data的一些属性,然后返回一个VNode节点
export function createComponent (
  Ctor: Class<Component> | Function | Object | void,
  data: ?VNodeData,
  context: Component,
  children: ?Array<VNode>,
  tag?: string
): VNode | Array<VNode> | void {
  const baseCtor = context.$options._base
  // ... 省略处理async component 和 functional component
  data = data || {}
    // ... 省略处理data上的一些属性,如data.on转换为data.nativeOn, data.model转换为event和props
    // ... 省略处理Ctor.options.abstract

    // 初始化data.hook属性,该属性在patch阶段会使用
    // data.hook主要包含init、prepatch、insert、destroy四个方法
  installComponentHooks(data)
  // 组件需要返回一个占位的vnode
  const name = Ctor.options.name || tag
  const vnode = new VNode(
    `vue-component-${Ctor.cid}${name ? `-${name}` : ''}`,
    data, undefined, undefined, undefined, context,
    { Ctor, propsData, listeners, tag, children },
    asyncFactory
  )
  return vnode
}

3.2. 跨平台渲染

由于vnode只是UI的描述性对象,因此在不同平台下,可以渲染出不同的原生组件等。将VNode渲染成平台真实组件的工作实在vm.__patch__方法中实现的

import * as nodeOps from 'web/runtime/node-ops' // 封装了一些操作DOM的方法,如removeChild等
import { createPatchFunction } from 'core/vdom/patch'

// 封装一些与vnode相关的方法,如ref、directives
import baseModules from 'core/vdom/modules/index'
// 封装了一些与DOM相关的方法,如attrs、class、dom-props、event、style、transition
import platformModules from 'web/runtime/modules/index'

// 每个模块都提供了诸如create、update、destory相关的API,
// 在构造和diff组件树时,会依次调用相关方法进行初始化和更新相关属性
const modules = platformModules.concat(baseModules) 

 // 定义patch方法,主要是通过闭包传入nodeOps和modules,方便不同平台实现各自对应的节点操作方式
export const patch: Function = createPatchFunction({ nodeOps, modules })

Vue.prototype.__patch__ = inBrowser ? patch : noop

可以看见,vm.__patch__是通过向createPatchFunction方法传入了一些与平台相关的配置方法nodeOpsmodules进行注册的。

这种设计方式可以保证createPatchFunction本身是与平台无关的,各个平台只需要实现各自对应的操作节点实例及属性的方法即可。

3.3. patch

Vue在重新渲染页面时,会通过对比新旧节点,收集变化的节点,并统一更新,这样可以尽可能地复用旧节点,减少DOM操作。

为了在diff效率和DOM性能之前获得平衡,diff算法选择了如下策略

  • 只比较同级节点
  • 相同的tag表示渲染出相同的DOM实例,可以复用;不同的tag表示节点发生变化,需要重新创建

因此整个diff流程如下所示

  • 旧节点如果不存在,则直接创建并插入新节点
  • 新节点如果不存在,则删除旧节点
  • 新节点与旧节点类型相同,则复用新旧节点的实例,比较两个vnode的属性是否相同,如果不同则需要更新
  • 新节点与旧节点类型相同,则创建并插入新节点,同时删除旧节点

patch

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  // 如果不存在新节点,则删除旧节点
  if (isUndef(vnode)) {
    if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
    return
  }

  let isInitialPatch = false
  const insertedVnodeQueue = []

  if (isUndef(oldVnode)) {
    // 旧节点如果不存在,则直接创建节点
    isInitialPatch = true
    createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
  } else {
    const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
    if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
      // 如果新旧vnode类型相同,则进行patch操作
      patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
    } else {
      // 否则需要新建一个新节点,然后替换旧节点
      if (isRealElement) {
        // ... 省略判断SSR
        oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
      }

      const oldElm = oldVnode.elm
      const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)
      // 创建新节点
      createElm(
        vnode,
        insertedVnodeQueue,
        oldElm._leaveCb ? null : parentElm,
        nodeOps.nextSibling(oldElm)
      )

      // ... 省略,从ancestor = vnode.parent递归向上遍历
      // 每一层都依次调用modules的destroy、create,和ancestor.data.hook.insert方法

      // 然后删除旧节点
      if (isDef(parentElm)) {
        removeVnodes([oldVnode], 0, 0)
      } else if (isDef(oldVnode.tag)) {
        invokeDestroyHook(oldVnode)
      }
    }
  }
  invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
  return vnode.elm
}

3.3.1. createElm

由于在初始化时传入的oldVnode是容器DOM节点,会进入“创建新节点,移除旧节点”的逻辑。createElm是vnode节点转换为真实DOM节点的核心代码,其内部实例化了vnode.elm

function createElm (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm, nested, ownerArray, index) {
  vnode.isRootInsert = !nested
  // 如果是组件,则进入createComponent的逻辑
  if (createComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)) {
    return
  }
  // 创建DOM节点
  const data = vnode.data
  const children = vnode.children
  const tag = vnode.tag
  if (isDef(tag)) {
    // 元素标签节点
    vnode.elm = vnode.ns
      ? nodeOps.createElementNS(vnode.ns, tag)
    : nodeOps.createElement(tag, vnode) // 根据tag区分创建DOM节点的类型
    setScope(vnode) // 实现css scoped需要的一些属性,后面再说

    // 首先创建子节点,并将子节点插入到当前节点vnode.elm上
    createChildren(vnode, children, insertedVnodeQueue)
    if (isDef(data)) {
      invokeCreateHooks(vnode, insertedVnodeQueue)
    }
    // 然后将当前节点插入到父节点
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
  } else if (isTrue(vnode.isComment)) {
    // 注释节点
    vnode.elm = nodeOps.createComment(vnode.text)
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
  } else {
    // 文本节点
    vnode.elm = nodeOps.createTextNode(vnode.text)
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
  }
}
// 创建子节点
function createChildren (vnode, children, insertedVnodeQueue) {
  if (Array.isArray(children)) {
    for (let i = 0; i < children.length; ++i) {
      // 递归调用createElm创建子节点,并插入到父节点中
      createElm(children[i], insertedVnodeQueue, vnode.elm, null, true, children, i)
    }
  } else if (isPrimitive(vnode.text)) {
    nodeOps.appendChild(vnode.elm, nodeOps.createTextNode(String(vnode.text)))
  }
}

createElm中,对组件标签和DOM标签进行了区分

  • DOM标签将根据vnode.tag直接实例化,并调用createChildren渲染子节点
  • 组件将调用createComponent初始化

createComponent

function createComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
  let i = vnode.data
  if (isDef(i)) {
    const isReactivated = isDef(vnode.componentInstance) && i.keepAlive
    if (isDef(i = i.hook) && isDef(i = i.init)) {
      // 调用vnode.data.hook.init初始化vnode.componentInstance
      // 这是在createComponent创建组件VNode的时候注册的
      i(vnode, false /* hydrating */)
    }
    if (isDef(vnode.componentInstance)) {
      // 将vnode.elm取值vnode.componentInstance.$el
      initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
      // 将vnode.elm插入到父节点,完成组件的渲染
      insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
      if (isTrue(isReactivated)) {
        reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
      }
      return true
    }
  }
}

可以看见内部通过连续赋值,调用了vnode.data.hook.init,这个属性是在createComponent中的installComponentHooks内赋值的

const componentVNodeHooks = {
  init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
    if (
      vnode.componentInstance &&
      !vnode.componentInstance._isDestroyed &&
      vnode.data.keepAlive
    ) {
      // 处理keep-alive组件
      const mountedNode: any = vnode // work around flow
      componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
    } else {
      // 初始化,调用
      const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
        vnode,
        activeInstance
      )
      child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
    }
  },
}

createComponentInstanceForVnode,调用的是组件的构造函数实例化组件,会重新完成上面的整个new Vue流程

export function createComponentInstanceForVnode (
  vnode: any, // we know it's MountedComponentVNode but flow doesn't
  parent: any, // activeInstance in lifecycle state
): Component {
  const options: InternalComponentOptions = {
    _isComponent: true,
    _parentVnode: vnode,
    parent
  }
  return new vnode.componentOptions.Ctor(options)
}

关于vnode.componentOptions.Ctor的来源,可以参考下面的Vue.extend分析

至此,我们完成了初始化时整个组件树转换成DOM树的过程,从容器根节点开始

  • 调用createElm创建DOM节点实例并插入父节点
  • 调用createComponent创建组件实例,由于组件在初始化时会自动调用vm.$mount,递归调用vm.__patch__方法,并将生成的DOM节点vnode.elm插入父节点

3.3.2. patchVnode

patchVnode主要用来比较两个节点

function patchVnode (oldVnode,  vnode,  insertedVnodeQueue,  ownerArray,  index,  removeOnly
) {
  if (oldVnode === vnode) {
    return
  }

  if (isDef(vnode.elm) && isDef(ownerArray)) {
    // clone reused vnode
    vnode = ownerArray[index] = cloneVNode(vnode)
  }

  const elm = vnode.elm = oldVnode.elm

  let i
  const data = vnode.data
  if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
    // 执行data.hook.prepatch
    i(oldVnode, vnode)
  }

  const oldCh = oldVnode.children
  const ch = vnode.children
  if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
    // 依次调用所有modules的update方法,更新vnode
    for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
       // 调用data.hook.update方法
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
  }
  if (isUndef(vnode.text)) {
    if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
      // 比较新旧子节点
      if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)
    } else if (isDef(ch)) {
      // 旧子节点不存在,直接添加新子节点列表
      if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
      addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)
    } else if (isDef(oldCh)) {
      // 新子节点不存在,直接移除旧子节点
      removeVnodes(oldCh, 0, oldCh.length - 1)
    } else if (isDef(oldVnode.text)) {
      nodeOps.setTextContent(elm, '')
    }
  } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
    // 判断文本节点内容是否相同
    nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
  }
  if (isDef(data)) {
    // 调用data.hook.postpatch方法
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.postpatch)) i(oldVnode, vnode)
  }
}

updateChildren是用来对比新旧子节点的核心实现,其内部会递归调用patchVnode来实现

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  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, vnodeToMove, refElm

  const canMove = !removeOnly

  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    // 两两比较,共四种比较方式
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      // 首节点进行比较
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      // 尾节点进行比较,避免首节点变化导致后面的所有节点均变化的情况
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      // 首尾节点进行比较,处理节点顺序变化的情况
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      // 尾首节点进行比较,同处理节点顺序变化的情况
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      // 都不满足,则跨游标寻找一个同类型旧节点
      if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
        ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] // 根据key找到旧节点索引值
        : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx) // 从oldStartIdx, oldEndIdx区间找到一个类型相同的旧节点索引值
      if (isUndef(idxInOld)) { // New element
        createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
      } else {
        vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
          // key相同但是节点类型不同,也需要创建新节点
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
        }
      }
      // 移动新节点
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    // 新节点未遍历完,则需要将未遍历的节点插入
    refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
    addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
  } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    // 旧节点列表未遍历完,则需要移除
    removeVnodes(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
  }
}

首先初始化oldCh和newCh两个列表各自两个头尾的游标StartIdx和EndIdx,然后按照下面顺序进行对比

  • oldStartVnodeoldEndVnodenewStartVnodenewEndVnode两两比较类型是否相同(共有2X2四种比较),如果相同,则递归调用patchVnode比较两个节点

  • 如果根据上面这4种比较方式都没有找到类型相同的节点,会根据是否设置了key来找到需要对比的旧节点的索引值

    • 如果设置了key,则通过oldKeyToIdx[newStartVnode.key]快速找到一个同key可复用的旧节点
  • 如果没有设置key,则每次都需要findIdxInOld遍历旧节点列表,找到一个可复用的节点

    • 使用key只需要遍历一次旧节点,相比而言查找效率更高
  • 通过游标判断当oldChnewCh至少有一个已经遍历时,就会结束比较,同时处理剩下子列表的节点

    • newCh未遍历完,则在对应位置插入剩余节点
    • oldCh未遍历完,则删除剩余节点

除了索引值相同的节点进行比较,还可能进行首尾节点交叉对比,这个设计与React有所区别。对于这种设计,我的理解是:

  • Vue是在diff阶段即时更新DOM
    • 为了复用DOM、尽量少创建或删除DOM,在diff期间会尽可能找到一个满足条件的DOM节点
    • 因此除了比较两个首节点,还会在首节点不满足的情况下进行尾节点、首尾节点的比较,尽可能找到符合条件的DOM节点。
  • React是批量更新DOM节点,
    • 在完成整个Reconciler diff收集需要变化的节点,再做commit操作统一更新DOM
    • 所以从头开始按照索引值进行diff操作即可,在commit阶段可以优化从而减少DOM操作

这里有一篇文章分析Vue中diff算法的执行流程,包含相关配图,不妨移步阅读,传送门

3.4. 小结

在Vue中,render函数实际上就是层层调用createElement创建Vnode,构造组件树,用于描述整个应用的展示。

Vnode是一个UI的抽象概念,基于此设计,可以实现Vue的跨平台渲染,传入同一个vnode,不同的平台会进行不同的处理,在web中就会创建DOM节点。

组件树转换成DOM树的过程是递归实现的,从根节点开始,递归调用createElm创建元素

  • 如果是DOM标签,则直接创建DOM节点,并将其插入到父节点
  • 如果是组件标签,则初始化vnode.componentInstance,将组件实例$mount方法返回的DOM节点插入到父节点
  • 所有子节点及后代节点构建插入完毕,最后将根节点插入到页面上

组件树的diff更新也是递归实现的,从根节点开始,首先调用update更新节点,然后调用patchNode比较新旧根节点

  • 如果同时存在新旧节点,则调用updateChildren更新子节点列表,通过按照同级比较的策略递归调用patchNode比较新旧子节点
  • 如果只存在新节点,则将其插入到父节点
  • 付过只存在旧节点,则将其从父节点移除

Vue的diff和patch是同步进行的,当遇见需要变化的Vnode节点时,就会将变化同步到DOM节点上。

4. 小结

本文从整理了Vue实例化过程中的一些核心实现,包括

  • 响应式系统原理与工作流程
  • diff算法与DOM操作

在阅读源码的过程中,还可以看见Vue中一些有趣实现,如数据代理、css scoped、v-model等。由于篇幅有限,本文并没有一一整理,此外,本文也没有介绍Vue的另外一个核心:组件系统。组件的实例化过程与new Vue基本相似,在后面的文章中,我会重新整理Vue组件系统相关知识。

CSS中一些属性的计算规则实现一个简易的React