Vue源码--深入模板渲染

原文链接：https://geniuspeng.github.io/2018/02/07/vue-compile/

之前整理了vue的响应式原理，在这里有一点是一直很模糊的，就是何时去new一个watcher，当data变化时又如何通知视图去进行怎样的更新…这里面涉及到了模板渲染和虚拟DOM的diff以及更新操作。其实模板渲染过程在实际使用vue的过程可能并不需要太深理解，但就vue来说，这些底层思想可以更好地让我们理解这个框架，以及了解为什么Vue的API要如此设计…

上一次也提过，vue2+与vue1+的模板渲染过程完全不同，vue1使用的是DocumentFragment API，具体就不介绍了（可以直接跳到MDN去了解），而vue2开始则使用了Virtual DOM，基于Virtual DOM，vue2支持了服务端渲染SSR，以及JSX语法。介绍渲染流程之前，先说明两个数据结构：抽象语法树AST，以及VNode。

AST数据结构

AST 的全称是 Abstract Syntax Tree（抽象语法树），是源代码的抽象语法结构的树状表现形式，计算机学科中编译原理的概念。而vue就是将模板代码映射为AST数据结构，进行语法解析。这里采用了flow的语法，flow是一个JS静态类型检查工具。

首先看一下 Vue 2.0 源码中 AST 数据结构的定义：

declare type ASTNode = ASTElement | ASTText | ASTExpression
declare type ASTElement = { // 有关元素的一些定义
  type: 1;
  tag: string;
  attrsList: Array<{ name: string; value: string }>;
  attrsMap: { [key: string]: string | null };
  parent: ASTElement | void;
  children: Array<ASTNode>;
  //......
}
declare type ASTExpression = {
  type: 2;
  expression: string;
  text: string;
  tokens: Array<string | Object>;
  static?: boolean;
  // 2.4 ssr optimization
  ssrOptimizability?: number;
};
declare type ASTText = {
  type: 3;
  text: string;
  static?: boolean;
  isComment?: boolean;
  // 2.4 ssr optimization
  ssrOptimizability?: number;
};

VNODE数据结构

VNODE就是vue中的虚拟dom节点，VNODE 数据结构如下:

constructor (
  tag?: string,
  data?: VNodeData,
  children?: ?Array<VNode>,
  text?: string,
  elm?: Node,
  context?: Component,
  componentOptions?: VNodeComponentOptions,
  asyncFactory?: Function
) {
  this.tag = tag
  this.data = data
  this.children = children
  this.text = text
  this.elm = elm
  this.ns = undefined
  this.context = context
  this.fnContext = undefined
  this.fnOptions = undefined
  this.fnScopeId = undefined
  this.key = data && data.key
  this.componentOptions = componentOptions
  this.componentInstance = undefined
  this.parent = undefined
  this.raw = false
  this.isStatic = false
  this.isRootInsert = true
  this.isComment = false
  this.isCloned = false
  this.isOnce = false
  this.asyncFactory = asyncFactory
  this.asyncMeta = undefined
  this.isAsyncPlaceholder = false
}

真实DOM存在什么问题，为什么要用虚拟DOM

我们为什么不直接使用原生 DOM 元素，而是使用真实 DOM 元素的简化版 VNode，最大的原因就是 document.createElement 这个方法创建的真实 DOM 元素会带来性能上的损失。我们来看一个 document.createElement 方法的例子

let div = document.createElement('div');
for(let k in div) {
  console.log(k);
}

打开 console 运行一下上面的代码，会发现打印出来的属性多达 228 个，而这些属性有 90% 多对我们来说都是无用的。VNode 就是简化版的真实 DOM 元素，关联着真实的dom，比如属性elm，只包括我们需要的属性，并新增了一些在 diff 过程中需要使用的属性，例如 isStatic。

模板渲染流程

先来一张图：
vue渲染流程

首先从$mount开始，可以看到，mount其实就是拿到了html模板作为template，然后将这个template通过compileToFunctions方法编译成render函数：

if (template) {
  /* istanbul ignore if */
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
    mark('compile')
  }

  const { render, staticRenderFns } = compileToFunctions(template, { //对获取到的template进行编译
    shouldDecodeNewlines,
    shouldDecodeNewlinesForHref,
    delimiters: options.delimiters,
    comments: options.comments
  }, this)
  options.render = render
  options.staticRenderFns = staticRenderFns

  /* istanbul ignore if */
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
    mark('compile end')
    measure(`vue ${this._name} compile`, 'compile', 'compile end')
  }
}

那么这个compileToFunctions做了什么呢？主要将 template 编译成 render 函数。首先读缓存，没有缓存就调用 compile 方法拿到 render 函数的字符串形式，再通过 new Function 的方式生成 render 函数。

// 有缓存的话就直接在缓存里面拿
const key = options && options.delimiters
            ? String(options.delimiters) + template
            : template
if (cache[key]) {
    return cache[key]
}
const res = {}
const compiled = compile(template, options) // compile 后面会详细讲
res.render = makeFunction(compiled.render) //通过 new Function 的方式生成 render 函数并缓存
const l = compiled.staticRenderFns.length
res.staticRenderFns = new Array(l)
for (let i = 0; i < l; i++) {
    res.staticRenderFns[i] = makeFunction(compiled.staticRenderFns[i])
}
......
}
return (cache[key] = res) // 记录至缓存中

现在我们具体看一下compile方法，上文中提到 compile 方法就是将 template 编译成 render 函数的字符串形式。

export function compile (
  template: string,
  options: CompilerOptions
): CompiledResult {
  const AST = parse(template.trim(), options) //1. parse
  optimize(AST, options)  //2.optimize
  const code = generate(AST, options) //3.generate
  return {
    AST,
    render: code.render,
    staticRenderFns: code.staticRenderFns
  }
}

这个函数主要有三个步骤组成：parse，optimize 和 generate，分别输出一个包含 AST，staticRenderFns 的对象和 render函数的字符串。

parse 函数，主要功能是将 template字符串解析成 AST,采用了 jQuery 作者 John Resig 的 HTML Parser。前面定义了ASTElement的数据结构，parse 函数就是将template里的结构（指令，属性，标签等）转换为AST形式存进ASTElement中，最后解析生成AST。

optimize 函数（src/compiler/optimizer.js）主要功能就是标记静态节点，为后面 patch 过程中对比新旧 VNode 树形结构做优化。被标记为 static 的节点在后面的 diff 算法中会被直接忽略，不做详细的比较。

generate 函数（src/compiler/codegen/index.js）主要功能就是根据 AST 结构拼接生成 render 函数的字符串。

export function generate (
  ast: ASTElement | void,
  options: CompilerOptions
): CodegenResult {
  const state = new CodegenState(options)
  const code = ast ? genElement(ast, state) : '_c("div")'
  return {
    render: `with(this){return ${code}}`,
    staticRenderFns: state.staticRenderFns
  }
}

其中 genElement 函数（src/compiler/codegen/index.js）是会根据 AST 的属性调用不同的方法生成字符串返回。

export function genElement (el: ASTElement, state: CodegenState): string {
  if (el.staticRoot && !el.staticProcessed) {
    return genStatic(el, state)
  } else if (el.once && !el.onceProcessed) {
    return genOnce(el, state)
  } else if (el.for && !el.forProcessed) {
    return genFor(el, state)
  } else if (el.if && !el.ifProcessed) {
    return genIf(el, state)
  } else if (el.tag === 'template' && !el.slotTarget) {
    return genChildren(el, state) || 'void 0'
  } else if (el.tag === 'slot') {
    return genSlot(el, state)
  } else {
    // component or element
    let code
    if (el.component) {
      code = genComponent(el.component, el, state)
    } else {
      const data = el.plain ? undefined : genData(el, state)

      const children = el.inlineTemplate ? null : genChildren(el, state, true)
      code = `_c('${el.tag}'${
        data ? `,${data}` : '' // data
      }${
        children ? `,${children}` : '' // children
      })`
    }
    // module transforms
    for (let i = 0; i < state.transforms.length; i++) {
      code = state.transforms[i](el, code)
    }
    return code
  }
}

以上就是 compile 函数中三个核心步骤的介绍，compile 之后我们得到了 render 函数的字符串形式，后面通过 new Function 得到真正的渲染函数。数据发现变化后，会执行 Watcher 中的 _update 函数（src/core/instance/lifecycle.js），_update 函数会执行这个渲染函数，输出一个新的 VNode 树形结构的数据。然后在调用 patch 函数，拿这个新的 VNode 与旧的 VNode 进行对比，只有发生了变化的节点才会被更新到真实 DOM 树上。

mount后续

通过compile生成render方法之后，会进一步执行mount方法,在$mount中可以看到最后一句话:return mount.call(this, el, hydrating),这个mount实际上就是runtime中的mount，执行的就是lifecycle中的mountComponent方法，看一下基本逻辑:

// 触发 beforeMount 生命周期钩子
callHook(vm, 'beforeMount')

let updateComponent //updateComponent是watcher更新时的回调，用于更新视图操作
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
  updateComponent = () => {
    const name = vm._name
    const id = vm._uid
    const startTag = `vue-perf-start:${id}`
    const endTag = `vue-perf-end:${id}`

    mark(startTag)
    const vnode = vm._render()
    mark(endTag)
    measure(`vue ${name} render`, startTag, endTag)

    mark(startTag)
    vm._update(vnode, hydrating)
    mark(endTag)
    measure(`vue ${name} patch`, startTag, endTag)
  }
} else {
  updateComponent = () => {
    vm._update(vm._render(), hydrating)
  }
}

// 以前是直接new Watch赋值给vm._watcher,现在这一步放到了watcher的构造函数中
// we set this to vm._watcher inside the watcher's constructor
// since the watcher's initial patch may call $forceUpdate (e.g. inside child
// component's mounted hook), which relies on vm._watcher being already defined
new Watcher(vm, updateComponent, noop, null, true /* isRenderWatcher */)
hydrating = false

// manually mounted instance, call mounted on self
// mounted is called for render-created child components in its inserted hook
if (vm.$vnode == null) {
  vm._isMounted = true
  callHook(vm, 'mounted')
}
return vm

首先会new一个watcher对象（主要是将模板与数据建立联系），在watcher对象创建后，会运行传入的方法 vm._update(vm._render(), hydrating) 。其中的vm._render()主要作用就是运行前面compiler生成的render方法，并返回一个vNode对象。vm.update() 则会对比新的 vdom 和当前 vdom，并把差异的部分渲染到真正的 DOM 树上。

patch

patch.js 就是新旧 VNode 对比的 diff 函数，主要是为了优化dom，通过算法使操作dom的行为降到最低，diff 算法来源于 snabbdom，是 VDOM 思想的核心。snabbdom 的算法为了 DOM 操作跨层级增删节点较少的这一目标进行优化，它只会在同层级进行, 不会跨层级比较。

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