Vue.js 原理分析

Vue.js 原理分析
　　本文内容提炼于《Vue.js设计与实现》，全书共 501 页，对 Vue.js 的设计原理从 0 到 1，循序渐进的讲解。

　　篇幅比较长，需要花些时间慢慢阅读，在合适的位置会给出在线示例以供调试。

一、概览

　　Vue.js 是一款声明式框架，注重结果；早年间流行的 jQuery 是典型的命令式框架，注重过程。命令式的代码需要维护实现目标的整个过程，例如手动完成 DOM 元素的创建、更新、删除等工作。

　　Vue.js 帮我们封装了过程，其内部是命令式的实现，而暴露给用户的则是声明式。虽然声明式代码的性能劣于命令式，但是可维护性更强，其更新性能公式如下。
```
声明式的更新性能消耗 = 找出差异的性能消耗 + 直接修改的性能消耗
```
　　虚拟 DOM，就是为了公式中找出差异的性能消耗而出现的。虽然其更新性能理论上不可能比原生的 JavaScript 直接操作 DOM 更高，但是它能保证应用程序的性能下限而不至于太差。

　　虽然在更新页面时，虚拟 DOM 在 JavaScript 层面的运算要比创建页面时会多出一个 Diff 的性能消耗，但是它毕竟也是 JavaScript 层面的运算，所以不会产生数量级的差异。

1）架构

　　Vue.js 3 采用了运行时 + 编译时的架构，运行时是指用户可以直接提供数据对象从而无须编译。而编译时是指用户可以提供 HTML 字符串，我们将其编译为数据对象后再交给运行时处理。

　　纯运行时没办法分析用户提供的内容，也就无法对内容做进一步优化。纯编译时虽然能直接编译成可执行的 JavaScript 代码（性能可能会更好），但是有损灵活性，即用户提供的内容必须编译后才能用。

2）核心要素

　　Vue.js 作为一款优秀的框架，其核心要素包括：
1. 开发体验，例如提供友好的警告信息，输出更友好的信息等。
2. 代码体积，例如支持 Tree-Shaking，构建生产环境时移除开发代码等。
3. 特性开关，例如为框架添加新特性，支持遗留 API 等。
4. 错误处理，例如为用户提供统一的错误处理接口。
5. 支持TypeScript，为 JavaScript 提供类型检查等功能。
3）声明式地描述

　　Vue.js 3 是一个声明式的 UI 框架，即用户在使用 Vue.js 3 开发页面时可以声明式地描述 UI。

　　除了使用模板来声明式地描述 UI 之外，我们还可以用 JavaScript 对象来描述（其实就是虚拟 DOM），而使用 JavaScript 对象描述 UI 会更加灵活。虚拟 DOM 其实就是用 JavaScript 对象来描述真实的 DOM 结构，如下所示。
```
const vnode = {
  tag: "div",
  props: {
    onClick: () => alert("hello")
  },
  children: "click me"
};
```
4）渲染器

　　渲染器（renderer）的作用就是把虚拟 DOM 渲染为真实 DOM，平时编写的 Vue.js 组件都是依赖渲染器来工作的，下面是一个简单的渲染器实现。
```
function renderer(vnode, container) {
  // 使用 vnode.tag 作为标签名称创建 DOM 元素
  const el = document.createElement(vnode.tag);
  // 遍历 vnode.props，将属性、事件添加到 DOM 元素
  for (const key in vnode.props) {
    if (/^on/.test(key)) {
      // 如果 key 以 on 开头，说明它是事件
      el.addEventListener(
        key.substr(2).toLowerCase(), // 事件名称 onClick ---> click
        vnode.props[key] // 事件处理函数
      );
    }
  }
  // 处理 children
  if (typeof vnode.children === "string") {
    // 如果 children 是字符串，说明它是元素的文本子节点
    el.appendChild(document.createTextNode(vnode.children));
  } else if (Array.isArray(vnode.children)) {
    // 递归地调用 renderer 函数渲染子节点，使用当前元素 el 作为挂载点
    vnode.children.forEach((child) => renderer(child, el));
  }
  // 将元素添加到挂载点下
  container.appendChild(el);
}
```
　　现在所做的还仅仅是创建节点，渲染器的精髓是在更新节点的阶段，涉及 Diff 算法。
```
const vnode = {
  tag: "div",
  props: {
    onClick: () => alert("hello")
  },
  children: "click again" // 从 click me 改成 click again
};
```
　　对于渲染器来说，它需要精确地找到 vnode 对象的变更点并且只更新变更的内容。就上例来说，渲染器应该只更新元素的文本内容，而不需要再走一遍完整的创建元素的流程。渲染器的工作原理其实很简单，归根结底，都是使用一些我们熟悉的 API 操作 DOM 来完成渲染工作。

5）组件的本质

　　虚拟 DOM 除了能够描述真实 DOM 之外，还能够描述组件。

　　组件的本质就是一组 DOM 元素的封装，可以定义一个函数来代表组件，其返回值就是组件要渲染的内容。
```
const MyComponent = function () {
  return {
    tag: "div",
    props: {
      onClick: () => alert("hello")
    },
    children: "click me"
  };
};
```
　　可以看到，组件的返回值也是虚拟 DOM，它代表组件要渲染的内容。搞清楚了组件的本质，就可以用虚拟 DOM 来描述组件了，用 tag 属性来存储组件函数：
```
const vnode = {
  tag: MyComponent
};
```
　　为了能够渲染组件，需要渲染器的支持。修改前面提到的 renderer 函数。
```
function renderer(vnode, container) {
  if (typeof vnode.tag === "string") {
    // 说明 vnode 描述的是标签元素
    mountElement(vnode, container);
  } else if (typeof vnode.tag === "function") {
    // 说明 vnode 描述的是组件
    mountComponent(vnode, container);
  }
}
```
　　mountElement 函数与上文中 renderer 函数的内容一致。如果 vnode.tag 的类型是函数，则说明它描述的是组件，此时调用 mountComponent 函数完成渲染。
```
function mountComponent(vnode, container) {
  // 调用组件函数，获取组件要渲染的内容(虚拟 DOM)
  const subtree = vnode.tag();
  // 递归地调用 renderer 渲染 subtree
  renderer(subtree, container);
}
```
6）模板

　　无论是手写虚拟 DOM（渲染函数）还是使用模板，都属于声明式地描述 UI，并且 Vue.js 同时支持这两种描述 UI 的方式。提到模板的工作原理，那就需要讲解一下 Vue.js 中的另外一个重要组成部分：编译器。

　　编译器和渲染器一样，只是一段程序而已，不过它们的工作内容不同。编译器的作用其实就是将模板编译为渲染函数。
```
<div @click="handler">
  click me
div>
```
　　对于编译器来说，模板就是一个普通的字符串，它会分析上述字符串并生成一个功能与之相同的渲染函数：
```
render() {
  return h('div', { onClick: handler }, 'click me')
}
```
　　以我们熟悉的 .vue 文件为例，一个 .vue 文件就是一个组件，如下所示：
```
<template>
  <div @click="handler">
    click me
  div>
template>
<script>
  export default {
    data() {/* ... */ },
    methods: {
      handler: () => {/* ... */ }
    }
script>
```
　　其中

一、概览