Vue原理之虛擬DOM和render函數

相關vue原理之虛擬dom參考資料:javascript

1.如何實現一個 Virtual DOM 算法
html

2.《Vue原理解析之Virtual Dom》vue

3. Vue官方《渲染函數文檔》java

4. Vue渲染函數源碼解析node

最近學習Vue過程當中對虛擬Dom以及Render函數原理不是很理解,雖然官方有介紹,但仍是沒能深刻理解,因此找了點資料來補補,這一切都是爲了深刻掌握Vue知識。react

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git

回憶Vue的一些基本概念

今天咱們學習的目的是瞭解和學習Vue的render函數。若是想要更好的學習Vue的render函數相關的知識,咱們有必要重溫一下Vue中的一些基本概念。那麼先上一張圖,這張圖從宏觀上展示了Vue總體流程:github

從上圖中,不難發現一個Vue的應用程序是如何運行起來的,模板經過編譯生成AST,再由AST生成Vue的render函數(渲染函數),渲染函數結合數據生成Virtual DOM樹,Diff和Patch後生成新的UI。從這張圖中,能夠接觸到Vue的一些主要概念:算法

  • 模板:Vue的模板基於純HTML,基於Vue的模板語法,咱們能夠比較方便地聲明數據和UI的關係。
  • AST:AST是Abstract Syntax Tree的簡稱,Vue使用HTML的Parser將HTML模板解析爲AST,而且對AST進行一些優化的標記處理,提取最大的靜態樹,方便Virtual DOM時直接跳過Diff。
  • 渲染函數:渲染函數是用來生成Virtual DOM的。Vue推薦使用模板來構建咱們的應用界面,在底層實現中Vue會將模板編譯成渲染函數,固然咱們也能夠不寫模板,直接寫渲染函數,以得到更好的控制 (這部分是咱們今天主要要了解和學習的部分)。
  • Virtual DOM:虛擬DOM樹,Vue的Virtual DOM Patching算法是基於Snabbdom的實現,並在些基礎上做了不少的調整和改進。
  • Watcher:每一個Vue組件都有一個對應的watcher,這個watcher將會在組件render的時候收集組件所依賴的數據,並在依賴有更新的時候,觸發組件從新渲染。你根本不須要寫shouldComponentUpdate,Vue會自動優化並更新要更新的UI。

上圖中,render函數能夠做爲一道分割線,render函數的左邊能夠稱之爲編譯期,將Vue的模板轉換爲渲染函數render函數的右邊是Vue的運行時,主要是基於渲染函數生成Virtual DOM樹,Diff和Patch。編程

渲染函數的基礎

Vue推薦在絕大多數狀況下使用template來建立你的HTML。然而在一些場景中,須要使用JavaScript的編程能力和建立HTML,這就是render函數,它比template更接近編譯器。

<h1>
    <a name="hello-world" href="#hello-world">
        Hello world!
    </a>
</h1>
複製代碼

在HTML層,咱們決定這樣定義組件接口:

<anchored-heading :level="1">Hello world!</anchored-heading>
複製代碼

當咱們開始寫一個經過levelprop動態生成heading標籤的組件,你可能很快想到這樣實現:

<!-- HTML -->
<script type="text/x-template" id="anchored-heading-template">
    <h1 v-if="level === 1">
        <slot></slot>
    </h1>
    <h2 v-else-if="level === 2">
        <slot></slot>
    </h2>
    <h3 v-else-if="level === 3">
        <slot></slot>
    </h3>
    <h4 v-else-if="level === 4">
        <slot></slot>
    </h4>
    <h5 v-else-if="level === 5">
        <slot></slot>
    </h5>
    <h6 v-else-if="level === 6">
        <slot></slot>
    </h6>
</script>

<!-- Javascript -->
Vue.component('anchored-heading', {
    template: '#anchored-heading-template',
    props: {
        level: {
            type: Number,
            required: true
        }
    }
})
複製代碼

在這種場景中使用 template 並非最好的選擇:首先代碼冗長,爲了在不一樣級別的標題中插入錨點元素,咱們須要重複地使用 <slot></slot>

雖然模板在大多數組件中都很是好用,可是在這裏它就不是很簡潔的了。那麼,咱們來嘗試使用 render 函數重寫上面的例子:

Vue.component('anchored-heading', {
    render: function (createElement) {
        return createElement(
            'h' + this.level,   // tag name 標籤名稱
            this.$slots.default // 子組件中的陣列
        )
    },
    props: {
        level: {
            type: Number,
            required: true
        }
    }
})
複製代碼

簡單清晰不少!簡單來講,這樣代碼精簡不少,可是須要很是熟悉 Vue 的實例屬性。在這個例子中,你須要知道當你不使用 slot 屬性向組件中傳遞內容時,好比 anchored-heading 中的 Hello world!,這些子元素被存儲在組件實例中的 $slots.default中。

節點、樹以及虛擬DOM

對Vue的一些概念和渲染函數的基礎有必定的瞭解以後,咱們須要對一些瀏覽器的工做原理有一些瞭解,這樣對咱們學習render函數是很重要的。好比下面的這段HTML代碼:

<div>
    <h1>My title</h1>
    Some text content
    <!-- TODO: Add tagline -->
</div>
複製代碼

當瀏覽器讀到這些代碼時,它會創建一個DOM節點樹來保持追蹤,若是你會畫一張家譜樹來追蹤家庭成員的發展同樣。

HTML的DOM節點樹以下圖所示:

每一個元素都是一個節點。每片文字也是一個節點。甚至註釋也都是節點。一個節點就是頁面的一個部分。就像家譜樹同樣,每一個節點均可以有孩子節點 (也就是說每一個部分能夠包含其它的一些部分)。

高效的更新全部這些節點會是比較困難的,不過所幸你沒必要再手動完成這個工做了。你只須要告訴 Vue 你但願頁面上的 HTML 是什麼,這能夠是在一個模板裏:

<h1>{{ blogTitle }}</h1>
複製代碼

或者一個渲染函數裏:

render: function (createElement) {
    return createElement('h1', this.blogTitle)
}
複製代碼

在這兩種狀況下,Vue 都會自動保持頁面的更新,即使 blogTitle 發生了改變。

虛擬DOM

在Vue 2.0中,渲染層的實現作了根本性改動,那就是引入了虛擬DOM。

Vue的編譯器在編譯模板以後,會把這些模板編譯成一個渲染函數。而函數被調用的時候就會渲染而且返回一個虛擬DOM的樹

當咱們有了這個虛擬的樹以後,再交給一個Patch函數,負責把這些虛擬DOM真正施加到真實的DOM上。在這個過程當中,Vue有自身的響應式系統來偵測在渲染過程當中所依賴到的數據來源。在渲染過程當中,偵測到數據來源以後就能夠精確感知數據源的變更。到時候就能夠根據須要從新進行渲染。當從新進行渲染以後,會生成一個新的樹,將新的樹與舊的樹進行對比,就能夠最終得出應施加到真實DOM上的改動。最後再經過Patch函數施加改動。

簡單點講,在Vue的底層實現上,Vue將模板編譯成虛擬DOM渲染函數。結合Vue自帶的響應系統,在應該狀態改變時,Vue可以智能地計算出從新渲染組件的最小代價並應到DOM操做上。

Vue支持咱們經過data參數傳遞一個JavaScript對象作爲組件數據,而後Vue將遍歷此對象屬性,使用Object.defineProperty方法設置描述對象,經過存取器函數能夠追蹤該屬性的變動,Vue建立了一層Watcher層,在組件渲染的過程當中把屬性記錄爲依賴,以後當依賴項的setter被調用時,會通知Watcher從新計算,從而使它關聯的組件得以更新,以下圖:

有關於Vue的響應式相關的內容,能夠閱讀下列文章:

對於Vue自帶的響應式系統,並非我們今天要聊的東西。咱們仍是回到Vue的虛擬DOM中來。對於虛擬DOM,我們來看一個簡單的實例,就是下圖所示的這個,詳細的闡述了模板 → 渲染函數 → 虛擬DOM樹 → 真實DOM的一個過程

其實Vue中的虛擬DOM仍是很複雜的,我也是隻知其一;不知其二,若是你想深刻的瞭解,能夠閱讀@JoeRay61的《Vue原理解析之Virtual DOM》一文。

經過前面的學習,咱們初步瞭解到Vue經過創建一個虛擬DOM對真實DOM發生的變化保持追蹤。好比下面這行代碼:

return createElement('h1', this.blogTitle)
複製代碼

createElement 到底會返回什麼呢?其實不是一個實際的 DOM 元素。它更準確的名字多是 createNodeDescription,由於它所包含的信息會告訴 Vue 頁面上須要渲染什麼樣的節點,及其子節點。咱們把這樣的節點描述爲「虛擬節點 (Virtual Node)」,也常簡寫它爲「VNode」。「虛擬 DOM」是咱們對由 Vue 組件樹創建起來的整個 VNode 樹的稱呼。

Vue組件樹創建起來的整個VNode樹是惟一的。這意味着,下面的render函數是無效的:

render: function (createElement) {
    var myParagraphVNode = createElement('p', 'hi')
    return createElement('div', [
        // 錯誤-重複的 VNodes
        myParagraphVNode, myParagraphVNode
    ])
}
複製代碼

若是你真的須要重複不少次的元素/組件,你可使用工廠函數來實現。例如,下面這個例子 render 函數完美有效地渲染了 20 個重複的段落:

render: function (createElement) {
    return createElement('div',
        Array.apply(null, { length: 20 }).map(function () {
            return createElement('p', 'hi')
        })
    )
}
複製代碼

Vue的渲染機制

上圖展現的是獨立構建時的一個渲染流程圖。

繼續使用上面用到的模板到真實DOM過程的一個圖:

這裏會涉及到Vue的另外兩個概念:

  • 獨立構建:包含模板編譯器,渲染過程HTML字符串 → render函數 → VNode → 真實DOM節點
  • 運行時構建:不包含模板編譯器,渲染過程render函數 → VNode → 真實DOM節點

運行時構建的包,會比獨立構建少一個模板編譯器。在$mount函數上也不一樣。而$mount方法又是整個渲染過程的起始點。用一張流程圖來講明:

由此圖能夠看到,在渲染過程當中,提供了三種渲染模式,自定義render函數、templateel都可以渲染頁面,也就是對應咱們使用Vue時,三種寫法:

自定義render函數

Vue.component('anchored-heading', {
    render: function (createElement) {
        return createElement (
            'h' + this.level,   // tag name標籤名稱
            this.$slots.default // 子組件中的陣列
        )
    },
    props: {
        level: {
            type: Number,
            required: true
        }
    }
})
複製代碼

template寫法

let app = new Vue({
    template: `<div>{{ msg }}</div>`,
    data () {
        return {
            msg: ''
        }
    }
})
複製代碼

el寫法

let app = new Vue({
    el: '#app',
    data () {
        return {
            msg: 'Hello Vue!'
        }
    }
})
複製代碼

這三種渲染模式最終都是要獲得render函數。只不過用戶自定義的render函數省去了程序分析的過程,等同於處理過的render函數,而普通的template或者el只是字符串,須要解析成AST,再將AST轉化爲render函數。

記住一點,不管哪一種方法,都要獲得render函數。

咱們在使用過程當中具體要使用哪一種調用方式,要根據具體的需求來。

若是是比較簡單的邏輯,使用templateel比較好,由於這兩種都屬於聲明式渲染,對用戶理解比較容易,但靈活性比較差,由於最終生成的render函數是由程序經過AST解析優化獲得的;而使用自定義render函數至關於人已經將邏輯翻譯給程序,可以勝任複雜的邏輯,靈活性高,但對於用戶的理解相對差點。

理解createElement

在使用render函數,其中還有另外一個須要掌握的部分,那就是createElement。接下來咱們須要熟悉的是如何在createElement函數中生成模板。那麼咱們分兩個部分來對createElement進行理解。

createElement參數

createElement能夠是接受多個參數:

第一個參數:{String | Object | Function}

第一個參數對於createElement而言是一個必須的參數,這個參數能夠是字符串string、是一個對象object,也能夠是一個函數function

<div id="app">
    <custom-element></custom-element>
</div>

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        return createElement('div')
    }
})

let app = new Vue({
    el: '#app'
})
複製代碼

上面的示例,給createElement傳了一個String參數'div',即傳了一個HTML標籤字符。最後會有一個div元素渲染出來:

接着把上例中的String換成一個Object,好比:

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        return createElement({
            template: `<div>Hello Vue!</div>`
        })
    }
})
複製代碼

上例傳了一個{template: '<div>Hello Vue!</div>'}對象。此時custom-element組件渲染出來的結果以下:

除此以外,還能夠傳一個Function,好比:

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        var eleFun = function () {
            return {
                template: `<div>Hello Vue!</div>`
            }
        }
        return createElement(eleFun())
    }
})
複製代碼

最終獲得的結果和上圖是同樣的。這裏傳了一個eleFun()函數給createElement,而這個函數返回的是一個對象。

第二個參數:{Object}

createElement是一個可選參數,這個參數是一個Object。來看一個小示例:

<div id="app">
    <custom-element></custom-element>
</div>

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        var self = this

        // 第一個參數是一個簡單的HTML標籤字符 「必選」
        // 第二個參數是一個包含模板相關屬性的數據對象 「可選」
        return createElement('div', {
            'class': {
                foo: true,
                bar: false
            },
            style: {
                color: 'red',
                fontSize: '14px'
            },
            attrs: {
                id: 'boo'
            },
            domProps: {
                innerHTML: 'Hello Vue!'
            }
        })
    }
})

let app = new Vue({
    el: '#app'
})
複製代碼

最終生成的DOM,將會帶一些屬性和內容的div元素,以下圖所示:

第三個參數:{String | Array}

createElement還有第三個參數,這個參數是可選的,能夠給其傳一個StringArray。好比下面這個小示例:

<div id="app">
    <custom-element></custom-element>
</div>

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        var self = this

        return createElement(
            'div', // 第一個參數是一個簡單的HTML標籤字符 「必選」
            {
                class: {
                    title: true
                },
                style: {
                    border: '1px solid',
                    padding: '10px'
                }
            }, // 第二個參數是一個包含模板相關屬性的數據對象 「可選」
            [
                createElement('h1', 'Hello Vue!'),
                createElement('p', '開始學習Vue!')
            ] // 第三個參數是傳了多個子元素的一個數組 「可選」
        )
    }
})

let app = new Vue({
    el: '#app'
})
複製代碼

最終的效果以下:

其實從上面這幾個小例來看,不難發現,以往咱們使用Vue.component()建立組件的方式,均可以用render函數配合createElement來完成。你也會發現,使用Vue.component()render各有所長,正如文章開頭的一個示例代碼,就不適合Vue.component()template,而使用render更方便。

接下來看一個小示例,看看templaterender方式怎麼建立相同效果的一個組件:

<div id="app">
    <custom-element></custom-element>
</div>

Vue.component('custom-element', {
    template: `<div id="box" :class="{show: show}" @click="handleClick">Hello Vue!</div>`,
    data () {
        return {
            show: true
        }
    },
    methods: {
        handleClick: function () {
            console.log('Clicked!')
        }
    }
})
複製代碼

上面Vue.component()中的代碼換成render函數以後,能夠這樣寫:

Vue.component('custom-element', {
    render: function (createElement) {
        return createElement('div', {
            class: {
                show: this.show
            },
            attrs: {
                id: 'box'
            },
            on: {
                click: this.handleClick
            }
        }, 'Hello Vue!')
    },
    data () {
        return {
            show: true
        }
    },
    methods: {
        handleClick: function () {
            console.log('Clicked!')
        }
    }
})
複製代碼

最後聲明一個Vue實例,並掛載到id#app的一個元素上:

let app = new Vue({
    el: '#app'
})
複製代碼

createElement解析過程

簡單的來看一下createElement解析的過程,這部分須要對JS有一些功底。否則看起來有點蛋疼:

const SIMPLE_NORMALIZE = 1
const ALWAYS_NORMALIZE = 2

function createElement (context, tag, data, children, normalizationType, alwaysNormalize) {

    // 兼容不傳data的狀況
    if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {
        normalizationType = children
        children = data
        data = undefined
    }

    // 若是alwaysNormalize是true
    // 那麼normalizationType應該設置爲常量ALWAYS_NORMALIZE的值
    if (alwaysNormalize) normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE
        // 調用_createElement建立虛擬節點
        return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)
    }

    function _createElement (context, tag, data, children, normalizationType) {
        /**
        * 若是存在data.__ob__,說明data是被Observer觀察的數據
        * 不能用做虛擬節點的data
        * 須要拋出警告,並返回一個空節點
        * 
        * 被監控的data不能被用做vnode渲染的數據的緣由是:
        * data在vnode渲染過程當中可能會被改變,這樣會觸發監控,致使不符合預期的操做
        */
        if (data && data.__ob__) {
            process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
            `Avoid using observed data object as vnode data: ${JSON.stringify(data)}\n` +
            'Always create fresh vnode data objects in each render!',
            context
            )
            return createEmptyVNode()
        }

        // 當組件的is屬性被設置爲一個falsy的值
        // Vue將不會知道要把這個組件渲染成什麼
        // 因此渲染一個空節點
        if (!tag) {
            return createEmptyVNode()
        }

        // 做用域插槽
        if (Array.isArray(children) && typeof children[0] === 'function') {
            data = data || {}
            data.scopedSlots = { default: children[0] }
            children.length = 0
        }

        // 根據normalizationType的值,選擇不一樣的處理方法
        if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
            children = normalizeChildren(children)
        } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
            children = simpleNormalizeChildren(children)
        }
        let vnode, ns

        // 若是標籤名是字符串類型
        if (typeof tag === 'string') {
            let Ctor
            // 獲取標籤名的命名空間
            ns = config.getTagNamespace(tag)

            // 判斷是否爲保留標籤
            if (config.isReservedTag(tag)) {
                // 若是是保留標籤,就建立一個這樣的vnode
                vnode = new VNode(
                    config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
                    undefined, undefined, context
                )

                // 若是不是保留標籤,那麼咱們將嘗試從vm的components上查找是否有這個標籤的定義
            } else if ((Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
                // 若是找到了這個標籤的定義,就以此建立虛擬組件節點
                vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
            } else {
                // 兜底方案,正常建立一個vnode
                vnode = new VNode(
                    tag, data, children,
                    undefined, undefined, context
                )
            }

        // 當tag不是字符串的時候,咱們認爲tag是組件的構造類
        // 因此直接建立
        } else {
            vnode = createComponent(tag, data, context, children)
        }

        // 若是有vnode
        if (vnode) {
            // 若是有namespace,就應用下namespace,而後返回vnode
            if (ns) applyNS(vnode, ns)
            return vnode
        // 不然,返回一個空節點
        } else {
            return createEmptyVNode()
        }
    }
}
複製代碼

簡單的梳理了一個流程圖,能夠參考下

這部分代碼和流程圖來自於@JoeRay61的《Vue原理解析之Virtual DOM》一文。

使用JavaScript代替模板功能

在使用Vue模板的時候,咱們能夠在模板中靈活的使用v-ifv-forv-model<slot>之類的。但在render函數中是沒有提供專用的API。若是在render使用這些,須要使用原生的JavaScript來實現。

v-if和v-for

render函數中可使用if/elsemap來實現template中的v-ifv-for

<ul v-if="items.length">
    <li v-for="item in items">{{ item }}</li>
</ul>
<p v-else>No items found.</p>
複製代碼

換成render函數,能夠這樣寫:

Vue.component('item-list',{
    props: ['items'],
    render: function (createElement) {
        if (this.items.length) {
            return createElement('ul', this.items.map((item) => {
                return createElement('item')
            }))
        } else {
            return createElement('p', 'No items found.')
        }
    }
})

<div id="app">
    <item-list :items="items"></item-list>
</div>

let app = new Vue({
    el: '#app',
    data () {
        return {
            items: ['大漠', 'W3cplus', 'blog']
        }
    }
})
複製代碼

獲得的效果以下:

v-model

render函數中也沒有與v-model相應的API,若是要實現v-model相似的功能,一樣須要使用原生JavaScript來實現。

<div id="app">
    <el-input :name="name" @input="val => name = val"></el-input>
</div>

Vue.component('el-input', {
    render: function (createElement) {
        var self = this
        return createElement('input', {
            domProps: {
                value: self.name
            },
            on: {
                input: function (event) {
                    self.$emit('input', event.target.value)
                }
            }
        })
    },
    props: {
        name: String
    }
})

let app = new Vue({
    el: '#app',
    data () {
        return {
            name: '大漠'
        }
    }
})
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刷新你的瀏覽器,能夠看到效果以下:

這就是深刻底層要付出的,儘管麻煩了一些,但相對於 v-model 來講,你能夠更靈活地控制。

插槽

你能夠從this.$slots獲取VNodes列表中的靜態內容:

render: function (createElement) {
    // 至關於 `<div><slot></slot></div>`
    return createElement('div', this.$slots.default)
}
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還能夠從this.$scopedSlots中得到能用做函數的做用域插槽,這個函數返回VNodes:

props: ['message'],
render: function (createElement) {
    // `<div><slot :text="message"></slot></div>`
    return createElement('div', [
        this.$scopedSlots.default({
            text: this.message
        })
    ])
}
複製代碼

若是要用渲染函數向子組件中傳遞做用域插槽,能夠利用VNode數據中的scopedSlots域:

<div id="app">
    <custom-ele></custom-ele>
</div>

Vue.component('custom-ele', {
    render: function (createElement) {
        return createElement('div', [
            createElement('child', {
                scopedSlots: {
                    default: function (props) {
                        return [
                            createElement('span', 'From Parent Component'),
                            createElement('span', props.text)
                        ]
                    }
                }
            })
        ])
    }
})

Vue.component('child', {
    render: function (createElement) {
        return createElement('strong', this.$scopedSlots.default({
            text: 'This is Child Component'
        }))
    }
})

let app = new Vue({
    el: '#app'
})
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JSX

若是寫習慣了template,而後要用render函數來寫,必定會感受好痛苦,特別是面對複雜的組件的時候。不過咱們在Vue中使用JSX可讓咱們回到更接近於模板的語法上。

import AnchoredHeading from './AnchoredHeading.vue'

new Vue({
    el: '#demo',
    render: function (h) {
        return (
            <AnchoredHeading level={1}>
                <span>Hello</span> world!
            </AnchoredHeading>
        )
    }
})
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h 做爲 createElement 的別名是 Vue 生態系統中的一個通用慣例,實際上也是 JSX 所要求的,若是在做用域中 h 失去做用,在應用中會觸發報錯。

總結

回過頭來看,Vue中的渲染核心關鍵的幾步流程仍是很是清晰的:

  • new Vue,執行初始化
  • 掛載$mount方法,經過自定義render方法、templateel等生成render函數
  • 經過Watcher監聽數據的變化
  • 當數據發生變化時,render函數執行生成VNode對象
  • 經過patch方法,對比新舊VNode對象,經過DOM Diff算法,添加、修改、刪除真正的DOM元素

至此,整個new Vue的渲染過程完畢。

而這篇文章,主要把精力集中在render函數這一部分。學習了怎麼用render函數來建立組件,以及瞭解了其中createElement

最後要說的是,上文雖然以學習render函數,但文中涉及了Vue很多的知識點,也有點零亂。初學者本身根據本身獲取所要的知識點。因爲本人也是初涉Vue相關的知識點,若是文章中有不對之處,煩請路過的大神拍正。

原文轉自: 大漠

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