深入Vue-完整渲染过程

[yangleiqianduan]

Vue实例挂载的最后一个环节：渲染DOM节点。在渲染真实DOM的过程中，Vue引进了虚拟DOM的概念，虚拟DOM作为JS对象和真实DOM中间的一个缓冲存，极大的优化了JS频繁操作DOM的性能问题，接下来我们将慢慢展开分析。

4.1 Virtual DOM

4.1.1 浏览器的渲染流程

当浏览器接收到一个Html文件时，JS引擎和浏览器的渲染引擎便开始工作了。从渲染引擎的角度，它首先会将html文件解析成一个DOM树，与此同时，浏览器将识别并加载CSS样式，并和DOM树一起合并为一个渲染树。有了渲染树后，渲染引擎将计算所有元素的位置信息，最后通过绘制，在屏幕上打印最终的内容。而JS引擎的作用是通过DOM相关的API去操作DOM对象，而当我们操作DOM时，很容易触发到渲染引擎的回流或者重绘。

• 回流： 当我们对DOM的修改引发了元素尺寸的变化时，浏览器需要重新计算元素的大小和位置，最后将重新计算的结果绘制出来，这个过程称为回流。
• 重绘： 当我们对DOM的修改只单纯改变元素的颜色时，浏览器此时并不需要重新计算元素的大小和位置，而只要重新绘制新样式。这个过程称为重绘。

很显然回流比重绘更加耗费性能

通过了解浏览器基本的渲染机制，我们很容易联想到当不断的通过JS修改DOM时，不经意间会触发到渲染引擎的回流或者重绘，而这个性能开销是非常巨大的。因此为了降低开销，我们可以做的是尽可能减少DOM操作。

4.1.2 缓冲层-虚拟DOM

虚拟DOM是优化频繁操作DOM引发性能问题的产物。虚拟DOM(下面称为Virtual DOM)是将页面的状态抽象为JS对象的形式，本质上是JS和真实DOM的中间层，当我们想用JS脚本大批量进行DOM操作时，会优先作用于Virtual DOM这个JS对象，最后通过对比将要改动的部分通知并更新到真实的DOM。尽管最终还是操作真实的DOM，但Virtual DOM可以将多个改动合并成一个批量的操作，从而减少 dom 重排的次数，进而缩短了生成渲染树和绘制所花的时间。

我们看一个真实的DOM包含了什么：

浏览器将一个真实DOM设计得很复杂，不仅包含了自身的属性描述，大小位置等定义，也囊括了DOM拥有的浏览器事件等。正因为如此复杂的结构，我们频繁去操作DOM或多或少会带来浏览器性能问题。而作为数据和真实DOM之间的一层缓冲，Virtual DOM 只是用来映射到真实DOM的渲染，因此不需要包含操作 DOM 的方法，只要在对象中重点关注几个属性即可。

// 真实DOM
<div id="real"><span>dom</span></div>

// 真实DOM对应的JS对象
{
    tag: 'div',
    data: {
        id: 'real'
    },
    children: [{
        tag: 'span',
        children: 'dom'
    }]
}
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4.2 Vnode

Vue源码在渲染机制的优化上，同样引进了virtual dom的概念，它是用Vnode这个构造函数去描述一个DOM节点。

4.2.1 Vnode构造函数

var VNode = function VNode (tag,data,children,text,elm,context,componentOptions,asyncFactory) {
    this.tag = tag; // 标签
    this.data = data;  // 数据
    this.children = children; // 子节点
    this.text = text;
    ···
    ···
  };
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Vnode定义的属性也差不多有20几个，这里列举大部分属性，只重点关注几个关键属性：标签名，数据，子节点。其他的属性都是用来扩展Vue的灵活性。

除此之外，源码中还定义了Vnode的其他方法

4.2.2 创建Vnode注释节点

// 创建注释vnode节点
var createEmptyVNode = function (text) {
    if ( text === void 0 ) text = '';

    var node = new VNode();
    node.text = text;
    node.isComment = true; // 标记注释节点
    return node
};
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4.2.3 创建Vnode文本节点

// 创建文本vnode节点
function createTextVNode (val) {
    return new VNode(undefined, undefined, undefined, String(val))
}
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4.2.4 克隆vnode

vnode的克隆只是一层浅拷贝，不会对子节点进行深度克隆。

function cloneVNode (vnode) {
    var cloned = new VNode(
      vnode.tag,
      vnode.data,
      vnode.children && vnode.children.slice(),
      vnode.text,
      vnode.elm,
      vnode.context,
      vnode.componentOptions,
      vnode.asyncFactory
    );
    ···
    return cloned
  }
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4.3 Vnode的创建

先简单回顾一下挂载的流程，挂载的过程调用的是Vue实例上$mount方法，而$mount的核心是mountComponent方法。在这之前，如果我们传递的是template模板，会经过一系列的模板编译过程，并根据不同平台生成对应代码，浏览器对应的是render函数;如果传递的是render函数，则忽略模板编译过程。有了render函数后，调用vm._render()方法会将render函数转化为Virtual DOM，最终利用vm._update()将Virtual DOM渲染为真实的DOM。

Vue.prototype.$mount = function(el, hydrating) {
    ···
    return mountComponent(this, el)
}
function mountComponent() {
    ···
    updateComponent = function () {
        vm._update(vm._render(), hydrating);
    };
}

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vm._render()方法会将render函数转化为Virtual DOM,我们看源码中如何定义的。

// 引入Vue时，执行renderMixin方法，该方法定义了Vue原型上的几个方法，其中一个便是 _render函数
renderMixin();//
function renderMixin() {
    Vue.prototype._render = function() {
        var ref = vm.$options;
        var render = ref.render;
        ···
        try {
            vnode = render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement);
        } catch (e) {
            ···
        }
        ···
        return vnode
    }
}
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抛开其他代码，_render函数的核心是render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement)部分，vm.$createElement方法会作为render函数的参数传入。这个参数也是在手写render函数时使用的createElement参数的由来

new Vue({
    el: '#app',
    render: function(createElement) {
        return createElement('div', {}, this.message)
    },
    data() {
        return {
            message: 'dom'
        }
    }
})
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vm.$createElement 是Vue中initRender所定义的方法,其中 vm._c 是template内部编译成render函数时调用的方法，vm.$createElement是手写render函数时调用的方法。两者的唯一区别是：内部生成的render方法可以保证子节点都是Vnode(下面有特殊的场景)，而手写的render需要一些检验和转换。

function initRender(vm) {
    vm._c = function(a, b, c, d) { return createElement(vm, a, b, c, d, false); }
    vm.$createElement = function (a, b, c, d) { return createElement(vm, a, b, c, d, true); };
}
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createElement 方法实际上是对 _createElement 方法的封装，在调用_createElement创建Vnode之前，会对传入的参数进行处理。例如当没有data数据时，参数会往前填充。

function createElement (
    context, // vm 实例
    tag, // 标签
    data, // 节点相关数据，属性
    children, // 子节点
    normalizationType,
    alwaysNormalize // 区分内部编译生成的render还是手写render
  ) {
    // 对传入参数做处理，可以没有data，如果没有data，则将第三个参数作为第四个参数使用，往上类推。
    if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {
      normalizationType = children;
      children = data;
      data = undefined;
    }
    // 根据是alwaysNormalize 区分是内部编译使用的，还是用户手写render使用的
    if (isTrue(alwaysNormalize)) {
      normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE;
    }
    return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType) // 真正生成Vnode的方法
  }
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4.3.1 数据规范检测

Vue既然暴露给用户用render函数去写渲染模板，就需要考虑用户操作带来的不确定性，因此在生成Vnode的过程中，_createElement会先进行数据规范的检测，将不合法的数据类型错误提前暴露给用户。接下来将列举几个容易犯错误的实际场景，方便理解源码中如何处理这类错误的。

• 1. 用响应式对象做节点属性

new Vue({
    el: '#app',
    render: function (createElement, context) {
       return createElement('div', this.observeData, this.show)
    },
    data() {
        return {
            show: 'dom',
            observeData: {
                attr: {
                    id: 'test'
                }
            }
        }
    }
})
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• 2. 特殊属性key为非字符串，数字类型

new Vue({
    el: '#app',
    render: function(createElement) {
        return createElement('div', { key: this.lists }, this.lists.map(l => {
           return createElement('span', l.name)
        }))
    },
    data() {
        return {
            lists: [{
              name: '111'
            },
            {
              name: '222'
            }
          ],
        }
    }
})
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这些规范都会在创建Vnode节点之前发现并报错，源代码如下：

function _createElement (context,tag,data,children,normalizationType) {
    // 数据对象不能是定义在Vue data属性中的响应式数据。
    if (isDef(data) && isDef((data).__ob__)) {
      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() // 返回注释节点
    }
    // 针对动态组件 :is 的特殊处理，组件相关知识放到特定章节分析。
    if (isDef(data) && isDef(data.is)) {
      tag = data.is;
    }
    if (!tag) {
      // 防止动态组件 :is 属性设置为false时，需要做特殊处理
      return createEmptyVNode()
    }
    // key值只能为string，number这些原始数据类型
    if (isDef(data) && isDef(data.key) && !isPrimitive(data.key)
    ) {
      {
        warn(
          'Avoid using non-primitive value as key, ' +
          'use string/number value instead.',
          context
        );
      }
    }
    ···
    // 省略后续操作
  }
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4.3.2 子节点children规范化

Virtual DOM需要保证每一个子节点都是Vnode类型,这里分两种场景。

• 1.render函数编译，理论上通过render函数编译生成的都是Vnode类型，但是有一个例外，函数式组件返回的是一个数组(关于组件，以及函数式组件内容，我们放到专门讲组件的时候专题分析),这个时候Vue的处理是将整个children拍平。
• 2.用户定render函数，这个时候也分为两种情况，一个是chidren为文本节点，这时候通过前面介绍的createTextVNode 创建一个文本节点的 VNode; 另一种相对复杂，当children中有v-for的时候会出现嵌套数组，这时候的处理逻辑是，遍历children，对每个节点进行判断，如果依旧是数组，则继续递归调用，直到类型为基础类型时，调用createTextVnode方法转化为Vnode。这样经过递归，children变成了一个类型为Vnode的数组。

function _createElement() {
    ···
    if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
      // 用户定义render函数
      children = normalizeChildren(children);
    } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
      // render 函数是编译生成的
      children = simpleNormalizeChildren(children);
    }
}

// 处理编译生成的render 函数
function simpleNormalizeChildren (children) {
    for (var i = 0; i < children.length; i++) {
        // 子节点为数组时，进行开平操作，压成一维数组。
        if (Array.isArray(children[i])) {
        return Array.prototype.concat.apply([], children)
        }
    }
    return children
}

// 处理用户定义的render函数
function normalizeChildren (children) {
    // 递归调用，直到子节点是基础类型，则调用创建文本节点Vnode
    return isPrimitive(children)
      ? [createTextVNode(children)]
      : Array.isArray(children)
        ? normalizeArrayChildren(children)
        : undefined
  }

// 判断是否基础类型
function isPrimitive (value) {
    return (
      typeof value === 'string' ||
      typeof value === 'number' ||
      typeof value === 'symbol' ||
      typeof value === 'boolean'
    )
  }
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=== 进行数据检测和组件规范化后，接下来通过new VNode便可以生成一棵```VNode``树。===具体细节由于篇幅原因，不展开分析。

4.4 虚拟Vnode映射成真实DOM - update

回到 updateComponent的最后一个过程,虚拟的DOM树virtual dom生成后，调用Vue原型上_update方法，将虚拟DOM映射成为真实的DOM。

updateComponent = function () {
    // render生成虚拟DOM，update渲染真实DOM
    vm._update(vm._render(), hydrating);
};
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从源码上可以知道，update主要有两个调用时机，一个是初次数据渲染时，另一个是数据更新时触发真实DOM更新。这一节只分析初次渲染的操作，数据更新放到响应式系统中展开。

function lifecycleMixin() {
    Vue.prototype._update = function (vnode, hydrating) {
        var vm = this;
        var prevEl = vm.$el;
        var prevVnode = vm._vnode; // prevVnode为旧vnode节点
        // 通过是否有旧节点判断是初次渲染还是数据更新
        if (!prevVnode) {
            // 初次渲染
            vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false)
        } else {
            // 数据更新
            vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode);
        }
}
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_update的核心是__patch__方法，而__patch__来源于:

// 浏览器端才有DOM，服务端没有dom，所以patch为一个空函数
  Vue.prototype.__patch__ = inBrowser ? patch : noop;
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patch方法又是createPatchFunction方法的返回值，createPatchFunction内部定义了一系列辅助的方法，但其核心是通过调用createEle方法，createEle会调用一系列封装好的原生DOM的API进行dom操作，创建节点，插入子节点，递归创建一个完整的DOM树并插入到Body中。这部分逻辑分支较为复杂，在源码上打debugger并根据实际场景跑不同的分支有助于理解这部分的逻辑。内容较多就不一一展开。

总结

这一节分析了mountComponent的两个核心方法，render和update,他们分别完成对render函数转化为Virtual DOM和将Virtual DOM映射为真实DOM 的过程。整个渲染过程逻辑相对也是比较清晰的。