petite-vue源码剖析-v-if和v-for的工作原理

深入v-if的工作原理

<div v-scope="App"></div>

<script type="module">
  import { createApp } from '//unpkg.com/petite-vue?module'

  createApp({
    App: {
      $template: `
      <span v-if="status === 'offline'"> OFFLINE </span>
      <span v-else-if="status === 'UNKOWN'"> UNKOWN </span>
      <span v-else> ONLINE </span>
      `,
    }
    status: 'online'
  }).mount('[v-scope]')
</script>

人肉单步调试：

  1. 调用createApp根据入参生成全局作用域rootScope，创建根上下文rootCtx；
  2. 调用mount为<div v-scope="App"></div>构建根块对象rootBlock，并将其作为模板执行解析处理；
  3. 解析时识别到v-scope属性，以全局作用域rootScope为基础运算得到局部作用域scope，并以根上下文rootCtx为蓝本一同构建新的上下文ctx，用于子节点的解析和渲染；
  4. 获取$template属性值并生成HTML元素；
  5. 深度优先遍历解析子节点(调用walkChildren)；
  6. 解析<span v-if="status === 'offline'"> OFFLINE </span>

解析<span v-if="status === 'offline'"> OFFLINE </span>

书接上一回，我们继续人肉单步调试：

  1. 识别元素带上v-if属性，调用_if原指令对元素及兄弟元素进行解析；
  2. 将附带v-if和跟紧其后的附带v-else-if和v-else的元素转化为逻辑分支记录；
  3. 循环遍历分支，并为逻辑运算结果为true的分支创建块对象并销毁原有分支的块对象(首次渲染没有原分支的块对象)，并提交渲染任务到异步队列。
// 文件 ./src/walk.ts

// 为便于理解，我对代码进行了精简
export const walk = (node: Node, ctx: Context): ChildNode | null | void {
  const type = node.nodeType
  if (type == 1) {
    // node为Element类型
    const el = node as Element

    let exp: string | null

    if ((exp = checkAttr(el, 'v-if'))) {
      return _if(el, exp, ctx) // 返回最近一个没有`v-else-if`或`v-else`的兄弟节点
    }
  }
}

// 文件 ./src/directives/if.ts

interface Branch {
  exp?: string | null // 该分支逻辑运算表达式
  el: Element // 该分支对应的模板元素，每次渲染时会以该元素为模板通过cloneNode复制一个实例插入到DOM树中
}

export const _if = (el: Element, exp: string, ctx: Context) => {
  const parent = el.parentElement!
  /* 锚点元素，由于v-if、v-else-if和v-else标识的元素可能在某个状态下都不位于DOM树上，
   * 因此通过锚点元素标记插入点的位置信息，当状态发生变化时则可以将目标元素插入正确的位置。
   */
  const anchor = new Comment('v-if')
  parent.insertBefore(anchor, el)

  // 逻辑分支，并将v-if标识的元素作为第一个分支
  const branches: Branch[] = [
    {
      exp, 
      el
    }
  ]

  /* 定位v-else-if和v-else元素，并推入逻辑分支中
   * 这里没有控制v-else-if和v-else的出现顺序，因此我们可以写成
   * <span v-if="status=0"></span><span v-else></span><span v-else-if="status === 1"></span>
   * 但效果为变成<span v-if="status=0"></span><span v-else></span>，最后的分支永远没有机会匹配。
   */
  let elseEl: Element | null
  let elseExp: string | null
  while ((elseEl = el.nextElementSibling)) {
    elseExp = null
    if (
      checkAttr(elseEl, 'v-else') === '' ||
      (elseExp = checkAttr(elseEl, 'v-else-if'))
    ) {
      // 从在线模板移除分支节点
      parent.removeChild(elseEl)
      branches.push({ exp: elseExp, el: elseEl })
    }
    else {
      break
    }
  }

  // 保存最近一个不带`v-else`和`v-else-if`节点作为下一轮遍历解析的模板节点
  const nextNode = el.nextSibling
  // 从在线模板移除带`v-if`节点
  parent.removeChild(el)

  let block: Block | undefined // 当前逻辑运算结构为true的分支对应块对象
  let activeBranchIndex: number = -1 // 当前逻辑运算结构为true的分支索引

  // 若状态发生变化导致逻辑运算结构为true的分支索引发生变化，则需要销毁原有分支对应块对象（包含中止旗下的副作用函数监控状态变化，执行指令的清理函数和递归触发子块对象的清理操作）
  const removeActiveBlock = () => {
    if (block) {
      // 重新插入锚点元素来定位插入点
      parent.insertBefore(anchor, block.el)
      block.remove()
      // 解除对已销毁的块对象的引用，让GC回收对应的JavaScript对象和detached元素
      block = undefined
    }
  }

  // 向异步任务对立压入渲染任务，在本轮Event Loop的Micro Queue执行阶段会执行一次
  ctx.effect(() => {
    for (let i = 0; i < branches.length; i++) {
      const { exp, el } = branches[i]
      if (!exp || evaluate(ctx.scope, exp)) {
        if (i !== activeBranchIndex) {
          removeActiveBlock()
          block = new Block(el, ctx)
          block.insert(parent, anchor)
          parent.removeChild(anchor)
          activeBranchIndex = i
        }
        return
      }
    }

    activeBranchIndex = -1
    removeActiveBlock()
  })

  return nextNode
}

下面我们看看子块对象的构造函数和insert、remove方法

// 文件 ./src/block.ts

export class Block {
  constuctor(template: Element, parentCtx: Context, isRoot = false) {
    if (isRoot) {
      // ...
    }
    else {
      // 以v-if、v-else-if和v-else分支的元素作为模板创建元素实例
      this.template = template.cloneNode(true) as Element
    }

    if (isRoot) {
      // ...
    }
    else {
      this.parentCtx = parentCtx
      parentCtx.blocks.push(this)
      this.ctx = createContext(parentCtx)
    }
  }
  // 由于当前示例没有用到<template>元素，因此我对代码进行了删减
  insert(parent: Element, anchor: Node | null = null) {
    parent.insertBefore(this.template, anchor)
  }

  // 由于当前示例没有用到<template>元素，因此我对代码进行了删减
  remove() {
    if (this.parentCtx) {
      // TODO: function `remove` is located at @vue/shared
      remove(this.parentCtx.blocks, this)
    }
    // 移除当前块对象的根节点，其子孙节点都一并被移除
    this.template.parentNode!.removeChild(this.template) 
    this.teardown()
  }

  teardown() {
    // 先递归调用子块对象的清理方法
    this.ctx.blocks.forEach(child => {
      child.teardown()
    })
    // 包含中止副作用函数监控状态变化
    this.ctx.effects.forEach(stop)
    // 执行指令的清理函数
    this.ctx.cleanups.forEach(fn => fn())
  }
}

深入v-for的工作原理

<div v-scope="App"></div>

<script type="module">
  import { createApp } from '//unpkg.com/petite-vue?module'

  createApp({
    App: {
      $template: `
      <select>
        <option v-for="val of values" v-key="val">
          I'm the one of options
        </option>
      </select>
      `,
    }
    values: [1,2,3]
  }).mount('[v-scope]')
</script>

人肉单步调试：

  1. 调用createApp根据入参生成全局作用域rootScope，创建根上下文rootCtx；
  2. 调用mount为<div v-scope="App"></div>构建根块对象rootBlock，并将其作为模板执行解析处理；
  3. 解析时识别到v-scope属性，以全局作用域rootScope为基础运算得到局部作用域scope，并以根上下文rootCtx为蓝本一同构建新的上下文ctx，用于子节点的解析和渲染；
  4. 获取$template属性值并生成HTML元素；
  5. 深度优先遍历解析子节点(调用walkChildren)；
  6. 解析<option v-for="val in values" v-key="val">I'm the one of options</option>

解析<option v-for="val in values" v-key="val">I'm the one of options</option>

书接上一回，我们继续人肉单步调试：

  1. 识别元素带上v-for属性，调用_for原指令对该元素解析；
  2. 通过正则表达式提取v-for中集合和集合元素的表达式字符串，和key的表达式字符串；
  3. 基于每个集合元素创建独立作用域，并创建独立的块对象渲染元素。
// 文件 ./src/walk.ts

// 为便于理解，我对代码进行了精简
export const walk = (node: Node, ctx: Context): ChildNode | null | void {
  const type = node.nodeType
  if (type == 1) {
    // node为Element类型
    const el = node as Element

    let exp: string | null

    if ((exp = checkAttr(el, 'v-for'))) {
      return _for(el, exp, ctx) // 返回最近一个没有`v-else-if`或`v-else`的兄弟节点
    }
  }
}

// 文件 ./src/directives/for.ts

/* [\s\S]*表示识别空格字符和非空格字符若干个，默认为贪婪模式，即 `(item, index) in value` 就会匹配整个字符串。
 * 修改为[\s\S]*?则为懒惰模式，即`(item, index) in value`只会匹配`(item, index)`
 */
const forAliasRE = /([\s\S]*?)\s+(?:in)\s+([\s\S]*?)/
// 用于移除`(item, index)`中的`(`和`)`
const stripParentRE= /^\(|\)$/g
// 用于匹配`item, index`中的`, index`，那么就可以抽取出value和index来独立处理
const forIteratorRE = /,([^,\}\]]*)(?:,([^,\}\]]*))?$/

type KeyToIndexMap = Map<any, number>

// 为便于理解，我们假设只接受`v-for="val in values"`的形式，并且所有入参都是有效的，对入参有效性、解构等代码进行了删减
export const _for = (el: Element, exp: string, ctx: Context) => {
  // 通过正则表达式抽取表达式字符串中`in`两侧的子表达式字符串
  const inMatch = exp.match(forAliasRE)

  // 保存下一轮遍历解析的模板节点
  const nextNode = el.nextSibling

  // 插入锚点，并将带`v-for`的元素从DOM树移除
  const parent = el.parentElement!
  const anchor = new Text('')
  parent.insertBefore(anchor, el)
  parent.removeChild(el)

  const sourceExp = inMatch[2].trim() // 获取`(item, index) in value`中`value`
  let valueExp = inMatch[1].trim().replace(stripParentRE, '').trim() // 获取`(item, index) in value`中`item, index`
  let indexExp: string | undefined

  let keyAttr = 'key'
  let keyExp = 
    el.getAttribute(keyAttr) ||
    el.getAttribute(keyAttr = ':key') ||
    el.getAttribute(keyAttr = 'v-bind:key')
  if (keyExp) {
    el.removeAttribute(keyExp)
    // 将表达式序列化，如`value`序列化为`"value"`，这样就不会参与后面的表达式运算
    if (keyAttr === 'key') keyExp = JSON.stringify(keyExp)
  }

  let match
  if (match = valueExp.match(forIteratorRE)) {
    valueExp = valueExp.replace(forIteratorRE, '').trim() // 获取`item, index`中的item
    indexExp = match[1].trim()  // 获取`item, index`中的index
  }

  let mounted = false // false表示首次渲染，true表示重新渲染
  let blocks: Block[]
  let childCtxs: Context[]
  let keyToIndexMap: KeyToIndexMap // 用于记录key和索引的关系，当发生重新渲染时则复用元素

  const createChildContexts = (source: unknown): [Context[], KeyToIndexMap] => {
    const map: KeyToIndexMap = new Map()
    const ctxs: Context[] = []

    if (isArray(source)) {
      for (let i = 0; i < source.length; i++) {
        ctxs.push(createChildContext(map, source[i], i))
      }
    }  

    return [ctxs, map]
  }

  // 以集合元素为基础创建独立的作用域
  const createChildContext = (
    map: KeyToIndexMap,
    value: any, // the item of collection
    index: number // the index of item of collection
  ): Context => {
    const data: any = {}
    data[valueExp] = value
    indexExp && (data[indexExp] = index)
    // 为每个子元素创建独立的作用域
    const childCtx = createScopedContext(ctx, data)
    // key表达式在对应子元素的作用域下运算
    const key = keyExp ? evaluate(childCtx.scope, keyExp) : index
    map.set(key, index)
    childCtx.key = key

    return childCtx
  }

  // 为每个子元素创建块对象
  const mountBlock = (ctx: Conext, ref: Node) => {
    const block = new Block(el, ctx)
    block.key = ctx.key
    block.insert(parent, ref)
    return block
  }

  ctx.effect(() => {
    const source = evaluate(ctx.scope, sourceExp) // 运算出`(item, index) in items`中items的真实值
    const prevKeyToIndexMap = keyToIndexMap
    // 生成新的作用域，并计算`key`,`:key`或`v-bind:key`
    ;[childCtxs, keyToIndexMap] = createChildContexts(source)
    if (!mounted) {
      // 为每个子元素创建块对象，解析子元素的子孙元素后插入DOM树
      blocks = childCtxs.map(s => mountBlock(s, anchor))
      mounted = true
    }
    // 由于我们示例只研究静态视图，因此重新渲染的代码，我们后面再深入了解吧
  })

  return nextNode
}

总结

我们看到在v-if和v-for的解析过程中都会生成块对象，而且是v-if的每个分支都对应一个块对象，而v-for则是每个子元素都对应一个块对象。其实块对象不单单是管控DOM操作的单元，而且它是用于表示树结构不稳定的部分。如节点的增加和删除，将导致树结构的不稳定，把这些不稳定的部分打包成独立的块对象，并封装各自构建和删除时执行资源回收等操作，这样不仅提高代码的可读性也提高程序的运行效率。

v-if的首次渲染和重新渲染采用同一套逻辑，但v-for在重新渲染时会采用key复用元素从而提高效率，可以重新渲染时的算法会复制不少。下一篇我们将深入了解v-for在重新渲染时的工作原理，敬请期待:)

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