Vue视图渲染原理解析，从构建VNode到生成真实节点树

前言

在 Vue 核心中除了响应式原理外，视图渲染也是重中之重。我们都知道每次更新数据，都会走视图渲染的逻辑，而这当中牵扯的逻辑也是十分繁琐。

本文主要解析的是初始化视图渲染流程，你将会了解到从挂载组件开始，Vue 是如何构建 VNode，又是如何将 VNode 转为真实节点并挂载到页面。

挂载组件($mount)

Vue 是一个构造函数，通过 new 关键字进行实例化。

// src/core/instance/index.js
function Vue (options) {
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
    !(this instanceof Vue)
  ) {
    warn('Vue is a constructor and should be called with the `new` keyword')
  }
  this._init(options)
}

在实例化时，会调用 _init 进行初始化。

// src/core/instance/init.js
Vue.prototype._init = function (options?: Object) {
    const vm: Component = this
    // ...
    if (vm.$options.el) {
      vm.$mount(vm.$options.el)
    }
  }

_init 内会调用 $mount 来挂载组件，而 $mount 方法实际调用的是 mountComponent。

// src/core/instance/lifecycle.js
export function mountComponent (
  vm: Component,
  el: ?Element,
  hydrating?: boolean
): Component {
  vm.$el = el
  // ...
  callHook(vm, 'beforeMount')

  let updateComponent
  /* istanbul ignore if */
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
    // ...
  } else {
    updateComponent = () => {
      vm._update(vm._render(), hydrating)  // 渲染页面函数
    }
  }

  // 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, { //  渲染watcher
    before () {
      if (vm._isMounted && !vm._isDestroyed) {
        callHook(vm, 'beforeUpdate')
      }
    }
  }, 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
}

mountComponent 除了调用一些生命周期的钩子函数外，最主要是 updateComponent，它就是负责渲染视图的核心方法，其只有一行核心代码：

vm._update(vm._render(), hydrating)

vm._render 创建并返回 VNode，vm._update 接受 VNode 将其转为真实节点。

updateComponent 会被传入 渲染Watcher，每当数据变化触发 Watcher 更新就会执行该函数，重新渲染视图。updateComponent 在传入 渲染Watcher 后会被执行一次进行初始化页面渲染。

所以我们着重分析的是 vm._render 和 vm._update 两个方法，这也是本文主要了解的原理——Vue 视图渲染流程。

构建VNode(_render)

首先是 _render 方法，它用来构建组件的 VNode。

// src/core/instance/render.js
Vue.prototype._render = function () {
    const { render, _parentVnode } = vm.$options
    vnode = render.call(vm._renderProxy, vm.$createElement)
    return vnode
}

_render 内部会执行 render 方法并返回构建好的 VNode。render 一般是模板编译后生成的方法，也有可能是用户自定义。

// src/core/instance/render.js
export function initRender (vm) {
    vm._c = (a, b, c, d) => createElement(vm, a, b, c, d, false)
    vm.$createElement = (a, b, c, d) => createElement(vm, a, b, c, d, true)
}

initRender 在初始化就会执行为实例上绑定两个方法，分别是 vm._c 和 vm.$createElement。它们两者都是调用 createElement 方法，它是创建 VNode 的核心方法，最后一个参数用于区别是否为用户自定义。

vm._c 应用场景是在编译生成的 render 函数中调用，vm.$createElement 则用于用户自定义 render 函数的场景。就像上面 render 在调用时会传入参数 vm.$createElement，我们在自定义 render 函数接收到的参数就是它。

createElement

// src/core/vdom/create-elemenet.js
export function createElement (
  context: Component,
  tag: any,
  data: any,
  children: any,
  normalizationType: any,
  alwaysNormalize: boolean
): VNode | Array<VNode> {
  if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {
    normalizationType = children
    children = data
    data = undefined
  }
  if (isTrue(alwaysNormalize)) {
    normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE
  }
  return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)
}

createElement 方法实际上是对 _createElement 方法的封装，它允许传入的参数更加灵活。

export function _createElement (
  context: Component,
  tag?: string | Class<Component> | Function | Object,
  data?: VNodeData,
  children?: any,
  normalizationType?: number
): VNode | Array<VNode> {
  if (isDef(data) && isDef(data.is)) {
    tag = data.is
  }
  if (!tag) {
    // in case of component :is set to falsy value
    return createEmptyVNode()
  }
  // support single function children as default scoped slot
  if (Array.isArray(children) &&
    typeof children[0] === 'function'
  ) {
    data = data || {}
    data.scopedSlots = { default: children[0] }
    children.length = 0
  }
  if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
    children = normalizeChildren(children)
  } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
    children = simpleNormalizeChildren(children)
  }
  let vnode, ns
  if (typeof tag === 'string') {
    let Ctor
    ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag)
    if (config.isReservedTag(tag)) {
      // platform built-in elements
      vnode = new VNode(
        config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
        undefined, undefined, context
      )
    } else if (isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
      // component
      vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
    } else {
      // unknown or unlisted namespaced elements
      // check at runtime because it may get assigned a namespace when its
      // parent normalizes children
      vnode = new VNode(
        tag, data, children,
        undefined, undefined, context
      )
    }
  } else {
    // direct component options / constructor
    vnode = createComponent(tag, data, context, children)
  }
  if (Array.isArray(vnode)) {
    return vnode
  } else if (isDef(vnode)) {
    if (isDef(ns)) applyNS(vnode, ns)
    if (isDef(data)) registerDeepBindings(data)
    return vnode
  } else {
    return createEmptyVNode()
  }
}

_createElement 参数中会接收 children，它表示当前 VNode 的子节点，因为它是任意类型的，所以接下来需要将其规范为标准的 VNode 数组；

// 这里规范化 children
if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
  children = normalizeChildren(children)
} else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
  children = simpleNormalizeChildren(children)
}

simpleNormalizeChildren 和 normalizeChildren 均用于规范化 children。由 normalizationType 判断 render 函数是编译生成的还是用户自定义的。

// 1. When the children contains components - because a functional component
// may return an Array instead of a single root. In this case, just a simple
// normalization is needed - if any child is an Array, we flatten the whole
// thing with Array.prototype.concat. It is guaranteed to be only 1-level deep
// because functional components already normalize their own children.
export function simpleNormalizeChildren (children: any) {
  for (let i = 0; i < children.length; i++) {
    if (Array.isArray(children[i])) {
      return Array.prototype.concat.apply([], children)
    }
  }
  return children
}

// 2. When the children contains constructs that always generated nested Arrays,
// e.g. <template>, <slot>, v-for, or when the children is provided by user
// with hand-written render functions / JSX. In such cases a full normalization
// is needed to cater to all possible types of children values.
export function normalizeChildren (children: any): ?Array<VNode> {
  return isPrimitive(children)
    ? [createTextVNode(children)]
    : Array.isArray(children)
      ? normalizeArrayChildren(children)
      : undefined
}

simpleNormalizeChildren 方法调用场景是 render 函数当函数是编译生成的。normalizeChildren 方法的调用场景主要是 render 函数是用户手写的。

经过对 children 的规范化，children 变成了一个类型为 VNode 的数组。之后就是创建 VNode 的逻辑。

// src/core/vdom/patch.js
let vnode, ns
if (typeof tag === 'string') {
  let Ctor
  ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag)
  if (config.isReservedTag(tag)) {
    // platform built-in elements
    vnode = new VNode(
      config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
      undefined, undefined, context
    )
  } else if (isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
    // component
    vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
  } else {
    // unknown or unlisted namespaced elements
    // check at runtime because it may get assigned a namespace when its
    // parent normalizes children
    vnode = new VNode(
      tag, data, children,
      undefined, undefined, context
    )
  }
} else {
  // direct component options / constructor
  vnode = createComponent(tag, data, context, children)
}

如果 tag 是 string 类型，则接着判断如果是内置的一些节点，创建一个普通 VNode；如果是为已注册的组件名，则通过 createComponent 创建一个组件类型的 VNode；否则创建一个未知的标签的 VNode。

如果 tag 不是 string 类型，那就是 Component 类型, 则直接调用 createComponent 创建一个组件类型的 VNode 节点。

最后 _createElement 会返回一个 VNode，也就是调用 vm._render 时创建得到的VNode。之后 VNode 会传递给 vm._update 函数，用于生成真实dom。

生成真实dom(_update)

// src/core/instance/lifecycle.js
Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
  const vm: Component = this
  const prevEl = vm.$el
  const prevVnode = vm._vnode
  const prevActiveInstance = activeInstance
  activeInstance = vm
  vm._vnode = vnode
  // Vue.prototype.__patch__ is injected in entry points
  // based on the rendering backend used.
  if (!prevVnode) {
    // initial render
    vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)
  } else {
    // updates
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
  }
  activeInstance = prevActiveInstance
  // update __vue__ reference
  if (prevEl) {
    prevEl.__vue__ = null
  }
  if (vm.$el) {
    vm.$el.__vue__ = vm
  }
  // if parent is an HOC, update its $el as well
  if (vm.$vnode && vm.$parent && vm.$vnode === vm.$parent._vnode) {
    vm.$parent.$el = vm.$el
  }
  // updated hook is called by the scheduler to ensure that children are
  // updated in a parent's updated hook.
}

_update 里最核心的方法就是 vm.__patch__ 方法，不同平台的 __patch__ 方法的定义会稍有不同，在 web 平台中它是这样定义的：

// src/platforms/web/runtime/index.js
import { patch } from './patch'
// install platform patch function
Vue.prototype.__patch__ = inBrowser ? patch : noop

可以看到 __patch__ 实际调用的是 patch 方法。

// src/platforms/web/runtime/patch.js
import * as nodeOps from 'web/runtime/node-ops'
import { createPatchFunction } from 'core/vdom/patch'
import baseModules from 'core/vdom/modules/index'
import platformModules from 'web/runtime/modules/index'

// the directive module should be applied last, after all
// built-in modules have been applied.
const modules = platformModules.concat(baseModules)

export const patch: Function = createPatchFunction({ nodeOps, modules })

而 patch 方法是由 createPatchFunction 方法创建返回出来的函数。

// src/core/vdom/patch.js
const hooks = ['create', 'activate', 'update', 'remove', 'destroy']

export function createPatchFunction (backend) {
  let i, j
  const cbs = {}
  const { modules, nodeOps } = backend

  for (i = 0; i < hooks.length; ++i) {
    cbs[hooks[i]] = []
    for (j = 0; j < modules.length; ++j) {
      if (isDef(modules[j][hooks[i]])) {
        cbs[hooks[i]].push(modules[j][hooks[i]])
      }
    }
  }
  
  // ...
  return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly){}
}

这里有两个比较重要的对象 nodeOps 和 modules。nodeOps 是封装的原生dom操作方法，在生成真实节点树的过程中，dom相关操作都是调用 nodeOps 内的方法。

modules 是待执行的钩子函数。在进入函数时，会将不同模块的钩子函数分类放置到 cbs 中，其中包括自定义指令钩子函数，ref 钩子函数。在 patch 阶段，会根据操作节点的行为取出对应类型进行调用。

patch

// initial render
vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)

在首次渲染时，vm.$el 对应的是根节点 dom 对象，也就是我们熟知的 id 为 app 的 div。它作为 oldVNode 参数传入 patch：

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  if (isUndef(vnode)) {
    if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
    return
  }

  let isInitialPatch = false
  const insertedVnodeQueue = []

  if (isUndef(oldVnode)) {
    // empty mount (likely as component), create new root element
    isInitialPatch = true
    createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
  } else {
    const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
    if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
      // patch existing root node
      patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
    } else {
      if (isRealElement) {
        // mounting to a real element
        // check if this is server-rendered content and if we can perform
        // a successful hydration.
        if (oldVnode.nodeType === 1 && oldVnode.hasAttribute(SSR_ATTR)) {
          oldVnode.removeAttribute(SSR_ATTR)
          hydrating = true
        }
        if (isTrue(hydrating)) {
          if (hydrate(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue)) {
            invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, true)
            return oldVnode
          } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
            warn(
              'The client-side rendered virtual DOM tree is not matching ' +
              'server-rendered content. This is likely caused by incorrect ' +
              'HTML markup, for example nesting block-level elements inside ' +
              '<p>, or missing <tbody>. Bailing hydration and performing ' +
              'full client-side render.'
            )
          }
        }
        // either not server-rendered, or hydration failed.
        // create an empty node and replace it
        oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
      }

      // replacing existing element
      const oldElm = oldVnode.elm
      const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)

      // create new node
      createElm(
        vnode,
        insertedVnodeQueue,
        // extremely rare edge case: do not insert if old element is in a
        // leaving transition. Only happens when combining transition +
        // keep-alive + HOCs. (#4590)
        oldElm._leaveCb ? null : parentElm,
        nodeOps.nextSibling(oldElm)
      )

      // update parent placeholder node element, recursively
      if (isDef(vnode.parent)) {
        let ancestor = vnode.parent
        const patchable = isPatchable(vnode)
        while (ancestor) {
          for (let i = 0; i < cbs.destroy.length; ++i) {
            cbs.destroy[i](ancestor)
          }
          ancestor.elm = vnode.elm
          if (patchable) {
            for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {
              cbs.create[i](emptyNode, ancestor)
            }
            // #6513
            // invoke insert hooks that may have been merged by create hooks.
            // e.g. for directives that uses the "inserted" hook.
            const insert = ancestor.data.hook.insert
            if (insert.merged) {
              // start at index 1 to avoid re-invoking component mounted hook
              for (let i = 1; i < insert.fns.length; i++) {
                insert.fns[i]()
              }
            }
          } else {
            registerRef(ancestor)
          }
          ancestor = ancestor.parent
        }
      }

      // destroy old node
      if (isDef(parentElm)) {
        removeVnodes([oldVnode], 0, 0)
      } else if (isDef(oldVnode.tag)) {
        invokeDestroyHook(oldVnode)
      }
    }
  }

  invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
  return vnode.elm
}

通过检查属性 nodeType（真实节点才有的属性）， 判断 oldVnode 是否为真实节点。

const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
if (isRealElement) {
  // ...
  oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
}

很明显第一次的 isRealElement 是为 true，因此会调用 emptyNodeAt 将其转为 VNode：

function emptyNodeAt (elm) {
  return new VNode(nodeOps.tagName(elm).toLowerCase(), {}, [], undefined, elm)
}

接着会调用 createElm 方法，它就是将 VNode 转为真实dom 的核心方法：

function createElm (
  vnode,
  insertedVnodeQueue,
  parentElm,
  refElm,
  nested,
  ownerArray,
  index
) {
  if (isDef(vnode.elm) && isDef(ownerArray)) {
    // This vnode was used in a previous render!
    // now it's used as a new node, overwriting its elm would cause
    // potential patch errors down the road when it's used as an insertion
    // reference node. Instead, we clone the node on-demand before creating
    // associated DOM element for it.
    vnode = ownerArray[index] = cloneVNode(vnode)
  }

  vnode.isRootInsert = !nested // for transition enter check
  if (createComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)) {
    return
  }

  const data = vnode.data
  const children = vnode.children
  const tag = vnode.tag
  if (isDef(tag)) {
    vnode.elm = vnode.ns
      ? nodeOps.createElementNS(vnode.ns, tag)
      : nodeOps.createElement(tag, vnode)
    setScope(vnode)

    /* istanbul ignore if */
    if (__WEEX__) {
      // ...
    } else {
      createChildren(vnode, children, insertedVnodeQueue)
      if (isDef(data)) {
        invokeCreateHooks(vnode, insertedVnodeQueue)
      }
      insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
    }

    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && data && data.pre) {
      creatingElmInVPre--
    }
  } else if (isTrue(vnode.isComment)) {
    vnode.elm = nodeOps.createComment(vnode.text)
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
  } else {
    vnode.elm = nodeOps.createTextNode(vnode.text)
    insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
  }
}

一开始会调用 createComponent 尝试创建组件类型的节点，如果成功会返回 true。在创建过程中也会调用 $mount 进行组件范围内的挂载，所以走的还是 patch 这套流程。

if (createComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)) {
  return
}

如果没有完成创建，代表该 VNode 对应的是真实节点，往下继续创建真实节点的逻辑。

vnode.elm = vnode.ns
    ? nodeOps.createElementNS(vnode.ns, tag)
    : nodeOps.createElement(tag, vnode)

根据 tag 创建对应类型真实节点，赋值给 vnode.elm，它作为父节点容器，创建的子节点会被放到里面。

然后调用 createChildren 创建子节点：

function createChildren (vnode, children, insertedVnodeQueue) {
  if (Array.isArray(children)) {
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
      checkDuplicateKeys(children)
    }
    for (let i = 0; i < children.length; ++i) {
      createElm(children[i], insertedVnodeQueue, vnode.elm, null, true, children, i)
    }
  } else if (isPrimitive(vnode.text)) {
    nodeOps.appendChild(vnode.elm, nodeOps.createTextNode(String(vnode.text)))
  }
}

内部进行遍历子节点数组，再次调用 createElm 创建节点，而上面创建的 vnode.elm 作为父节点传入。如此循环，直到没有子节点，就会创建文本节点插入到 vnode.elm 中。

执行完成后出来，会调用 invokeCreateHooks，它负责执行 dom 操作时的 create 钩子函数，同时将 VNode 加入到 insertedVnodeQueue 中：

function invokeCreateHooks (vnode, insertedVnodeQueue) {
  for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {
    cbs.create[i](emptyNode, vnode)
  }
  i = vnode.data.hook // Reuse variable
  if (isDef(i)) {
    if (isDef(i.create)) i.create(emptyNode, vnode)
    if (isDef(i.insert)) insertedVnodeQueue.push(vnode)
  }
}

最后一步就是调用 insert 方法将节点插入到父节点：

function insert (parent, elm, ref) {
  if (isDef(parent)) {
    if (isDef(ref)) {
      if (nodeOps.parentNode(ref) === parent) {
        nodeOps.insertBefore(parent, elm, ref)
      }
    } else {
      nodeOps.appendChild(parent, elm)
    }
  }
}

可以看到 Vue 是通过递归调用 createElm 来创建节点树的。同时也说明最深的子节点会先调用 insert 插入节点。所以整个节点树的插入顺序是“先子后父”。插入节点方法就是原生dom的方法 insertBefore 和 appendChild。

if (isDef(parentElm)) {
  removeVnodes([oldVnode], 0, 0)
}

createElm 流程走完后，构建完成的节点树已经插入到页面上了。其实 Vue 在初始化渲染页面时，并不是把原来的根节点 app 给真正替换掉，而是在其后面插入一个新的节点，接着再把旧节点给移除掉。

所以在 createElm 之后会调用 removeVnodes 来移除旧节点，它里面同样是调用的原生dom方法 removeChild。

invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)

function invokeInsertHook (vnode, queue, initial) {
  // delay insert hooks for component root nodes, invoke them after the
  // element is really inserted
  if (isTrue(initial) && isDef(vnode.parent)) {
    vnode.parent.data.pendingInsert = queue
  } else {
    for (let i = 0; i < queue.length; ++i) {
      queue[i].data.hook.insert(queue[i])
    }
  }
}

在 patch 的最后就是调用 invokeInsertHook 方法，触发节点插入的钩子函数。

至此整个页面渲染的流程完毕~

总结

初始化调用 $mount 挂载组件。

_render 开始构建 VNode，核心方法为 createElement，一般会创建普通的 VNode ，遇到组件就创建组件类型的 VNode，否则就是未知标签的 VNode，构建完成传递给 _update。

patch 阶段根据 VNode 创建真实节点树，核心方法为 createElm，首先遇到组件类型的 VNode，内部会执行 $mount，再走一遍相同的流程。普通节点类型则创建一个真实节点，如果它有子节点开始递归调用 createElm，使用 insert 插入子节点，直到没有子节点就填充内容节点。最后递归完成后，同样也是使用 insert 将整个节点树插入到页面中，再将旧的根节点移除。

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