结合源码彻底理解Vue异步更新策略及nextTick原理

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nextTick是前端面试中vue框架中必考的部分,一定要掌握。它主要是处理我们在变更完数据以后,无法立刻拿到最新的DOM节点对象的问题。

在正式讲解之前我们可以先了解一些简单的概念:

什么是进程

进程是cpu分配资源的最小单位;(是能拥有资源和独立运行的最小单位)

什么是线程

线程是cpu调度的最小单位;(线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位,一个进程中可以有多个线程)

浏览器是多进程的

在浏览器中,每打开一个tab页面,其实就是新开了一个进程,在这个进程中,还有ui渲染线程,js引擎线程,http请求线程等。 所以,浏览器是一个多进程的。

js是单线程的

js是作为浏览器的脚本语言,主要是实现用户与浏览器的交互,以及操作dom;这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。 举个例子:如果js被设计了多线程,如果有一个线程要修改一个dom元素,另一个线程要删除这个dom元素,此时浏览器就会一脸茫然,不知所措。所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript就是单线程。

js执行机制--Event loop

由于js是单线程,js设计者把任务分为同步任务和异步任务,同步任务都在主线程上排队执行,前面任务没有执行完成,后面的任务会一直等待;异步任务则是挂在在一个任务队列里,等待主线程所有任务执行完成后,通知任务队列可以把可执行的任务放到主线程执行。异步任务放到主线程执行完后,又通知任务队列把下一个异步任务放到主线程中执行。这个过程一直持续,直到异步任务执行完成,这个持续重复的过程就叫Event loop。而一次循环就是一次tick 。

在任务队列中的异步任务又可以分为两种microtast(微任务)macrotask(宏任务) microtast(微任务):Promise, process.nextTick, Object.observe, MutationObserver macrotask(宏任务):script整体代码、setTimeout、 setInterval等 执行优先级上,先执行宏任务macrotask,再执行微任务mincrotask。

执行过程中需要注意的几点是:

  • 在一次event loop中,microtask在这一次循环中是一直取一直取,直到清空microtask队列,而macrotask则是一次循环取一次。
  • 如果执行事件循环的过程中又加入了异步任务,如果是macrotask,则放到macrotask末尾,等待下一轮循环再执行。如果是microtask,则放到本次event loop中的microtask任务末尾继续执行。直到microtask队列清空。

讲完了这些概念,下面我们开始讲今天的主人公:Vue nextTick原理

异步更新及nextTick原理

官方对Vue更新Dom是这样说的:

可能你还没有注意到,Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。只要侦听到数据变化,Vue 将开启一个队列,并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据变更。如果同一个 watcher 被多次触发,只会被推入到队列中一次。这种在缓冲时去除重复数据对于避免不必要的计算和 DOM 操作是非常重要的。然后,在下一个的事件循环“tick”中,Vue 刷新队列并执行实际 (已去重的) 工作。Vue 在内部对异步队列尝试使用原生的 Promise.then、MutationObserver 和 setImmediate,如果执行环境不支持,则会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。

也就是说我们在设置this.msg = 'some thing'的时候,Vue并没有马上去更新DOM数据,而是将这个操作放进一个队列中;如果我们重复执行的话,队列还会进行去重操作;等待同一事件循环中的所有数据变化完成之后,会将队列中的事件拿出来处理。

这样做主要是为了提升性能,因为如果在主线程中更新DOM,循环100次就要更新100次DOM;但是如果等事件循环完成之后更新DOM,只需要更新1次。

为了在数据更新操作之后操作DOM,我们可以在数据变化之后立即使用Vue.nextTick(callback);这样回调函数会在DOM更新完成后被调用,就可以拿到最新的DOM元素了。

官方文档是这么定义nextTick的:

在下次DOM更新循环结束之后执行的延迟回调。在修改数据之后立即使用该方法,获取更新后的DOM。

我们也可以简单的理解为:当页面中的数据发生改变了,就会把该任务放到一个异步队列中,只有在当前任务空闲时才会进行DOM渲染,当DOM渲染完成以后,该函数就会自动执行。

结合源码我们再去品一下:当触发某个数据的setter方法后,它的setter函数会通知Dep,Dep则会调用它管理的所有Watch对象。触发Watch对象的update实现。我们来看一下update具体是如何实现的:

/*调度者接口,当依赖发生改变的时候进行回调 */
update () {
  /* istanbul ignore else */
  /*computed watcher走这个渲染视图*/
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true
  } else if (this.sync) {
    /*同步则执行run直接渲染视图*/
    this.run()
  } else {
    /*异步推送到观察者队列中,下一个tick时调用。*/
    queueWatcher(this)
  }
}

从代码中可以看到,当数据变化的时候会调用queueWatcher(this)函数,这也是vue异步更新队列的方式。那么我们跟着去看看queueWatcher做了什么:

 /*将一个观察者对象push进观察者队列,在队列中已经存在相同的id则该观察者对象将被跳过,除非它是在队列被刷新时推送*/
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  /*获取watcher的id*/
  const id = watcher.id
  /*检验id是否存在,已经存在则直接跳过,不存在则标记哈希表has,用于下次检验*/
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    if (!flushing) {
      queue.push(watcher)
    } else {
      // if already flushing, splice the watcher based on its id
      // if already past its id, it will be run next immediately.
      let i = queue.length - 1
      while (i >= 0 && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      queue.splice(Math.max(i, index) + 10, watcher)
    }
    // queue the flush
    if (!waiting) {
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}

从queueWatcher代码中看出Watch对象并不是立即更新视图,而是被push进了一个队列queue,此时状态处于waiting的状态,这时候会继续会有Watch对象被push进这个队列queue,等到下一个tick运行时将这个队列queue全部拿出来run一遍,这些Watch对象才会被遍历取出,更新视图。同时,id重复的Watcher不会被多次加入到queue中去。这也解释了同一个watcher被多次触发,只会被推入到队列中一次。

vue为了避免频繁的操作DOM,采用异步的方式更新DOM。这些异步操作会通过nextTick函数将这些操作以cb的形式放到任务队列中(以微任务优先),当每次tick结束之后就会去执行这些cb,更新DOM。

vue为了实现异步更新效果,建立了nextTick函数,接下来让我们一起看看nextTick是如何实现的:

/*存放异步执行的回调*/
const callbacks = [] 
/*一个标记位,如果已经有timerFunc被推送到任务队列中去则不需要重复推送*/
let pending = false
/*一个函数指针,指向函数将被推送到任务队列中,等到主线程任务执行完时,任务队列中的timerFunc被调用*/
let timerFunc

/*
  推送到队列中下一个tick时执行
  cb 回调函数
  ctx 上下文
*/
export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
  let _resolve
   // 第一步 传入的cb会被push进callbacks中存放起来
  callbacks.push(() => {
    if (cb) {      
        try {
            cb.call(ctx)
      } catch (e) {
        handleError(e, ctx, 'nextTick')
      }
    } else if (_resolve) {
      _resolve(ctx)
    }
  })  
  // 检查上一个异步任务队列(即名为callbacks的任务数组)是否派发和执行完毕了。pending此处相当于一个锁
  if (!pending) {
  // 若上一个异步任务队列已经执行完毕,则将pending设定为true(把锁锁上)
    pending = true
    // 调用判断Promise,MutationObserver,setTimeout的优先级
    timerFunc()
  }
  // 第三步执行返回的状态
  if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {   
    return new Promise(resolve => {
      _resolve = resolve
    })
  }
}

我们首先找到nextTick这个函数定义的地方,看看它具体做了什么操作;看到它在外层定义了三个变量,有一个变量看名字就很熟悉:callbacks,就是我们上面说的队列;在nextTick的外层定义变量就形成了一个闭包,所以我们每次调用$nextTick的过程其实就是在向callbacks新增回调函数的过程。

callbacks新增回调函数后又执行了timerFunc函数,pending用来标识同一个时间只能执行一次。那么这个timerFunc函数是做什么用的呢,我们继续来看代码:

export let isUsingMicroTask = false
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  //判断1:是否原生支持Promise
  const p = Promise.resolve()
  timerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks)
    if (isIOS) setTimeout(noop)
  }
  isUsingMicroTask = trueelse if (!isIE && typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
  isNative(MutationObserver) ||
  MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
)) {
  //判断2:是否原生支持MutationObserver
  let counter = 1
  const observer = new MutationObserver(flushCallbacks)
  const textNode = document.createTextNode(String(counter))
  observer.observe(textNode, {
    characterDatatrue
  })
  timerFunc = () => {
    counter = (counter + 1) % 2
    textNode.data = String(counter)
  }
  isUsingMicroTask = trueelse if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  //判断3:是否原生支持setImmediate
  timerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else {
  //判断4:上面都不行,直接用setTimeout
  timerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
  }
}

这里出现了好几个isNative函数,这是用来判断所传参数是否在当前环境原生就支持;例如某些浏览器不支持Promise,虽然我们使用了垫片(polify),但是isNative(Promise)还是会返回false。

可以看出这边代码其实是做了四个判断,对当前环境进行不断的降级处理,尝试使用原生的Promise.then、MutationObserver和setImmediate,上述三个都不支持最后使用setTimeout;降级处理的目的都是将flushCallbacks函数放入微任务(判断1和判断2)或者宏任务(判断3和判断4),等待下一次事件循环时来执行。MutationObserver是Html5的一个新特性,用来监听目标DOM结构是否改变,也就是代码中新建的textNode;如果改变了就执行MutationObserver构造函数中的回调函数,不过是它是在微任务中执行的。

那么flushCallbacks究竟是什么?nextTick不顾一切的要把它放入微任务或者宏任务中去执行:

function flushCallbacks () {
  pending = false
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}

它所做的事情也非常的简单,把callbacks数组复制一份,然后把callbacks置为空,最后把复制出来的数组中的每个函数依次执行一遍;所以它的作用仅仅是用来执行callbacks中的回调函数。

总结

到这里,整体nextTick的代码都分析完毕了,总结一下它的流程就是:

  1. 把回调函数放入callbacks等待执行
  2. 将执行函数放到微任务或者宏任务中
  3. 事件循环到了微任务或者宏任务,执行函数依次执行callbacks中的回调

最后,我们结合本文所讲的内容再次细品官方文档的加强理解:

Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。只要侦听到数据变化,Vue 将开启一个队列,并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据变更。如果同一个 watcher 被多次触发,只会被推入到队列中一次。这种在缓冲时去除重复数据对于避免不必要的计算和 DOM 操作是非常重要的。然后,在下一个的事件循环“tick”中,Vue 刷新队列并执行实际 (已去重的) 工作。Vue 在内部对异步队列尝试使用原生的 Promise.then、MutationObserver 和 setImmediate,如果执行环境不支持,则会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。

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