Vue3 源码中副作用渲染函数

小小小小宇
167 阅读6分钟

Vue3 源码中副作用渲染函数的详细解析

在 Vue3 的响应式系统中，副作用渲染函数（通常称为 effect 或 ReactiveEffect）是核心部分之一。它们负责追踪依赖、触发更新以及管理渲染过程。本文将深入解析 Vue3 源码中副作用渲染函数的实现原理和工作机制。

副作用函数的定义

在 Vue3 中，副作用函数主要由 ReactiveEffect 类来定义。每个副作用函数都封装了一个用户定义的函数（通常是组件的 render 函数或 watch 回调），并管理其依赖关系和执行状态。

ReactiveEffect 类


export class ReactiveEffect<T = any> {
  active: boolean = true
  deps: Array<Set<ReactiveEffect>> = []
  parent: ReactiveEffect | undefined = undefined
  fn: () => T
  scheduler: (job: ReactiveEffect) => void

  constructor(fn: () => T, scheduler?: (job: ReactiveEffect) => void) {
    this.fn = fn
    this.scheduler = scheduler || noOpScheduler
  }

  run() {
    if (!this.active) {
      return this.fn()
    }

    try {
      this.parent = activeEffect
      activeEffect = this
      return this.fn()
    } finally {
      activeEffect = this.parent
      this.parent = undefined
    }
  }

  stop() {
    if (this.active) {
      cleanupEffect(this)
      if (this.onStop) {
        this.onStop()
      }
      this.active = false
    }
  }
}

关键属性与方法

  • fn: 用户定义的副作用函数。
  • scheduler: 调度器，用于控制副作用函数的执行时机。
  • run: 执行副作用函数，并进行依赖追踪。
  • stop: 停止副作用函数的执行，并清理依赖。

依赖追踪机制

Vue3 使用了 依赖收集 和 依赖触发 的机制来管理响应式数据的变化对副作用函数的影响。

依赖收集

当副作用函数运行时，所有在其执行过程中被访问的响应式属性都会被收集为其依赖。这是通过全局变量 activeEffect 来实现的。


let activeEffect: ReactiveEffect | undefined
let targetMap: WeakMap<object, Map<string | symbol, Set<ReactiveEffect>>> = new WeakMap()

export function track(target: object, key: string | symbol) {
  if (!activeEffect) return

  let depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) {
    targetMap.set(target, (depsMap = new Map()))
  }

  let dep = depsMap.get(key)
  if (!dep) {
    depsMap.set(key, (dep = new Set()))
  }

  if (!dep.has(activeEffect)) {
    dep.add(activeEffect)
    activeEffect.deps.push(dep)
  }
}

依赖触发

当响应式属性发生变化时，会通知所有依赖它的副作用函数重新执行。


export function trigger(target: object, key: string | symbol) {
  const depsMap = targetMap.get(target)
  if (!depsMap) return

  const dep = depsMap.get(key)
  if (dep) {
    const effects = new Set(dep)
    effects.forEach(effect => {
      if (effect.scheduler) {
        effect.scheduler(effect)
      } else {
        effect.run()
      }
    })
  }
}

触发更新机制

当响应式数据发生变化时，trigger 函数会被调用，进而通知所有依赖该数据的副作用函数。Vue3 通过调度器来控制副作用函数的执行时机，以优化性能和避免不必要的重复执行。

调度器 (Scheduler)

调度器可以自定义副作用函数的执行策略。例如，可以使用微任务队列来批量执行副作用函数，从而避免同步执行带来的性能问题。


function noOpScheduler(effect: ReactiveEffect) {
  effect.run()
}

在 Vue3 中，调度器通常会将副作用函数加入一个待执行队列，并使用 Promise.resolve().then() 将其包裹，以实现异步执行。

渲染过程中的副作用管理

在组件的渲染过程中，副作用函数主要负责以下任务：

  1. 生成 VNode: 渲染函数返回虚拟节点树（VNode）。
  2. 依赖收集: 在生成 VNode 的过程中，所有的响应式数据访问都会被追踪为依赖。
  3. 更新触发: 当依赖的数据变化时，触发重新渲染。

渲染函数的执行


export function renderComponentRoot(instance: ComponentInternalInstance): VNode {
  const { render, proxy } = instance
  let vnode: VNode
  try {
    setCurrentRenderingInstance(instance)
    vnode = render.call(proxy, proxy)
  } finally {
    setCurrentRenderingInstance(null)
  }
  return vnode
}

Effect 的创建与关联

每个组件实例都会关联一个 ReactiveEffect，用于管理其渲染过程。


export function setupRenderEffect(instance: ComponentInternalInstance, container: RendererElement | null) {
  const componentUpdateFn = () => {
    if (!instance.isMounted) {
      // 首次渲染
      const vnode = renderComponentRoot(instance)
      patch(null, vnode, container, null, instance)
      instance.isMounted = true
    } else {
      // 更新渲染
      const vnode = renderComponentRoot(instance)
      patch(instance.subTree, vnode, container, null, instance)
    }
  }

  const effect = new ReactiveEffect(componentUpdateFn, () => queueJob(effect))
  instance.update = effect.run.bind(effect)
  effect.run()
}

调度器与队列机制

为了优化性能，Vue3 使用了任务队列（Job Queue）和微任务（Microtask）调度器来批量处理副作用函数的执行，避免在同一事件循环中重复执行。

队列的实现


const queue: ReactiveEffect[] = []
let isFlushing = false

export function queueJob(job: ReactiveEffect) {
  if (!queue.includes(job)) {
    queue.push(job)
    if (!isFlushing) {
      isFlushing = true
      Promise.resolve().then(flushJobs)
    }
  }
}

function flushJobs() {
  try {
    for (let i = 0; i < queue.length; i++) {
      const job = queue[i]
      job.run()
    }
  } finally {
    isFlushing = false
    queue.length = 0
  }
}

作用与优势

  • 批量更新: 多次触发的副作用函数只会执行一次。
  • 异步执行: 使用微任务队列保证副作用函数在当前任务完成后执行，避免阻塞主线程。
  • 防抖与节流: 有效减少不必要的副作用函数执行，提高性能。

优化与性能考虑

Vue3 在副作用函数的实现中引入了多种优化手段，以提升渲染性能和响应速度。

1. 依赖收集的精细化

通过 shapeFlag 等标识，Vue3 能够精准追踪响应式数据的依赖，避免不必要的依赖收集和触发。

2. 静态提升与缓存

针对静态部分的模板，Vue3 会进行静态提升，将其从渲染过程中剔除，减少渲染开销。同时，利用缓存机制避免重复创建 VNode。

3. 批量更新与队列优化

使用任务队列批量处理副作用函数，避免同步执行带来的性能问题，并确保更新的顺序性和一致性。

4. 防止无限循环

通过标记机制，Vue3 能够检测并防止副作用函数的无限递归调用，提升系统稳定性。

源码示例分析

以下是对 Vue3 源码中副作用渲染函数相关部分的示例分析，旨在帮助理解其工作原理。

示例 1: ReactiveEffect 的创建与执行


// 创建一个副作用函数
const effectFn = new ReactiveEffect(() => {
  console.log('副作用函数执行')
})

// 执行副作用函数
effectFn.run()

// 停止副作用函数
effectFn.stop()

解析:

  • 创建 ReactiveEffect 实例，并传入一个副作用函数。
  • 调用 run 方法执行副作用函数，同时进行依赖收集。
  • 调用 stop 方法停止副作用函数，并清理所有依赖。

示例 2: 在组件渲染中使用 ReactiveEffect


export function setupRenderEffect(instance: ComponentInternalInstance, container: RendererElement | null) {
  const componentUpdateFn = () => {
    if (!instance.isMounted) {
      // 初次渲染
      const vnode = renderComponentRoot(instance)
      patch(null, vnode, container, null, instance)
      instance.isMounted = true
    } else {
      // 更新渲染
      const vnode = renderComponentRoot(instance)
      patch(instance.subTree, vnode, container, null, instance)
    }
  }

  const effect = new ReactiveEffect(componentUpdateFn, () => queueJob(effect))
  instance.update = effect.run.bind(effect)
  effect.run()
}

解析:

  • 定义 componentUpdateFn，负责组件的初次渲染与更新。
  • 创建 ReactiveEffect 实例，关联 componentUpdateFn 作为副作用函数，并传入调度器 queueJob。
  • 将 effect.run 绑定到组件实例的 update 方法，用于触发渲染。
  • 初始调用 effect.run 执行渲染函数。

示例 3: 依赖追踪与触发


import { reactive, effect } from 'vue'

const state = reactive({ count: 0 })

effect(() => {
  console.log(`count is: ${state.count}`)
})

state.count++ // 触发副作用函数，输出: count is: 1

解析:

  • 使用 reactive 创建响应式对象 state。
  • 定义副作用函数，通过 effect 使其与响应式数据 state.count 建立依赖关系。
  • 修改 state.count 的值，触发副作用函数的重新执行，输出更新后的值。

总结

Vue3 的副作用渲染函数是其响应式系统的核心，负责管理组件的依赖追踪与更新。通过 ReactiveEffect 类的定义、精细的依赖收集机制、优化的触发策略以及高效的调度器，Vue3 实现了高性能的响应式渲染。此外，源码中的多种优化手段进一步提升了系统的稳定性与效率。理解这些机制对于深入掌握 Vue3 的设计理念与性能优化具有重要意义。

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