奇葩说框架之Vue3渲染系统

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前言

提到马拉松，大家都知道马拉松是世界上最长的田径项目（全程42.195公里），是所有体育运动中体力消耗最大，同时也是最磨练一个人的意志的项目。如果说你可以坚持跑完整个马拉松，那还有什么是你不可以坚持下来的呢。

同样，在我们学习研究一些优秀类库的源码时，整个过程也是枯燥乏味，亦如参加一场源码级的马拉松。那今天笔者就带着大家一起跑一场关于Vue.js 3.0渲染系统的源码解析版的马拉松，在整个过程中，笔者也会给大家提供补给站（流程图），方便大家阅读。

思考

在开始今天的文章之前，大家可以想一下：

  1. vue文件是如何转换成DOM节点，并渲染到浏览器上的？
  2. 数据更新时，整个的更新流程又是怎么样的？

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vuejs有两个阶段：编译时和运行时。

编译时

我们平常开发时写的.vue文件是无法直接运行在浏览器中的，所以在webpack编译阶段，需要通过vue-loader将.vue文件编译生成对应的js代码，vue组件对应的template模板会被编译器转化为render函数。

运行时

接下来，当编译后的代码真正运行在浏览器时，便会执行render函数并返回VNode，也就是所谓的虚拟DOM，最后将VNode渲染成真实的DOM节点。

了解完vue组件渲染的思路后，接下来让我们从Vue.js 3.0（后续简称vue3）的源码出发，深入了解vue组件的整个渲染流程是怎么样的？

准备

本文主要是分析vue3的渲染系统，为了方便调试，我们直接通过引入vue.js文件的方式进行源码调试分析。

1 . vue3源码下载

# 源码地址（推荐ssh方式下载）
https://github.com/vuejs/vue-next
# 或者下载笔者做笔记用的版本
https://github.com/AsyncGuo/vue-next/tree/vue3_notes

2 . 生成vue.global.js文件

npm run dev
# bundles .../vue-next/packages/vue/src/index.ts → packages/vue/dist/vue.global.js...
# created packages/vue/dist/vue.global.js in 2.8s

3 . 启动开发环境

npm run serve

4 . 测试代码

<!-- 调试代码目录：/packages/vue/examples/test.html -->

<script src="./../dist/vue.global.js"></script>

<div id="app">
  <div>static node</div>
  <div>{{title}}</div>
  <button @click="add">click</button>
  <Item :msg="title"/>
</div>

<script>
  const Item = {
    props: ['msg'],
    template: `<div>{{ msg }}</div>`
  }
  const app = Vue.createApp({
    components: {
      Item
    },
    setup() {
      return {
        title: Vue.ref(0)
      }
    },
    methods: {
      add() {
        this.title += 1
      }
    },
  })

  app.mount('#app')
</script>

创建应用

从上面的测试代码，我们会发现vue3和vue2的挂载方式是不同的，vue3是通过createApp这个入口函数进行应用的创建。接下来我们来看下createApp的具体实现：

// 入口文件: /vue-next/packages/runtime-dom/src/index.ts
const createApp = ((...args) => {
  console.log('createApp入参:', ...args);
  // 创建应用
  const app = ensureRenderer().createApp(...args);
  const { mount } = app;
  // 重写mount
  app.mount = (containerOrSelector) => {
    // ...
  };
  return app;
});

ensureRenderer

首先通过ensureRenderer创建web端的渲染器，我们来看下具体实现：


// 更新属性的方法
const patchProp = () => {
 // ...
}
// 操作DOM的方法
const nodeOps = {
  insert: (child, parent, anchor) => {
    parent.insertBefore(child, anchor || null)
  },
  remove: child => {
    const parent = child.parentNode
    if (parent) {
      parent.removeChild(child)
    }
  },
  ...
}
// web端的渲染器所需的参数设置
const rendererOptions = extend({ patchProp }, nodeOps);
let renderer;
// 延迟创建renderer
function ensureRenderer() {
  return (renderer || (renderer = createRenderer(rendererOptions)));
}

在这里可以看出，通过延迟创建渲染器，当我们只依赖响应式包的情况下，可以通过tree-shaking移除渲染相关的代码，大大减少包的体积。

createRenderer

通过ensureRenderer可以看出，真正的入口是这个createRenderer方法：

// /vue-next/packages/runtime-core/src/renderer.ts
export function createRenderer(options) {
  return baseCreateRenderer(options)
}

function baseCreateRenderer(options, createHydrationFns) {
  // 通用的DOM操作方法
  const {
    insert: hostInsert,
    remove: hostRemove,
    ...
  } = options

  // =======================
  // 渲染的核心流程
  // 通过闭包缓存内敛函数
  // =======================

  const patch = () => {}  // 核心diff过程
  const processElement = () => {} // 处理element
  const mountElement = () => {} // 挂载element
  const mountChildren = () => {} // 挂载子节点
  const processFragment = () => {} // 处理fragment节点
  const processComponent = () => {} // 处理组件
  const mountComponent = () => {} // 挂载组件
  const setupRenderEffect = () => {}  // 运行带副作用的render函数
  const render = () => {} // 渲染挂载流程
  // ...

  // =======================
  // 2000+行的内敛函数
  // =======================

  return {
    render,
    hydrate, // 服务端渲染相关
    createApp: createAppAPI(render, hydrate)
  }
}

接下来我们先跳过这些内敛函数的实现（后面的渲染流程用到时，我们再具体分析），来看下createAppAPI的具体实现：

createAppAPI

function createAppAPI(render, hydrate) {
  // 真正创建app的入口
  return function createApp(rootComponent, rootProps = null) {
    // 创建vue应用上下文
    const context = createAppContext();
    // 已安装的vue插件
    const installedPlugins = new Set();
    let isMounted = false;
    const app = (context.app = {
      _uid: uid++,
      _component: rootComponent, // 根组件
      use(plugin, ...options) {
        // ...
       return app
      },
      mixin(mixin) {},
      component(name, component) {},
      directive(name, directive) {},
      mount(rootContainer) {},
      unmount() {},
      provide(key, value) {}
    });
    return app;
  };
}

可以看出，createAppAPI返回的createApp函数才是真正创建应用的入口。在createApp里会创建vue应用的上下文，同时初始化app，并绑定应用上下文到app实例上，最后返回app。

这里有个值得注意的点：app对象上的use、mixin、component和directive方法都返回了app应用实例，开发者可以链式调用。

// 一直use一直爽
createApp(App).use(Router).use(Vuex).component('component',{}).mount("#app")

到此app应用实例已经创建好了～，打印查看下创建的app应用： 总结一下创建app应用实例的过程：

  1. 创建web端对应的渲染器（延迟创建，tree-shaking）
  2. 执行baseCreateRenderer方法（通过闭包缓存内敛函数，后续挂载阶段的主流程）
  3. 执行createAppAPI方法（1. 创建应用上下文；2. 创建app并返回）

创建应用

挂载阶段

接下来，当我们执行app.mount时，便会开始挂载组件。而我们调用的app.mount则是重写后的mount方法：

const createApp = ((...args) => {
  // ...
  const { mount } = app; // 缓存原始的mount方法
  // 重写mount
  app.mount = (containerOrSelector) => {
    // 获取容器
    const container = normalizeContainer(containerOrSelector);
    if (!container) return;
    const component = app._component;
    // 判断如果传入的根组件不是函数&根组件没有render函数&没有template，就把容器的内容设置为根组件的template
    if (!isFunction(component) && !component.render && !component.template) {
      component.template = container.innerHTML;
    }
    // 清空容器内容
    container.innerHTML = '';
    // 执行缓存的mount方法
    const proxy = mount(container, false, container);
    return proxy;
  };
  return app;
});

执行完web端重写的mount方法后，才是真正挂载组件的开始，即调用createAppAPI返回的app应用上的mount方法：

function createAppAPI(render, hydrate) {
  // 真正创建app的入口
  return function createApp(rootComponent, rootProps = null) {
    // ...
    const app = (context.app = {
      // 挂载根组件
      mount(rootContainer, isHydrate, isSVG) {
        if (!isMounted) {
          // 创建根组件对应的vnode
          const vnode = createVNode(rootComponent, rootProps);
          // 根级vnode存在应用上下文
          vnode.appContext = context;
          // 将虚拟vnode节点渲染成真实节点，并挂载
          render(vnode, rootContainer, isSVG);
          isMounted = true;
          // 记录应用的根组件容器
          app._container = rootContainer;
          rootContainer.__vue_app__ = app;
          app._instance = vnode.component;
          return vnode.component.proxy;
        }
      }
    });
    return app;
  };
}

总结一下，mount方法主要做了什么呢？

  1. 创建根组件对应的vnode
  2. 根组件vnode绑定应用上下文context
  3. 渲染vnode成真实节点，并挂载
  4. 记录挂载状态

细心的同学可能已经发现了，这里的mount方法是一个标准的跨平台渲染流程，抽象vnode，然后通过rootContainer实现特定平台的渲染，例如在浏览器环境下，它就是一个DOM对象，在其他平台就是其他特定的值。这也就是为什么我们在调用runtime-dom包的creataApp方法时，重写mount方法，完善不同平台的渲染逻辑。

创建vnode

提到vnode，可能更多人会和高性能联想到一起，误以为vnode的性能就一定比手动操作DOM的高，其实不然。vnode的底层同样是要操作DOM，相反如果vnode的patch过程过长，同样会导致页面的卡顿。而vnode的提出则是对原生DOM的抽象，在跨平台设计的处理上会起到一定的抽象化。例如：服务端渲染、小程序端渲染、weex平台...

接下来，我们来看下创建vnode的过程：

function _createVNode(
  type,
  props,
  children,
  patchFlag,
  ...
): VNode {
  // 规范化class & style
  // 例如：class=[]、class={}、style=[]等格式，需规范化
  if (props) {
    // ...
  }

  // 获取vnode类型
 const shapeFlag = isString(type)
    ? 1 /* ELEMENT */
    : isSuspense(type)
        ? 128 /* SUSPENSE */
        : isTeleport(type)
            ? 64 /* TELEPORT */
            : isObject(type)
                ? 4 /* STATEFUL_COMPONENT */
                : isFunction(type)
                    ? 2 /* FUNCTIONAL_COMPONENT */
                    : 0;

  return createBaseVNode()
}
function createBaseVNode(
 type, 
  props = null, 
  children = null,
  ...
) {
  // vnode的默认结构
  const vnode = {
    __v_isVNode: true, // 是否为vnode
    __v_skip: true, // 跳过响应式数据化
    type, // 创建vnode的第一个参数
    props, // DOM参数
    children,
    component: null, // 组件实例（instance），通过createComponentInstance创建
    shapeFlag, // 类型标记，在patch阶段，通过匹配shapeFlag进行相应的渲染过程
    ...
  };

  // 标准化子节点
  if (needFullChildrenNormalization) {
   normalizeChildren(vnode, children);
  }

  // 收集动态子代节点或子代block到父级block tree
  if (isBlockTreeEnabled > 0 &&
      !isBlockNode &&
      currentBlock &&
      (vnode.patchFlag > 0 || shapeFlag & 6 /* COMPONENT */) &&
      vnode.patchFlag !== 32 /* HYDRATE_EVENTS */) {
    currentBlock.push(vnode);
  }
  return vnode;
}

通过上面的代码，我们可以总结一下，创建vnode阶段都做了什么：

  1. 规范化class & style（例如：class=[]、class={}、style=[]等格式）
  2. 标记vnode的类型shapeFlag，即根组件对应的vnode类型（type即为根组件rootComponent，此时根组件为对象格式，所以shapeFlag即为4）
  3. 标准化子节点（初始化时，children为空）
  4. 收集动态子代节点或子代block到父级block tree（这里便是vue3引入的新概念：block tree，篇幅有限，本文就不展开陈述了）

这里，我们可以打印查看一下此时根组件对应的vnode结构：

vnode结构

渲染vnode

通过createVNode获取到根组件对应的vnode，然后执行render方法，而这里的render函数便是baseCreateRenderer通过闭包缓存的render函数：

// 实际调用的render方法即为baseCreateRenderer方法中缓存的render方法
function baseCreateRenderer() {
  const render = (vnode, container) => {
    if (vnode == null) {
      if (container._vnode) {
        // 卸载组件
        unmount()
      }
    } else {
      // 正常挂载
      patch(container._vnode || null, vnode, container)
    }
  }
}
  1. 当传入的vnode为null&存在老的vnode，则进行卸载组件
  2. 否则，正常挂载
  3. 挂载完成后，批量执行组件生命周期
  4. 绑定vnode到容器上，以便后续更新阶段通过新旧vnode进行patch

⚠️：接下来，整个渲染过程将会在baseCreateRenderer这个核心函数的内敛函数中执行～

patch

接下来，我们来看下render过程中的patch函数的实现：

const patch = (
  n1, // 旧的vnode
  n2, // 新的vnode
  container, // 挂载的容器
  ...
) => {
  // ...
  const { type, ref, shapeFlag } = n2
  switch (type) {
    case Text:
      // 处理文本
      processText(n1, n2, container, anchor)
      break
    case Comment:
      // 注释节点
      processCommentNode(n1, n2, container, anchor)
      break
    case Static:
      // 静态节点
      if (n1 == null) {
        mountStaticNode(n2, container, anchor, isSVG)
      }
      break
    case Fragment:
      // fragment节点
      processFragment(n1, n2, container, ...)
      break
    default:
      if (shapeFlag & 1 /* ELEMENT */) { // 处理DOM元素
        processElement(n1, n2, container, ...);
      }
      else if (shapeFlag & 6 /* COMPONENT */) { // 处理组件
        processComponent(n1, n2, container, ...);
      }
      else if (shapeFlag & 64 /* TELEPORT */) {
        type.process(n1, n2, container, ...);
      }
      else if (shapeFlag & 128 /* SUSPENSE */) {
        type.process(n1, n2, container, ...);
      }
  }
}

分析patch函数，我们会发现patch函数会通过判断type和shapeFlag的不同来走不同的处理逻辑，今天我们主要分析组件类型和普通DOM元素的处理。

processComponent

初始化渲染时，type为object并且shapeFlag对应的值为4(位运算4 & 6)，即对应processComponent组件的处理方法：

const processComponent = (n1, n2, container, ...) => {
  if (n1 == null) {
    if (n2.shapeFlag & 512 /* COMPONENT_KEPT_ALIVE */) {
      // 激活组件（已缓存的组件）
      parentComponent.ctx.activate(n2, container, ...);
    }
    else {
      // 挂载组件
      mountComponent(n2, container, ...);
    }
  }
  else {
    // 更新组件
    updateComponent(n1, n2, optimized);
  }
};

如果n1为null，则执行挂载组件；否则更新组件。

mountComponent

接下来我们继续看挂载组件的mountComponent函数的实现：


const mountComponent = (initialVNode, container, ...) => {
  // 1. 创建组件实例
  const instance = (
    // 这个时候就把组件实例挂载到了组件vnode的component属性上了
    initialVNode.component = createComponentInstance(initialVNode, parentComponent, parentSuspense)
  );
  // 2. 设置组件实例
  setupComponent(instance);
  // 3. 设置并运行带有副作用的渲染函数
  setupRenderEffect(instance, initialVNode, container,...);
};

省略掉无关主流程的代码后，可以看到，mountComponent函数主要做了三件事：

1 . 创建组件实例

function createComponentInstance(vnode, parent, suspense) {
  const type = vnode.type;
  // 绑定应用上下文
  const appContext = (parent ? parent.appContext : vnode.appContext) || emptyAppContext;
  // 组件实例的默认值
  const instance = {
    uid: uid$1++, //组件唯一id
    vnode, // 当前组件的vnode
    type, // vnode节点类型
    parent, // 父组件的实例instance
    appContext, // 应用上下文
    root: null, // 根实例
    next: null, // 当前组件mounted时，为null，将设置为instance.vnode，下次update时，将执行updateComponentPreRender
    subTree: null, // 组件的渲染vnode，由组件的render函数生成，创建后同步
    update: null, // 组件内容挂载或更新到视图的执行回调，创建后同步
    scope: new EffectScope(true /* detached */),
    render: null, // 组件的render函数，在setupStatefulComponent阶段赋值
    proxy: null, // 是一个proxy代理ctx字段，内部使用this时，指向它
    // local resovled assets
    // resolved props and emits options
    // emit
    // props default value
    // inheritAttrs
    // state
    // suspense related
    // lifecycle hooks
  };
  {
    instance.ctx = createDevRenderContext(instance);
  }
  instance.root = parent ? parent.root : instance;
  instance.emit = emit.bind(null, instance);
  return instance;
}

createComponentInstance函数主要是初始化组件实例并返回，打印查看下根组件对应的instance内容：

instance内容

2 . 设置组件实例

function setupComponent(instance, isSSR = false) {
  const { props, children } = instance.vnode;
  // 判断是否为状态组件
  const isStateful = isStatefulComponent(instance);
  // 初始化组件属性、slots
  initProps(instance, props, isStateful, isSSR);
  initSlots(instance, children);

  // 当状态组件时，挂载setup信息
  const setupResult = isStateful
    ? setupStatefulComponent(instance, isSSR)
    : undefined;
  return setupResult;
}

setupComponent的逻辑也很简单，首先初始化组件props和slots挂载到组件实例instance上，然后根据组件类型vnode.shapeFlag===4，判断是否挂载setup信息（也就是vue3的composition api）。

function setupStatefulComponent(instance, isSSR) {
  const Component = instance.type;
  // 创建渲染上下文的属性访问缓存
  instance.accessCache = Object.create(null);
  // 创建渲染上下文代理
  instance.proxy = markRaw(new Proxy(instance.ctx, PublicInstanceProxyHandlers));
  const { setup } = Component;
  // 判断组件是否存在setup
  if (setup) {
    // 判断setup是否有参数，有的话，创建setup上下文并挂载组件实例
    // 例如：setup(props) => {}
    const setupContext = (instance.setupContext =
                          setup.length > 1 ? createSetupContext(instance) : null);
    // 执行setup函数
    const setupResult = callWithErrorHandling(setup, instance, 0 /* SETUP_FUNCTION */, [shallowReadonly(instance.props) , setupContext]);
    handleSetupResult(instance, setupResult, isSSR);
  }
  else {
    finishComponentSetup(instance, isSSR);
  }
}

判断组件是否设置了setup函数：

  1. 若设置了setup函数，则执行setup函数，并判断其返回值的类型。若返回值类型为函数时，则设置组件实例render的值为setupResult，否则作为组件实例setupState的值
function handleSetupResult(instance, setupResult, isSSR) {
  // 判断setup返回值类型
  if (isFunction(setupResult)) {
    // 返回值为函数时，则当作组件实例的render方法
    instance.render = setupResult;
  }
  else if (isObject(setupResult)) {
    // 返回值为对象时，则当作组件实例的setupState
    instance.setupState = proxyRefs(setupResult);
  }
  else if (setupResult !== undefined) {
    warn$1(`setup() should return an object. Received: ${setupResult === null ? 'null' : typeof setupResult}`);
  }
  finishComponentSetup(instance, isSSR);
}

2 . 设置组件实例的render方法，分析finishComponentSetup函数，render函数有三种设置方式： 3 . 若setup返回值为函数类型，则instance.render = setupResult 4 . 若组件存在render方法，则instance.render = component.render 5 . 若组件存在template模板，则instance.render = compile(template）

组件实例的render优化级：instance.render = setup() || component.render || compile(template）

function finishComponentSetup(instance, ...) {
  const Component = instance.type;
  // 绑定render方法到组件实例上
  if (!instance.render) {
    if (compile && !Component.render) {
      const template = Component.template;
      if (template) {
        // 通过编译器编译template，生成render函数
        Component.render = compile(template, ...);
      }
    }
    instance.render = (Component.render || NOOP);
  }
  // support for 2.x options
  ...
}

设置完组件后，我们可以再查看下instance的内容有发生什么变化：

设置组件后的instance

这个时候组件实例instance的data、proxy、render、setupState已经绑定上了初始值。

3 . 设置并运行带有副作用的渲染函数

const setupRenderEffect = (instance, initialVNode, container, ...) => {
  // 创建响应式的副作用函数
  const componentUpdateFn = () => {
    // 首次渲染
    if (!instance.isMounted) {
      // 渲染组件生成子树vnode
      const subTree = (instance.subTree = renderComponentRoot(instance));
      patch(null, subTree, container, ...);
      initialVNode.el = subTree.el;
      instance.isMounted = true;
    }
    else {
      // 更新
    }
  };
  // 创建渲染effcet
  const effect = new ReactiveEffect(
    componentUpdateFn, 
    () => queueJob(instance.update), 
    instance.scope // track it in component's effect scope
  );
  const update = (instance.update = effect.run.bind(effect));
  update.id = instance.uid;
  update();
};

接下来继续执行setupRenderEffect函数，首先会创建渲染effect（响应式系统还包括其他副作用：computed effect、watch effect），并绑定副作用执行函数到组件实例的update属性上（更新流程会再次触发update函数），并立即执行update函数，触发首次更新。

function renderComponentRoot(instance) {
  const { proxy, withProxy, render, ... } = instance;
  let result;
  try {
    const proxyToUse = withProxy || proxy;
    // 执行实例的render方法，返回vnode，然后再标准化vnode
    // 执行render方法时，会调用proxyToUse，即会触发PublicInstanceProxyHandlers的get
    result = normalizeVNode(render.call(proxyToUse, proxyToUse, ...));
  }

  return result;
}

此时，renderComponentRoot函数会执行实例的render方法，即setupComponent阶段绑定在实例render方法上的函数，同时标准化render返回的vnode并返回，作为子树vnode。

同样我们可以打印查看一下子树vnode的内容：

sub tree

此时，可能有些同学开始疑惑了，为什么会有两颗vnode树呢？这两颗vnode树又有什么区别呢？

1 . initialVNode

initialVNode就是组件的vnode，即描述整个组件对象的，组件vnode会定义一些和组件相关的属性：data、props、生命周期等。通过渲染组件vnode，生成子树vnode。

2 . sub tree

子树vnode是通过组件vnode的render方法生成的，其实也就是对组件模板template的描述，即真正要渲染到浏览器的DOM vnode。

生成subTree后，接下来就继续通过patch方法，把subTree节点挂载到container上。接下来，我们继续往下分析，大家可以看下上面subTree的截图：subTree的type值为Fragment，回忆下patch方法的实现：

const patch = (
  n1, // 旧的vnode
  n2, // 新的vnode
  container, // 挂载的容器
  ...
) => {
  const { type, ref, shapeFlag } = n2
  switch (type) {
    case Fragment:
      // fragment节点
      processFragment(n1, n2, container, ...)
      break
    default:
      // ...
  }
}

Fragment也就是vue3提到的新特性之一，在vue2中，是不支持多根节点组件，而vue3则是正式支持的。细想一下，其实还是单个根节点组件，只是vue3的底层用Fragment包裹了一层。我们再看下processFragment的实现：

const processFragment = (n1, n2, container, ...) => {
  // 创建碎片开始、结束的文本节点
  const fragmentStartAnchor = (n2.el = n1 ? n1.el : hostCreateText(''));
  const fragmentEndAnchor = (n2.anchor = n1 ? n1.anchor : hostCreateText(''));

  if (n1 == null) {
    hostInsert(fragmentStartAnchor, container, anchor);
    hostInsert(fragmentEndAnchor, container, anchor);
    // 挂载子节点数组
    mountChildren(n2.children, container, ...);
  } else {
    // 更新
  }
};

接下来继续挂载子节点数组：

const mountChildren = (children, container, ...) => {
  for (let i = start; i < children.length; i++) {
    const child = (children[i] = optimized
                   ? cloneIfMounted(children[i])
                   : normalizeVNode(children[i]));
    patch(null, child, container, ...);
  }
};

遍历子节点，patch每个子节点，根据child节点的type递归处理。接下来，我们主要看下type为ELEMENT类型的DOM元素，即processElement：

const processElement = (n1, n2, container, ...) => {
  if (n1 == null) {
    // 挂载DOM元素
    mountElement(n2, container,...)
  } else {
    // 更新
  }
}
const mountElement = (vnode, container, ...) => {
  let el;
  let vnodeHook;
  const { type, props, shapeFlag, ... } = vnode;
  {
    // 创建DOM节点，并绑定到当前vnode的el上
    el = vnode.el = hostCreateElement(vnode.type, ...);
  }
  // 插入父级节点
  hostInsert(el, container, anchor);
};

创建DOM节点，并挂载到vnode.el上，然后把DOM节点挂载到container中，继续递归其他vnode的处理，最后挂载整个vnode到浏览器视图中，至此完成vue3的首次渲染整个流程。mountElement方法中提到到hostCreateElement、hostInsert也就是在最开始创建渲染器时传入的参数对应的处理方法，也就完成整个跨平台的初次渲染流程。

初次渲染流程

更新流程

分析完vue3首次渲染的整个流程后，那么在数据更新后，vue3又是怎么更新渲染呢？接下来分析更新流程阶段就要涉及到vue3的响应式系统的知识了（由于篇幅有限，我们不会展开更多响应式的知识，大家可以持续关注我们的公众号，期待后续篇章的更加详细的分析）。

依赖收集

回忆下在首次渲染时的设置组件实例setupComponent阶段会创建渲染上下文代理，而在生成subTree阶段，会通过renderComponentRoot函数，执行组件vnode的render方法，同时会触发渲染上下文代理的PublicInstanceProxyHandlers的get，从而实现依赖收集。

function setupStatefulComponent(instance, isSSR) {
  ...
  // 创建渲染上下文代理
  instance.proxy = markRaw(new Proxy(instance.ctx, PublicInstanceProxyHandlers));
}
function renderComponentRoot(instance) {
  const proxyToUse = withProxy || proxy;
  // 执行render方法时，会调用proxyToUse，即会触发PublicInstanceProxyHandlers的get
  result = normalizeVNode(
    render.call(proxyToUse, proxyToUse, ...)
  );
  return result;
}

我们可以查看下此时组件vnode的render方法的内容：

render

或者打印查看render方法内容：

(function anonymous() {
const _Vue = Vue
const { createVNode: _createVNode, createElementVNode: _createElementVNode } = _Vue

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createElementVNode("div", null, "static node", -1 /* HOISTED */)
const _hoisted_2 = ["onClick"]

return function render(_ctx, _cache) {
  with (_ctx) {
    const { createElementVNode: _createElementVNode, toDisplayString: _toDisplayString, resolveComponent: _resolveComponent, createVNode: _createVNode, Fragment: _Fragment, openBlock: _openBlock, createElementBlock: _createElementBlock } = _Vue

    const _component_item = _resolveComponent("item")

    return (_openBlock(), _createElementBlock(_Fragment, null, [
      _hoisted_1,
      _createElementVNode("div", null, _toDisplayString(title), 1 /* TEXT */),
      _createElementVNode("button", { onClick: add }, "click", 8 /* PROPS */, _hoisted_2),
      _createVNode(_component_item, { msg: title }, null, 8 /* PROPS */, ["msg"])
    ], 64 /* STABLE_FRAGMENT */))
  }
}
})

仔细观察render的第一个参数_ctx，即传入的渲染上下文代理proxy，当访问title字段时，就会触发PublicInstanceProxyHandlers的get方法，那PublicInstanceProxyHandlers的逻辑又是怎么呢？

// 代理渲染上下文的handler实现
const PublicInstanceProxyHandlers = {
  get({ _: instance }, key) {
    const { ctx, setupState, data, props, accessCache, type, appContext } = instance;
    let normalizedProps;
    // key值不以$开头的属性
    if (key[0] !== '$') {
      // 优先从缓存中判断当前属性需要从哪里获取
      // 性能优化：缓存属性应该根据哪种类型获取，避免每次都触发hasOwn的开销
      const n = accessCache[key];
      if (n !== undefined) {
        switch (n) {
          case 0 /* SETUP */:
            return setupState[key];
          case 1 /* DATA */:
            return data[key];
          case 3 /* CONTEXT */:
            return ctx[key];
          case 2 /* PROPS */:
            return props[key];
            // default: just fallthrough
        }
      }
      // 获取属性值的顺序：setupState => data => props => ctx => 取值失败
      else if (setupState !== EMPTY_OBJ && hasOwn(setupState, key)) {
        accessCache[key] = 0 /* SETUP */;
        return setupState[key];
      }
      else if (data !== EMPTY_OBJ && hasOwn(data, key)) {
        accessCache[key] = 1 /* DATA */;
        return data[key];
      }
      else if (
        (normalizedProps = instance.propsOptions[0]) &&
        hasOwn(normalizedProps, key)) {
        accessCache[key] = 2 /* PROPS */;
        return props[key];
      }
      else if (ctx !== EMPTY_OBJ && hasOwn(ctx, key)) {
        accessCache[key] = 3 /* CONTEXT */;
        return ctx[key];
      }
      else if (shouldCacheAccess) {
        accessCache[key] = 4 /* OTHER */;
      }
    }
  },
  set() {},
  has() {}
};

接下来我们以key为title的例子简单介绍下get的逻辑：

  1. 首先判断key值是否已$开头，明显title走否的逻辑
  2. 再看accessCache缓存中是否存在

性能优化：缓存属性应该根据哪种类型获取，避免每次都触发hasOwn的开销 3. 最后再按照顺序获取：setupState => data => props => ctx``PublicInstanceProxyHandlers的set和has的处理逻辑，同样以这个顺序处理 4. 若存在时，先设置缓存accessCache，再从setupState中获取title对应的值

重点来了，当访问setupState.title时，触发proxy的get的流程会有两个阶段：

  1. 首先触发setupState对应的proxy的get，然后获取title的值，判断其是否为Ref？
  2. 是：继续获取ref.value，即触发ref类型的依赖收集流程
  3. 否：直接返回，即为普通数据类型，不进行依赖收集
// 设置组件实例时会设置setupState的代理prxoy
// 设置流程：setupComponent=>setupStatefulComponent=>handleSetupResult
instance.setupState = proxyRefs(setupResult)

export function proxyRefs(objectWithRefs) {
  return isReactive(objectWithRefs)
    ? objectWithRefs
    : new Proxy(objectWithRefs, {
        get: (target, key, receiver) => {
          return unref(Reflect.get(target, key, receiver))
        },
        set: (target, key, value, receiver) => {}
      })
}

export function unref(ref) {
  return isRef(ref) ? ref.value : ref
}

2 . 访问ref.value时，触发ref的依赖收集。那我们先来分析Vue.ref()的实现逻辑又是什么呢？

// 调用Vue.ref(0)，从而触发createRef的流程
// 省略其他无关代码
function ref(value) {
  return createRef(value, false)
}
function createRef(rawValue) {
  return new RefImpl(rawValue, false)
}
// ref的实现
class RefImpl {
  constructor(value) {
    this._rawValue = toRaw(value)
    this._value = toReactive(value)
  }

  get value() {
    trackRefValue(this)
    return this._value
  }
}
function trackRefValue(ref) {
  if (isTracking()) {
    if (!ref.dep) {
      ref.dep = new Set()
    }
    // 添加副作用，进行依赖收集
    dep.add(activeEffect)
    activeEffect.deps.push(dep)
  }
}

分析ref的实现，会发现当访问ref.value时，会触发RefImpl实例的value方法，从而触发trackRefValue，进行依赖收集dep.add(activeEffect)。那这时的activeEffect又是谁呢？

回忆下setupRenderEffect阶段的实现：

const setupRenderEffect = (instance, initialVNode, container, ...) => {
  // 创建响应式的副作用函数
  const componentUpdateFn = () => {};
  // 创建渲染effcet
  const effect = new ReactiveEffect(
    componentUpdateFn, 
    () => queueJob(instance.update), 
    instance.scope
  );
  const update = (instance.update = effect.run.bind(effect));
  update();
};

// 创建effect类的实现
class ReactiveEffect {
  run() {
    try {
      effectStack.push((activeEffect = this))
      // ...
      return this.fn()
    } finally {}
  }
}

当执行update函数时（即渲染effect实例的run方法），从而设置全局activeEffect为当前渲染effect，也就是说此时dep.add(activeEffect)收集的activeEffect就是这个渲染effect，从而实现了依赖收集。

我们可以打印一下setupState的内容，验证一下我们的分析：

setupState

通过截图，我们可以看到此时title收集的副作用就是渲染effect，细心的同学就发现了截图中的fn方法就是componentUpdateFn函数，执行fn()继续挂载children。

依赖收集流程图

派发更新

分析完依赖收集阶段，我们再看下，vue3又是如何进行派发更新呢？

当我们点击按钮执行this.title += 1时，同样会触发PublicInstanceProxyHandlers的set方法，而set的触发顺序同样和get一致：setupState=>data=>其他不允许修改的判断（例如：props、$开头的保留字段）

// 代理渲染上下文的handler实现
const PublicInstanceProxyHandlers = {
  set({ _: instance }, key, value) {
    const { data, setupState, ctx } = instance;
    // 1. 更新setupState的属性值
    if (setupState !== EMPTY_OBJ && hasOwn(setupState, key)) {
      setupState[key] = value;
    }
    // 2. 更新data的属性值
    else if (data !== EMPTY_OBJ && hasOwn(data, key)) {
      data[key] = value;
    }
    // ...
    return true;
  }
};

设置setupState[key]从而继续触发setupState的set方法：

const shallowUnwrapHandlers: ProxyHandler<any> = {
  set: (target, key, value, receiver) => {
    const oldValue = target[key]
    // oldValue为ref类型&value不是ref时执行
    if (isRef(oldValue) && !isRef(value)) {
      oldValue.value = value
      return true
    } else {
      // 否则，直接返回
      return Reflect.set(target, key, value, receiver)
    }
  }
}

当设置oldValue.value的值时继续触发ref的set方法，判断ref是否存在dep，执行副作用effect.run()，从而派发更新，完成更新流程。

class RefImpl{
  set value(newVal) {
    newVal = this._shallow ? newVal : toRaw(newVal)
    if (hasChanged(newVal, this._rawValue)) {
      this._rawValue = newVal
      this._value = this._shallow ? newVal : toReactive(newVal)
      triggerRefValue(this, newVal)
    }
  }
}

// 判断ref是否存在依赖，从而派发更新
function triggerRefValue(ref) {
  ref = toRaw(ref)
  if (ref.dep) {
    triggerEffects(ref.dep)
  }
}
// 派发更新
function triggerEffects(dep) {
  for (const effect of isArray(dep) ? dep : [...dep]) {
    if (effect !== activeEffect || effect.allowRecurse) {
      // 执行副作用
      effect.run()
    }
  }
}

派发更新流程图

总结

综上，我们分析完了vue3的整个渲染过程和更新流程，当然我们只是从主要的渲染流程分析，完整的渲染过程的复杂度不止于此，比如基于block tree的优化实现，patch阶段的diff优化以及在更新流程中的响应式阶段的优化又是怎样的等细节。感兴趣的同学可以自己分析学习或者关注我们公众号的后续分析。

本文的初衷便是给大家提供分析vue3整个渲染过程的轮廓，有了整体的印象，再去分析了解更加细节的点的时候，也会更有思路和方向。

最后，附一张完整的渲染流程图，与君共享。

整个渲染流程图

参考资料

[1] Vue.js 3.0源码地址: https://github.com/vuejs/vue-next

[2]细说 Vue.js 3.2 关于响应式部分的优化: https://zhuanlan.zhihu.com/p/401416696

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