Iframe在Vue中的状态保持技术

引言

Iframe是一个历史悠久的HTML元素，根据MDN WEB DOCS官方介绍，Iframe定义为HTML内联框架元素，表示嵌套的Browsing Context，它能够将另一个HTML页面嵌入到当前页面中。Iframe可以廉价实现跨应用级的页面共享，并且具有使用简单、高兼容性、内容隔离等优点，因此以Iframe为核心形成了前端平台架构领域第1代技术。

众所周知，当Iframe在DOM中初始渲染时，会自动加载其指向的资源链接Url，并重置内部的状态。在一个典型的平台应用中，一个父应用主页面要挂载多个窗口（每一个窗口对应一个Iframe），那么如何在切换窗口时，实现每一个窗口中的状态（包括输入状态、锚点信息等）不丢失，也即“状态保持”呢？

如果采用父子应用通信来记录窗口状态，那么改造成本是非常巨大的。答案是利用Iframe的CSS Display特性，切换窗口时，非激活状态的窗口并不消失，仅是Display状态变更为none，激活状态窗口的Display状态变更为非none。在Display状态切换时，Iframe不会重新加载。在Vue应用中，一行v-show指令即可替我们实现这一需求。

竞争机制

上述的状态保持模型存在一个性能缺陷，即父应用主页面实际上要提前摆放多个Iframe窗口。即使是这些不可见的窗口，也会发出资源request请求。大量的并发请求，会导致页面性能下降。（值得一提的是，Chrome最新版本已经支持了Iframe的滚动懒加载策略，但是在此场景下，并不能改善并发请求的问题。）因此，我们需要引入资源池和竞争机制来管理多个Iframe。

引入一个容量为N的Iframe资源池来管理多开窗口，当资源池未满时，新激活的窗口可以直接插入至资源池中；当资源池已满时，资源池按照竞争策略，淘汰若干池中的窗口并丢弃，然后插入新激活的窗口至资源池中。通过调整容量N，可以限制父应用主页面上多开窗口的数量，从而限制并发请求数量，实现资源管控的目的。

Vue Patch原理探索

日前遇到了一个基于Vue应用的Iframe状态保持问题，在上述模型下，资源池不仅保存窗口对象，而且记录了每个窗口的点击激活时间。资源池使用以下竞争淘汰策略：对窗口激活时间进行先后次序排序，激活时间排序次序较前的窗口优先被淘汰。当资源池满时，会偶发池中窗口状态不能保持的问题。

在Vue中，组件是一个可复用的Vue实例，Vue 会尽可能高效地渲染元素，通常会复用已有元素而不是从头开始渲染。组件状态是否正确保持，依赖关键属性key。基于此，首先排查了Iframe组件的key属性。事实上，Iframe组件已经正确分配了唯一的Uid，此种情况可以排除。

既然不是组件复用的问题，那么在Vue内部的Diff Patch机制到底是如何运行的呢？让我们看一下Vue 2.0的源代码：

/**
 * 页面首次渲染和后续更新的入口位置，也是 patch 的入口位置 
 */
Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
  if (!prevVnode) {
    // 老 VNode 不存在，表示首次渲染，即初始化页面时走这里
    ……
  } else {
    // 响应式数据更新时，即更新页面时走这里
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
  }
}

（1）在update生命周期下，主要执行了vm.__patch__方法。

/** 
* vm.__patch__ 
* 1、新节点不存在，老节点存在，调用 destroy，销毁老节点 
* 2、如果 oldVnode 是真实元素，则表示首次渲染，创建新节点，并插入 body，然后移除老节点 
* 3、如果 oldVnode 不是真实元素，则表示更新阶段，执行 patchVnode 
*/
function patch(oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  …… // 1、新节点不存在，老节点存在，调用 destroy，销毁老节点
  if (isUndef(oldVnode)) {
    …… // 2、老节点不存在，执行创建新节点
  } else {
    // 判断 oldVnode 是否为真实元素
    const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
    if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
      // 3、不是真实元素，但是老节点和新节点是同一个节点，则是更新阶段，执行 patch 更新节点
      patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
    } else {
      ……// 是真实元素，则表示初次渲染
    }
  }
  invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
  return vnode.elm
}

（2）在__patch__方法内部，触发patchVnode方法。

function patchVnode (oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  ……
  if (isUndef(vnode.text)) {// 新节点不为文本节点
    if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {// 新旧节点的子节点都存在，执行diff递归
      if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)
    } else {
      ……
    }
  }
}

（3）在patchVnode方法内部，触发updateChildren方法。

/**
 * diff 过程:
 *  diff 优化：做了四种假设，假设新老节点开头结尾有相同节点的情况，一旦命中假设，就避免了一次循环，以提高执行效率
 *   如果不幸没有命中假设，则执行遍历，从老节点中找到新开始节点
 *   找到相同节点，则执行 patchVnode，然后将老节点移动到正确的位置
 *   如果老节点先于新节点遍历结束，则剩余的新节点执行新增节点操作
 *   如果新节点先于老节点遍历结束，则剩余的老节点执行删除操作，移除这些老节点
 */
function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  // 老节点的开始索引
  let oldStartIdx = 0
  // 新节点的开始索引
  let newStartIdx = 0
  // 老节点的结束索引
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  // 第一个老节点
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  // 最后一个老节点
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  // 新节点的结束索引
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  // 第一个新节点
  let newStartVnode = newCh[0]
  // 最后一个新节点
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm

  // 遍历新老两组节点，只要有一组遍历完（开始索引超过结束索引）则跳出循环
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      // 如果节点被移动，在当前索引上可能不存在，检测这种情况，如果节点不存在则调整索引
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      // 老开始节点和新开始节点是同一个节点，执行 patch
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      // patch 结束后老开始和新开始的索引分别加 1
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      // 老结束和新结束是同一个节点，执行 patch
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      // patch 结束后老结束和新结束的索引分别减 1
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      // 老开始和新结束是同一个节点，执行 patch
      ……
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      // 老结束和新开始是同一个节点，执行 patch
      ……
    } else {
        // 在老节点中找到新开始节点了
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          // 如果这两个节点是同一个，则执行 patch
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
          // patch 结束后将该老节点置为 undefined
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
          ……
        }
      // 老节点向后移动一个
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
  // 走到这里，说明老姐节点或者新节点被遍历完了
  ……
}

（4）咱们终于来到了主角updateChildren。在updateChildren内部实现中，使用了2套指针分别指向新旧Vnode头尾，并向中间聚拢递归，以实现新旧数据对比刷新。

在前述资源池模型下，当查找到新旧Iframe组件时，会执行如下逻辑：

if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          // 如果这两个节点是同一个，则执行 patch
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
          // patch 结束后将该老节点置为 undefined
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
}

看来出现问题的罪魁祸首是执行了nodeOps.insertBefore。在WEB的运行环境下实际上执行的是DOM的insertBefore API。那么我们移步来看看在DOM环境下，Iframe究竟是采取了何种刷新策略。

Iframe的状态刷新机制

为了更清晰地看到DOM节点的变化情况，我们可以引入MutationObserver在最新版Chrome中来观测DOM根节点。

首先设置容器节点下有两个子节点： span/ 和iframe/，分别执行以下方案并记录结果：

对比方案A：使用insertBefore在iframe节点前再插入一个新的span节点

对比方案B：使用insertBefore在iframe节点后再插入一个新的span节点

对比方案C：使用insertBefore交换span和iframe节点

对比方案D：使用insertBefore原地操作iframe自身

其结果如下：

实验结果显示，对Iframe执行insertBefore时，实际上DOM会依次执行移除、新增节点操作，导致Iframe状态刷新。

在Vuejs Issues #9473中提到了类似的问题，一种解决方案是在Vue Patch时优先对非Iframe类型元素进行DOM操作，但是目前这个优化策略尚未被采用，在Vue 3.0版本中也依然存在这个问题。

那么在资源池模型下，如何才能保证Iframe不执行insertBefore呢？重新回到Vue Patch机制下，我们发现，只有新旧Iframe在新旧Vnode列表中的相对位置保持不变时，才会只执行patchVnode方法，而不会触发insertBefore方法。

因此，采取的最终解决方案是，更改淘汰机制，将排序操作改为搜索操作，保证了多开窗口在Vue中的状态保持。