简单、好懂的Svelte实现原理

大家好，我卡颂。

Svelte问世很久了，一直想写一篇好懂的原理分析文章，拖了这么久终于写了。

本文会围绕一张流程图和两个Demo讲解，正确的食用方式是用电脑打开本文，跟着流程图、Demo一边看、一边敲、一边学。

让我么开始吧。

Demo1

Svelte的实现原理如图：

图中Component是开发者编写的组件，内部虚线部分是由Svelte编译器编译而成的。图中的各个箭头是运行时的工作流程。

首先来看编译时，考虑如下App组件代码：

<h1>{count}</h1>

<script>
  let count = 0;
</script>

完整代码见Demo1 repl

浏览器会显示：

这段代码经由编译器编译后产生如下代码，包括三部分：

• create_fragment方法
• count的声明语句
• class App的声明语句

// 省略部分代码…
function create_fragment(ctx) {
  let h1;

  return {
    c() {
      h1 = element("h1");
      h1.textContent = `${count}`;
    },
    m(target, anchor) {
      insert(target, h1, anchor);
    },
    d(detaching) {
      if (detaching) detach(h1);
    }
  };
}

let count = 0;

class App extends SvelteComponent {
  constructor(options) {
    super();
    init(this, options, null, create_fragment, safe_not_equal, {});
  }
}

export default App;

create_fragment

首先来看create_fragment方法，他是编译器根据App的UI编译而成，提供该组件与浏览器交互的方法，在上述编译结果中，包含3个方法：

• c，代表create，用于根据模版内容，创建对应DOM Element。例子中创建H1对应DOM Element：

h1 = element("h1");
h1.textContent = `${count}`;

• m，代表mount，用于将c创建的DOM Element插入页面，完成组件首次渲染。例子中会将H1插入页面：

insert(target, h1, anchor);

insert方法会调用target.insertBefore：

function insert(target, node, anchor) {
  target.insertBefore(node, anchor || null);
}

• d，代表detach，用于将组件对应DOM Element从页面中移除。例子中会移除H1：

if (detaching) detach(h1);

detach方法会调用parentNode.removeChild：

function detach(node) {
  node.parentNode.removeChild(node);
}

仔细观察流程图，会发现App组件编译的产物没有图中fragment内的p方法。

这是因为App没有变化状态的逻辑，所以相应方法不会出现在编译产物中。

可以发现，create_fragment返回的c、m方法用于组件首次渲染。那么是谁调用这些方法呢？

SvelteComponent

每个组件对应一个继承自SvelteComponent的class，实例化时会调用init方法完成组件初始化，create_fragment会在init中调用：

class App extends SvelteComponent {
  constructor(options) {
    super();
    init(this, options, null, create_fragment, safe_not_equal, {});
  }
}

总结一下，流程图中虚线部分在Demo1中的编译结果为：

• fragment：编译为create_fragment方法的返回值
• UI：create_fragment返回值中m方法的执行结果
• ctx：代表组件的上下文，由于例子中只包含一个不会改变的状态count，所以ctx就是count的声明语句

可以改变状态的Demo

现在修改Demo，增加update方法，为H1绑定点击事件，点击后count改变：

<h1 on:click="{update}">{count}</h1>

<script>
  let count = 0;
  function update() {
    count++;
  }
</script>

完整代码见Demo2 repl

编译产物发生变化，ctx的变化如下：

// 从module顶层的声明语句
let count = 0;

// 变为instance方法
function instance($$self, $$props, $$invalidate) {
  let count = 0;

  function update() {
    $$invalidate(0, count++, count);
  }

  return [count, update];
}

count从module顶层的声明语句变为instance方法内的变量。之所以产生如此变化是因为App可以实例化多个：

// 模版中定义3个App
<App/>
<App/>
<App/>

// 当count不可变时，页面渲染为：<h1>0</h1>
<h1>0</h1>
<h1>0</h1>

当count不可变时，所有App可以复用同一个count。但是当count可变时，根据不同App被点击次数不同，页面可能渲染为：

<h1>0</h1>
<h1>3</h1>
<h1>1</h1>

所以每个App需要有独立的上下文保存count，这就是instance方法的意义。推广来说，Svelte编译器会追踪<script>内所有变量声明：

• 是否包含改变该变量的语句，比如count++
• 是否包含重新赋值的语句，比如count = 1
• 等等情况

一旦发现，就会将该变量提取到instance中，instance执行后的返回值就是组件对应ctx。

同时，如果执行如上操作的语句可以通过模版被引用，则该语句会被$$invalidate包裹。

在Demo2中，update方法满足：

• 包含改变count的语句 —— count++
• 可以通过模版被引用 —— 作为点击回调函数

所以编译后的update内改变count的语句被$$invalidate方法包裹：

// 源代码中的update
function update() {
  count++;
}

// 编译后instance中的update
function update() {
  $$invalidate(0, count++, count);
}

从流程图可知，$$invalidate方法会执行如下操作：

• 更新ctx中保存状态的值，比如Demo2中count++
• 标记dirty，即标记App UI中所有和count相关的部分将会发生变化
• 调度更新，在microtask中调度本次更新，所有在同一个macrotask中执行的$$invalidate都会在该macrotask执行完成后被统一执行，最终会执行组件fragment中的p方法

p方法是Demo2中新的编译产物，除了p之外，create_fragment已有的方法也产生相应变化：

c() {
  h1 = element("h1");
  // count的值变为从ctx中获取
  t = text(/*count*/ ctx[0]);
},
m(target, anchor) {
  insert(target, h1, anchor);
  append(h1, t);
  // 事件绑定
  dispose = listen(h1, "click", /*update*/ ctx[1]);
},
p(ctx, [dirty]) {
  // set_data会更新t保存的文本节点
  if (dirty & /*count*/ 1) set_data(t, /*count*/ ctx[0]);
},
d(detaching) {
  if (detaching) detach(h1);
  // 事件解绑
  dispose();
}

p方法会执行$$invalidate中标记为dirty的项对应的更新函数。

在Demo2中，App UI中只引用了状态count，所以update方法中只有一个if语句，如果UI中引用了多个状态，则p方法中也会包含多个if语句：

// UI中引用多个状态 
<h1 on:click="{count0++}">{count0}</h1>
<h1 on:click="{count1++}">{count1}</h1>
<h1 on:click="{count2++}">{count2}</h1>

对应p方法包含多个if语句：

p(new_ctx, [dirty]) {
  ctx = new_ctx;
  if (dirty & /*count*/ 1) set_data(t0, /*count*/ ctx[0]);
  if (dirty & /*count1*/ 2) set_data(t2, /*count1*/ ctx[1]);
  if (dirty & /*count2*/ 4) set_data(t4, /*count2*/ ctx[2]);
},

Demo2完整的更新步骤如下：

1. 点击H1触发回调函数update
2. update内调用$$invalidate，更新ctx中的count，标记count为dirty，调度更新
3. 执行p方法，进入dirty的项（即count）对应if语句，执行更新对应DOM Element的方法

总结

Svelte的完整工作流程会复杂的多，但是核心实现便是如此。

我们可以直观的感受到，借由模版语法的约束，经过编译优化，可以直接建立状态与要改变的DOM节点的对应关系。

在Demo2中，状态count的变化直接对应p方法中一个if语句，使得Svelte执行细粒度的更新时对比使用虚拟DOM的框架更有性能优势。

上述性能分析中第四行select row就是一个细粒度的更新。想比较之下，React（倒数第三列）性能就差很多。

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