从面试题入手，畅谈 Vue 3 性能优化

前言

今年又是一个非常寒冷的冬天，很多公司都开始人员精简。市场从来不缺前端，但对高级前端的需求还是特别强烈的。一些大厂的面试官为了区分候选人对前端领域能力的深度，经常会在面试过程中考察一些前端框架的源码性知识点。Vuejs 作为世界顶尖的框架之一，几乎在所有的面试场景中或多或少都会被提及。

笔者之前在蚂蚁集团就职，对于 Vue 3 的考点还是会经常问的。接下来，我将根据多年的面试以及被面试经验，为小伙伴们梳理最近大厂爱问的 Vue 3 问题。然后我们再根据问题举一反三，深入学习 Vue 3 源码知识！

场景一：Vue 3.x 相对于 Vue 2.x 做了那些额外的性能优化？

要理解 Vue 3 的性能优化的核心，就需要了解 Vuejs 的核心设计理念。我们知道 Vuejs 官网上有一句话总结的特别到位：渐进式 JavaScript 框架，易学易用，性能出色，适用于场景丰富的 Web 框架。 其实我们的答案就蕴藏在这句话里。

首先，我们知道当我们浏览 Web 网页时，有两类场景会制约 Web 网页的性能

1. 网络传输的瓶颈
2. CPU的瓶颈

所以要回答这个问题，就可以直接从这两方面入手。

网络传输的瓶颈优化

对于前端框架而言，制约网络传输的因素最大的就是代码体积，代码体积越大，传输效率越慢。尤其对于 SPA 单页应用的 CSR（客户端渲染） 而言。一个大体积的框架资源，就意味着用户需要等待白屏的时间越长。而 Vue 3 在减少源码体积方面做的最多的就是通过精细化的 Tree-Shacking 机制来构建 渐进式 代码。

1. /*#__PURE__*/ 标记

我们知道 Tree-Shaking 可以删除一些 DC（dead code） 代码。但是对于一些有副作用的函数代码，却是无法进行很好的识别和删除，举个例子：

foo()

function foo(obj) {
  obj?.a
}

上述代码中，foo 函数本身是没有任何意义的，仅仅是对对象 obj 进行了属性 a 的读取操作，但是 Tree-Shaking 是无法删除该函数的，因为上述的属性读取操作可能会产生副作用，因为 obj 可能是一个响应式对象，我们可能对 obj 定了一个 getter 在 getter 中触发了很多不可预期的操作。

如果我们确认 foo 函数是一个不会有副作用的纯净的函数，那么这个时候 /*#__PURE__*/ 就派上用场了，其作用就是告诉打包器，对于 foo 函数的调用不会产生副作用，你可以放心地对其进行 Tree-Shaking。

另外，值得一提的是，在 Vue 3 源码中，包含了大量的 /*#__PURE__*/ 标识符，可见 Vue 3 对源码体积的控制是多么的用心！

2. 特性开关

在 Vue 3 源码中的 rollup.config.mjs 中有这样一段代码：

{
  __FEATURE_OPTIONS_API__: isBundlerESMBuild ? `__VUE_OPTIONS_API__` : true,
}

其中 __FEATURE_OPTIONS_API__ 是一个构建时的环境变量，我们知道 Vue 3 在某些 API 方面是兼容 Vue 3 写法的，比如 Options API。但是如果我们在项目中仅仅使用 Compositon API 而不想使用 Options API 那么我们就可以在项目构建时关闭这个选项，从而减少代码体积。我们看看这个变量在 Vue 3 源码中是如何使用的：

// 兼容 2.x 选项式 API
if (__FEATURE_OPTIONS_API__) {
  currentInstance = instance
  pauseTracking()
  applyOptions(instance, Component)
  resetTracking()
  currentInstance = null
}

用户可以通过设置 __VUE_OPTIONS_API__ 预定义常量的值来控制是否要包含这段代码。通常用户可以使用 webpack.DefinePlugin 插件来实现：

// webpack.DefinePlugin 插件配置
new webpack.DefinePlugin({
  __VUE_OPTIONS_API__: JSON.stringify(true) // 开启特性
})

除此之外，类似的开发环境会通过 __DEV__ 来输出告警规则，而在生产环境剔除这些告警降低构建后的包体积都是类似的手段：

if (__DEV__) {
  console.warn(`value cannot be made reactive: ${String(target)}`)
}

CPU 瓶颈优化

当项目变得庞大、组件数量繁多时，就容易遇到CPU的瓶颈。主流浏览器刷新频率为60Hz，即每（1000ms / 60Hz）16.6ms浏览器刷新一次。

我们知道，JS可以操作DOM，GUI渲染线程与JS线程是互斥的。所以JS脚本执行和浏览器布局、绘制不能同时执行。

在每16.6ms时间内，需要完成如下工作：

JS脚本执行 -----  样式布局 ----- 样式绘制

当JS执行时间过长，超出了16.6ms，这次刷新就没有时间执行样式布局和样式绘制了，也就出现了丢帧的情况，会发生卡顿。

为了解决庞大元素组件渲染、更新卡顿的问题，Vue 的策略是一方面采用了组件级的细粒度更新，控制更新的影响面：Vue 3 中，每个组件都会生成一个渲染函数，这些渲染函数执行时会进行数据访问，此时这些渲染函数被收集进入副作用函数中，建立数据 -> 副作用的映射关系。当数据变更时，再触发副作用函数的重新执行，即重新渲染。

另一方面则在编译器中做了大量的静态优化，得益于这些优化，才让我们可以 易学易用的写出性能出色的 Vue 项目。 下面简单介绍几种编译时优化策略：

1. 靶向更新

假设有以下模板：

<template>
  <p>hello world</p>
  <p>{{ msg }}</p>
</template>>

其中一个 p 标签的节点是一个静态的节点，第二个 p 标签的节点是一个动态的节点，如果当 msg 的值发生了变化，那么理论上肉眼可见最优的更新方案应该是只做第二个动态节点的 diff 而无需进行第一个 p 标签节点的 diff。

上述模版转成 vnode 后的结果大致为：

const vnode = {
  type: Symbol(Fragment),
  children: [
    { type: 'p', children: 'hello world' },
    { type: 'p', children: ctx.msg, patchFlag: 1 /* 动态的 text */ },
  ],
  dynamicChildren: [
    { type: 'p', children: ctx.msg, patchFlag: 1 /* 动态的 text */ },
  ]
}

此时组件内存在了一个静态的节点 <p>hello world</p>，在传统的 diff 算法里，还是需要对该静态节点进行不必要的 diff。

而 Vue3 则是先通过 patchFlag 来标记动态节点 <p>{{ msg }}</p> 然后配合 dynamicChildren 将动态节点进行收集，从而完成在 diff 阶段只做靶向更新的目的。

2. 静态提升

接下来，我们再来说一下，为什么要做静态提升呢？ 如下模板所示：

<div>
  <p>text</p>
</div>

在没有被提升的情况下其渲染函数相当于：

import { createElementVNode as _createElementVNode, openBlock as _openBlock, createElementBlock as _createElementBlock } from "vue"

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("div", null, [
    _createElementVNode("p", null, "text")
  ]))
}

很明显，p 标签是静态的，它不会改变。但是如上渲染函数的问题也很明显，如果组件内存在动态的内容，当渲染函数重新执行时，即使 p 标签是静态的，那么它对应的 VNode 也会重新创建。

所谓的 “静态提升”，就是将一些静态的节点或属性提升到渲染函数之外。如下面的代码所示：

import { createElementVNode as _createElementVNode, openBlock as _openBlock, createElementBlock as _createElementBlock } from "vue"

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createElementVNode("p", null, "text", -1 /* HOISTED */)
const _hoisted_2 = [
  _hoisted_1
]

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("div", null, _hoisted_2))
}

这就实现了减少 VNode 创建的性能消耗。

而这里的静态提升步骤生成的 hoists，会在 codegenNode 会在生成代码阶段帮助我们生成静态提升的相关代码。

预字符串化

Vue 3 在编译时会进行静态提升节点的 预字符串化。什么是预字符串化呢？一起来看个示例：

<template>
  <p></p>
  ... 共 20+ 节点
  <p></p>
</template>

对于这样有大量静态提升的模版场景，如果不考虑 预字符串化 那么生成的渲染函数将会包含大量的 createElementVNode 函数：假设如上模板中有大量连续的静态的 p 标签，此时渲染函数生成的结果如下：

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createElementVNode("p", null, null, -1 /* HOISTED */)
// ...
const _hoisted_20 = /*#__PURE__*/_createElementVNode("p", null, null, -1 /* HOISTED */)
const _hoisted_21 = [
  _hoisted_1,
  // ...
  _hoisted_20,
]

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("div", null, _hoisted_21))
}

createElementVNode 大量连续性创建 vnode 也是挺影响性能的，所以可以通过 预字符串化 来一次性创建这些静态节点，采用 与字符串化 后，生成的渲染函数如下：

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createStaticVNode("<p></p>...<p></p>", 20)
const _hoisted_21 = [
  _hoisted_1
]

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (_openBlock(), _createElementBlock("div", null, _hoisted_21))
}

这样一方面降低了 createElementVNode 连续创建带来的性能损耗，也侧面减少了代码体积。

小结

本小节为大家解读了部分 Vue 3 性能优化的设计，更多的内容可以参考作者写的小册：《Vue 3 技术揭秘》。

接下来的文章将继续为大家解读 Vue 3 响应式设计原理和异步调度更新策略。

推广自己的小册

如果你对 Vue 3 感兴趣，想去深耕一下 Vue 3 相关的设计理念，但是直接去啃 Vue 3 源码会非常晦涩难懂，比如一个 baseCreateRenderer 函数就有接近 2000 行代码，可能会让你半途而废。

作者花了 3 个多月的时间呕心沥血的写了一个小册《Vue 3 技术揭秘》将会为您从头到尾的介绍 Vue 3 的优秀设计！

小册一方面会对 Vue 3 核心源码做适量的精简，让你可以只用关注核心逻辑实现；另一方面，也配了大量的插图，一图胜千言，可以更加生动地向你展示源码的运行机制。

本小册主要划分为了 5 大模块 来依次为你揭开 Vue 3 的“神秘面纱”。

• 模块一：渲染器实现原理。从根组件初始化开始，一步步介绍组件实例化、完整更新、diff 过程等。
• 模块二：响应式原理。核心介绍 Vue 3 基于 Proxy 实现的响应式原理，深入解读依赖收集过程、响应式触达过程和相关联的 watch、computed、inject/provide 函数实现以及异步批量更新原理。在学习的过程中，你会渐进式体会到与 Vue 2 响应式原理的差异以及异步批量更新的不同之处。
• 模块三：编译器实现原理。重点讲解模板是如何被一步步编译成渲染函数的，以及在编译时 Vue 3 所做的大量编译时优化的工作。
• 模块四：内置组件实现原理。主要介绍 Vue 3 几个常用的内置组件：Transition、KeepAlive、Teleport 、Suspense 相关的组件运行机制和实现原理。
• 模块五：特殊元素&指令。重点分析 v-model 是如何实现双向数据绑定的，以及 slot 插槽是如何实现内容分发的。

为方便你理解，我整理出来了如下的思维导图：

相信掌握了本小册这些模块的核心原理之后，你再去阅读 Vue 3 源码或者是解决 Vue 3 的疑难杂症时，会更加得心应手。