Vue源码学习 - 模版编译 和 组件渲染/更新过程

前言

这是一个系列学习源码的文章，感兴趣的可以继续阅读其他文章
Vue源码学习 - new Vue初始化都做了什么？
Vue源码学习 - 数据响应式原理
Vue源码学习 - 异步更新队列 和 nextTick原理
Vue源码学习 - 虚拟Dom 和 diff算法

一、什么是 模板编译？

平时开发写的 <template></template> 以及里面的变量、表达式、指令等，不是html语法，是浏览器识别不出来的。所以需要将 template 转化成一个 JS 函数，这样浏览器就可以执行这一个函数并渲染出对应的 HTML 元素，就可以让视图跑起来了，这一个转化的过程，就成为模板编译。

主要流程就是：

1. 提取出模板中的原生和非原生 HTML，比如绑定的属性、事件、指令、变量等。
2. 经过一些处理生成 render 函数字符串。
3. render 函数再将模板内容生成对应的 vnode。
4. 再经过 patch 过程（Diff）得到要渲染到视图中的 vnode。
5. 最后根据 vnode 创建真实 DOM 节点，也就是原生 HTML 插入到视图中，完成渲染。

上面的1、2、3条就是模板编译的过程。具体是怎么编译生成 render 函数字符串的，继续往下看。

二、模板编译 到 render 函数字符串的流程

主要有三个阶段：解析 parse；优化 optimise；生成 generate，最终生成可执行函数 render。

1. 模板解析阶段： 使用大量的正则表达式提取出 <template></template> 模板里的标签、属性、变量等信息，并解析成 抽象语法树 AST。

2. 优化阶段：遍历 AST ，找到其中的一些 静态节点 并 标记，方便在页面重渲染的时候进行 diff 比较时，直接跳过这些静态节点，优化 runtime 的性能。

3. 生成阶段 ：将最终的 AST 转化为 render 函数字符串。

render 函数字符串的生成是在 beforeCreate 钩子函数之前完成的。vue2源码里就是这样写的，instance文件夹 => init.ts

这三步分别对应三个函数，后面会挨个介绍，先看一下 baseCompile 源码中是在哪里调用的。

三、深入模板编译源码

baseCompile ()

这是模板编译的入口函数，接收两个参数：

• template：要转换的模板字符串
• options：转换时需要的参数

// src/compiler/index.tsexport const createCompiler = createCompilerCreator(function baseCompile(template: string,  // 要转换的模板字符串options: CompilerOptions  // 转换时需要的参数
): CompiledResult {// 1. 进行模板编译，并将结果保存为抽象语法树 ASTconst ast = parse(template.trim(), options)   // 没有禁用静态优化的话if (options.optimize !== false) { // 2. 遍历 AST，找到其中的一些静态节点并标记optimize(ast, options)}//  3. 将最终的 AST 转化为 render渲染函数const code = generate(ast, options)return {ast,render: code.render,  // 返回渲染函数 renderstaticRenderFns: code.staticRenderFns}
})

就这么几行代码，三步，调用了三个方法很清晰。

我们先看一下最后 return 出去的是个啥，再来深入这三步分别调用的方法源码，也好更清楚的知道这三步分别是要做哪些处理。

比如有这样的模板：

<template><div id="app">{{name}}</div>
</template>

打印一下编译后的结果，也就是上面源码 return 出去的结果，看看是啥。

// 把 模板 编译成 抽象语法树 AST
{ast: {type: 1,tag: 'div',attrsList: [ { name: 'id', value: 'app' } ],attrsMap: { id: 'app' },rawAttrsMap: {},parent: undefined,children: [{type: 2,expression: '_s(name)',tokens: [ { '@binding': 'name' } ],text: '{{name}}',static: false}],plain: false,attrs: [ { name: 'id', value: '"app"', dynamic: undefined } ],static: false,staticRoot: false},render: `with(this){return _c('div',{attrs:{"id":"app"}},[_v(_s(name))])}`,staticRenderFns: [],errors: [],tips: []
}

这里暂时看不明白也没有关系，注意看return 里提到的三步都干了什么？

• ast ：就是第一步生成的。
• static： 就是静态节点标记，是在第二步中的根据 ast 里的 type 加上去的。（具体的type类型可看下面的表格）
• render：就是第三步生成的。

有个大概的印象了，然后再来看源码。

parse() - 解析阶段

这个方法就是解析器的主函数，它通过多个正则方法提取出 <template></template> 模板字符串里所有的tag、props、children 信息，生成一个对应结构的 AST 对象。

核心步骤：调用 parseHTML() 对 模板字符串 进行解析。

• 解析到 开始标签、结束标签、文本、注释分别进行不同的处理。
• 解析过程中遇到 文本信息 ，就调用文本解析器 parseText() 进行文本解析。
• 解析过程中遇到 包含过滤器 ，就调用过滤器解析器 parseFilters() 进行解析。
• 每一步解析的结果都合并到一个对象上（就是最后的 AST）.

// src/complier/parser/index.tsexport function parse(template: string, options: CompilerOptions): ASTElement {parseHTML(template, {warn,expectHTML: options.expectHTML,isUnaryTag: options.isUnaryTag,canBeLeftOpenTag: options.canBeLeftOpenTag,shouldDecodeNewlines: options.shouldDecodeNewlines,shouldDecodeNewlinesForHref: options.shouldDecodeNewlinesForHref,shouldKeepComment: options.comments,outputSourceRange: options.outputSourceRange,// 解析到 开始标签 时调用，如<div>start(tag, attrs, unary, start, end) {// unary 是否是自闭合标签，如 <img />// ...},// 解析到 结束标签 时调用，如</div>end(tag, start, end) {// ...},// 解析 文本 时调用chars(text: string, start?: number, end?: number) {// 这里会判断判断很多东西，来看它是不是带变量的动态文本// 然后创建动态文本或静态文本对应的 AST 节点// ...},// 解析到注释时调用comment(text: string, start, end) {// ...}})return root
}

上面解析文本时调用的 chars() 会根据不同类型节点加上不同 type，来标记 AST 节点类型，这个属性在下一步标记的时候会用到。

type	AST节点类型
1	元素节点
2	包含变量的动态文本节点
3	没有变量的纯文本节点（静态节点）

optimize() - 优化阶段

这个函数就是在 AST 里找出 静态节点 和 静态根节点，并添加标记，为了后面 patch 过程中就会跳过静态节点的对比，直接克隆一份过去，从而优化了 patch 的性能。这个我们在上一篇虚拟dom和diff算法里也讲过（patchVnode 函数）。

// src/compiler/optimizer.ts
export function optimize(root: ASTElement | null | undefined,options: CompilerOptions
) {if (!root) returnisStaticKey = genStaticKeysCached(options.staticKeys || '')isPlatformReservedTag = options.isReservedTag || no// 标记静态节点markStatic(root)// 标记静态根节点markStaticRoots(root, false)
}

具体函数里面的代码，大致过程是这样的：（有个了解就好）

标记静态节点（markStatic）：就是判断 type 值，参考上面表格。

• type值为1：就是包含子元素的节点；设置 static 为 false；并递归子节点，直到标记完所有的子节点。
• type值为2：设置 static 为 false。
• type值为3：就是不包含子节点和动态属性的纯文本节点，设置 static 为 true；patch的时候就会跳过这个，直接克隆一份过去。

标记静态根节点（markStaticRoots）：静态根节点是指在组件渲染过程中不会发生变化的整个子树；原理和标记静态节点基本相同，只是需要满足下面条件的节点才算是静态根节点。

• 节点本身必须是静态节点
• 必须有子节点
• 子节点不能只有一个文本节点

generate() - 生成阶段

这个就是生成 render 函数字符串 ，就是说最终会返回下面这样的东西。

// 比如有这么个模板
<template><div id="app">{{ name }}</div>
</template>// 上面模板编译后返回的 render 字段 就是这样的
render: `with(this){return _c('div',{attrs:{"id":"app"}},[_v(_s(name))])}`// 把内容格式化一下，容易理解一点
with(this){return _c('div',{ attrs:{"id":"app"} },[  _v(_s(name))  ])
}

了解虚拟 DOM 就可以看出来，上面的 render 正是虚拟 DOM 的结构，就是把一个标签分为 tag、props、children。
在看 generate 源码之前，我们要先了解一下上面这最后返回的 render 字段是什么意思。

（1）了解 render函数字符串 和 with 语法

这个 with 是用来欺骗词法作用域的关键字，它可以让我们更快的引用一个对象上的多个属性。

下面先用一个例子来展示 with 语法与普通语法的不同。
不使用with语法执行程序时：

 const obj = { name: '铁锤妹妹', age: 18 }console.log(obj.name) // 铁锤妹妹
console.log(obj.age) // 18
console.log(obj.sex) // undefined

使用with语法执行程序时：

 const obj = { name: '铁锤妹妹', age: 18 }with (obj) {console.log(name) // 铁锤妹妹  不需要写 obj.name 了console.log(age) // 18   不需要写 obj.age了console.log(sex) // 会报错！！！}

with 语法总结：

• with 语法会改变词法作用域中的属性指向，当做 obj 属性来查找。
• 如果在 { } 内找不到匹配的 obj 属性会报错。
• with 要谨慎使用，它打破了 作用域规则，会让其 易读性变差。

那 _c、 _v 和 _s 是什么呢？

export function installRenderHelpers(target: any) {target._s = toString  // 转字符串函数target._v = createTextVNode  // 创建文本节点函数
}// 补充
_c = createElement // 创建虚拟节点函数

到此为止我们再来看下返回的 render 字段，就会清楚多了。

with(this){ // 欺骗词法作用域，将该作用域里所有属姓和方法都指向当前组件return _c( // 创建一个虚拟节点'div', // 标签为 div{ attrs:{"id":"app"} }, // 有一个属性 id 为 'app'[  _v(_s(name))  ] // 是一个文本节点，所以把获取到的动态属性 name 转成字符串)
}

接下来我们再来看 generate() 源码。

（2）generate

就是先判断 AST 是不是为空，不为空就根据 AST 创建 vnode，否则就创建一个空div 的 vnode。

// src/complier/codegen/index.ts
export function generate(ast: ASTElement | void,options: CompilerOptions
): CodegenResult {const state = new CodegenState(options)// 就是先判断 AST 是不是为空，不为空就根据 AST 创建 vnode，否则就创建一个空div的 vnodeconst code = ast? ast.tag === 'script'? 'null': genElement(ast, state): '_c("div")'return {render: `with(this){return ${code}}`,staticRenderFns: state.staticRenderFns}
}

可以看出这里面主要就是通过 genElement() 方法来创建 vnode 的，所以我们来看一下它的源码，看是怎么创建的。

（3）genElement()

就是一堆 if/else 判断传进来的 AST 元素节点的属性来执行不同的生成函数。
这里还可以发现另一个知识点： v-for 的优先级要高于 v-if，因为先判断 for 的。

// src/complier/codegen/index.tsexport function genElement(el: ASTElement, state: CodegenState): string {if (el.parent) {el.pre = el.pre || el.parent.pre}if (el.staticRoot && !el.staticProcessed) {return genStatic(el, state)} else if (el.once && !el.onceProcessed) { // v-oncereturn genOnce(el, state)} else if (el.for && !el.forProcessed) {  // v-forreturn genFor(el, state)} else if (el.if && !el.ifProcessed) {  // v-ifreturn genIf(el, state)// template 节点 && 没有插槽 && 没有 pre 标签} else if (el.tag === 'template' && !el.slotTarget && !state.pre) {return genChildren(el, state) || 'void 0'} else if (el.tag === 'slot') {  // v-slotreturn genSlot(el, state)} else {// component or elementlet code// 如果有子组件if (el.component) {code = genComponent(el.component, el, state)} else {let dataconst maybeComponent = state.maybeComponent(el)// 获取元素属性 propsif (!el.plain || (el.pre && maybeComponent)) {data = genData(el, state)}let tag: string | undefinedconst bindings = state.options.bindingsif (maybeComponent && bindings && bindings.__isScriptSetup !== false) {tag = checkBindingType(bindings, el.tag)}if (!tag) tag = `'${el.tag}'`// 获取元素子节点const children = el.inlineTemplate ? null : genChildren(el, state, true)code = `_c(${tag}${data ? `,${data}` : '' // data}${children ? `,${children}` : '' // children})`}for (let i = 0; i < state.transforms.length; i++) {code = state.transforms[i](el, code)}// 返回上面作为 with 作用域执行的内容return code}
}

每一种类型调用的生成函数就不一一列举了，总的来说最后创建出来的 vnode 节点类型无非就三种，元素节点、文本节点、注释节点

四、组件渲染/更新 完整过程

初识组件渲染/更新

讲完上完的内容，我们再来讲一个与 编译模板 关联性很强的知识点：组件渲染/更新过程。

一个组件，从 渲染到页面上开始，再到修改 data 去触发更新（数据驱动视图），它背后的原理是什么，下面是需要掌握的要点。

• 事实上，组件在渲染之前，会先进行 模板编译，模板 template 会编译成 render 函数。
• 之后就是数据的监听了，就是vue的 响应式数据 。通过操作 Object.defineProperty()，去监听 data 属性，触发getter 和 setter方法，来实现数据实时更新。
• 监听完数据之后，就是执行 render 函数，生成 vnode。
• 到了 vnode （即vdom）这一步后，会进行 patch(elem,vnode) 和 patch(vnode,newVnode) 的比较。根据对比的结果，Vue 会将更新的内容应用到 真实 DOM 上，使页面显示与最新的虚拟 DOM 结果保持一致。

这一部分还是挺重要的，前几篇文章我们明白了如何生成 render渲染函数、数据响应式原理、什么是虚拟dom？diff算法？但是对于它们之间的联系还是有些模糊的，这里就直接把前几篇的内容串联起来了。继续往下看吧。

如有需要，可去查看我的前几篇文章学习。
Vue源码学习 - new Vue初始化都做了什么？
Vue源码学习 - 数据响应式原理
Vue源码学习 - 虚拟Dom 和 diff算法

组件渲染/更新过程

组件渲染和更新过程主要经过以下三个步骤：初次渲染过程 =》 更新过程 =》 异步渲染。

（1）初次渲染过程

初次渲染过程，即组件第一次渲染是怎么样的。具体有以下 三个步骤：（参考vue生命周期）

• 解析组件模板：解析 template 模板为 render 函数。
• 创建组件实例：在渲染之前，Vue 会创建组件的实例。（会初始化组件的props，data，methods，computed，watch）
• 触发响应式：当组件实例化之后，将数据传递给 render 函数 进行渲染时，会监听 data 属性 ，触发getter 和 setter 方法。
• 执行渲染函数：执行 render 渲染函数，生成 vnode，进行 patch(elem,vnode) 。

下面就这几个步骤来进行依次讲解。

1.1）触发响应式
监听 data 属性，这时我们就需要触发响应式，也就是渲染数据。

这个阶段我们需要执行 render 函数， render 函数会触发 getter 方法，因为数据没有进行更新，只是进行渲染。只有在进行更新的时候才会操作 setter 方法。

1.2）执行渲染函数
最后，当数据渲染完毕后，就会执行第一步生成的 render 渲染函数，渲染函数会根据组件的状态和数据生成 虚拟DOM树 ，之后进行 patch(elem,vnode)。

（2）更新过程

在这个阶段，将会修改 data，并且触发 setter（注意：在此之前 data 在 getter 中已经被依赖收集、监听）

触发完 setter 之后，重新执行 render 函数，并生成 newVode，最后进行 patch(vnode, newVode)的 diff 比较。

通过对比，Vue 可以找出需要进行更新的部分，从而减少操作真实 DOM 的次数。根据对比的结果，Vue 会将更新的内容应用到真实 DOM 上，使页面显示与最新的虚拟 DOM 结果保持一致。

组件渲染/更新完整流程图：（用一张网上的图片）

（3）异步渲染

在渲染和更新结束之后，我们的程序可能还有可能会发生 多个程序 同时加载，这就涉及到一个 异步渲染 问题。

多个数据变更，直接更新视图多次的话，性能就会降低，所以对视图更新做一个异步更新的队列，避免不必要的计算和 DOM 操作。在下一轮事件循环的时候，刷新队列并执行已去重的工作（nextTick的回调函数），组件重新渲染，更新视图。

异步渲染问题，我们用 $nextTick 来解决。

对DOM异步更新渲染视图，感兴趣的可以移步去看另一篇系列文章： Vue源码学习 - 异步更新队列 和 nextTick原理

疑问点整理

1. Vue 组件在渲染过程中为什么不直接加载数据，而是先解析模板转化成一个 render 函数呢？

render 函数字符串的生成是在 beforeCreate 钩子函数之前完成的。
这是因为 Vue 的渲染过程可以分为两个阶段：编译阶段 和 运行阶段。

• 编译阶段：在组件被实例化之前，需要先进行模板编译。这个阶段会将模板解析并转换为可执行的 render 函数。编译阶段会分析模板的结构和指令，生成一个抽象语法树（AST），然后根据 AST 生成 render 函数。在这个阶段，Vue并不会加载实际的数据，因为具体的数据是在组件实例化后才传入的。
• 运行阶段：在组件实例化后，会触发运行阶段。Vue会调用之前生成的 render 函数，并将组件的数据传入。这时候，render 函数会根据传入的数据生成 虚拟DOM，并进行 diff 算法的对比，最终更新到 真实DOM 上。

2. 将数据与渲染过程分开的好处？

• 分离关注点：将模板和数据分开，使得组件的关注点更加清晰。模板负责描述组件的结构和样式，而数据负责描述组件的状态和行为。这样可以使得组件的开发更加模块化和可维护。
• 性能优化：通过将模板编译为 render 函数，Vue 可以在编译阶段进行一些优化操作，如静态节点提前标记、事件监听器的优化等。这样可以减少运行时的开销，提高组件的渲染性能。

可参考：
render 函数是怎么来的？深入浅出 Vue 中的模板编译
模板编译template的背后，究竟发生了什么事？