vue keep-alive(2):剖析keep-alive的实现原理—学习笔记整理

前言:

​本篇主要内容来自以下文章

下文是上面这些文章的个人整理与总结,然后加上自己 标注(加粗、加色),以方便记忆。

 

在搭建 vue 项目时,有某些组件没必要多次渲染,所以需要将组件在内存中进行‘持久化’,此时 <keep-alive> 便可以派上用场了。 <keep-alive> 可以使被包含的组件状态维持不变,即便是组件切换了,其内的状态依旧维持在内存之中。

前面整理过《vue keep-alive(1):vue router如何保证页面回退页面不刷新?,具体具体用法这里不提,这里来把keep-live 又弯掰直,深入 理解

keep-alive是什么(基本概念宣讲)

keep-alive是Vue的内置的一个抽象组件。

什么是组件

组件系统是vue的另一个重要概念,它是一种抽象,允许我们使用小型、独立和通常可复用的组件构建大型应用,因此,几乎任意类型的应用界面都可以看成一个组件树:

vue keep-alive(2):剖析keep-alive的实现原理—学习笔记整理

组件的作用既可以从父作用域将数据传到子组件,也可以将把组件内部的数据发送到组件外部,可以实现互相传送数据

7种定义组件模板的方法

  1. 字符串(String)

  2. 模板字符串(Template literal)

  3. X-Templates

  4. 内联(Inline)

  5. Render函数(Render functions)

  6. JSX

  7. 单文件组件(Single page components)

这知识举例,一般都是用单文件组件

抽象组件

不会在DOM树中渲染(真实或者虚拟都不会),不会渲染为一个DOM元素,也不会出现在父组件链中——你永远在 this.$parent 中找不到

它有一个属性 abstract 为 true,表明是它一个抽象组件

export default {
name: 'abstractCompDemo',
abstract: true, //标记为抽象组件
}

这个特性,我就把当react的HOC 高阶组件来用(不知道对不?)

抽象组件是如何忽略掉父子关系

Vue组件在初始化阶段会调用 initLifecycle,里面判断父级是否为抽象组件,如果是抽象组件,就选取抽象组件的上一级作为父级,忽略与抽象组件和子组件之间的层级关系。

// 源码位置: src/core/instance/lifecycle.js 32行
export function initLifecycle (vm: Component) {
const options = vm.$options

// locate first non-abstract parent
let parent = options.parent
if (parent && !options.abstract) {
while (parent.$options.abstract && parent.$parent) {
parent = parent.$parent
}
parent.$children.push(vm)
}
vm.$parent = parent
// ...
}

如果 keep-alive 存在多个子元素,keep-alive 要求同时只有一个子元素被渲染

keep-alive组件怎么跳过生成DOM环节?

组件实例建立父子关系会根据abstract属性决定是否忽略某个组件。在keep-alive中,设置了abstract: true,那Vue就会跳过该组件实例。

最后构建的组件树中就不会包含keep-alive组件,那么由组件树渲染成的DOM树自然也不会有keep-alive相关的节点了。

抽象组件代表:

<keep-alive>、<transition>、<transition-group>等组件

只需把封装的功能 在组件外面包裹一层就够了,这个用起来还是非常舒服的。比如节流、防抖、拖拽、权限控制等,都可以以这种形式去封装。

keep-alive组件

keep-alive是一个抽象组件,使用keep-alive包裹动态组件时,会缓存不活动的组件实例,而不是销毁它们。

keep-alive不仅仅是能够保存页面/组件的状态这么简单,它还可以避免组件反复创建和渲染,有效提升系统性能。总的来说,keep-alive用于保存组件的渲染状态。

keep-alive props

  • include定义缓存白名单,keep-alive会缓存命中的组件;

  • exclude定义缓存黑名单,被命中的组件将不会被缓存;

  • max定义缓存组件上限,超出上限使用LRU的策略置换缓存数据。

LRU是内存管理的一种页面置换算法。

LRU缓存策略

(Least recently used,最近最少使用)缓存策略:从内存中找出最久未使用的数据置换新的数据.算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据,其核心思想是如果数据最近被访问过,那么将来被访问的几率也更高

如果一个数据在最近一段时间没有被访问到,那么在将来它被访问的可能性也很小。也就是说,当限定的空间已存满数据时,应当把最久没有被访问到的数据淘汰。

keep-alive 缓存机制便是根据LRU策略来设置缓存组件新鲜度,将很久未访问的组件从缓存中删除

keep-alive源码浅析

keep-alive.js内部还定义了一些工具函数,我们按住不动,先看它对外暴露的对象

// src/core/components/keep-alive.js
export default {
name: 'keep-alive',
abstract: true, // 判断当前组件虚拟dom是否渲染成真实dom的关键
props: {
include: patternTypes, // 缓存白名单
exclude: patternTypes, // 缓存黑名单
max: [String, Number] // 缓存的组件
},
created() {
this.cache = Object.create(null) // 缓存虚拟dom
this.keys = [] // 缓存的虚拟dom的键集合
},
destroyed() {
for (const key in this.cache) {
// 删除所有的缓存
pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys)
}
},
mounted() {
// 实时监听黑白名单的变动
this.$watch('include', val => {
pruneCache(this, name => matched(val, name))
})
this.$watch('exclude', val => {
pruneCache(this, name => !matches(val, name))
})
},

render() {
// 先省略...
}}

可以看出,与我们定义组件的过程一样,先是设置组件名为keep-alive,其次定义了一个abstract属性,值为true。这个属性在vue的官方教程并未提及,却至关重要,后面的渲染过程会用到。

在组件开头就设置 abstract 为 true,代表该组件是一个抽象组件。抽象组件,只对包裹的子组件做处理,并不会和子组件建立父子关系,也不会作为节点渲染到页面上。

props属性定义了keep-alive组件支持的全部参数。

keep-alive在它生命周期内定义了三个钩子函数:

created

初始化两个对象分别缓存VNode(虚拟DOM)和VNode对应的键集合

destroyed

删除this.cache中缓存的VNode实例。我们留意到,这不是简单地将this.cache置为null,而是遍历调用pruneCacheEntry函数删除。

// src/core/components/keep-alive.js  43行
function pruneCacheEntry (
cache: VNodeCache,
key: string,
keys: Array<string>,
current?: VNode
) {
const cached = cache[key]
if (cached && (!current || cached.tag !== current.tag)) {
cached.componentInstance.$destroyed() // 执行组件的destroy钩子函数
}
cache[key] = null
remove(keys, key)
}

删除缓存的VNode还要对应组件实例的destory钩子函数

mounted

在mounted这个钩子中对include和exclude参数进行监听,然后实时地更新(删除)this.cache对象数据。pruneCache函数的核心也是去调用pruneCacheEntry

pruneCache
function pruneCache (keepAliveInstance: any, filter: Function) {
const { cache, keys, _vnode } = keepAliveInstance for (const key in cache) {
const cachedNode: ?VNode = cache[key]
if (cachedNode) {
const name: ?string = getComponentName(cachedNode.componentOptions)
if (name && !filter(name)) {
pruneCacheEntry(cache, key, keys, _vnode)
}
}
}}
matches

判断缓存规则,可以得知include与exclude,值类型可以是 字符串、正则表达式、数组

function matches (pattern: string | RegExp | Array<string>, name: string): boolean {
if (Array.isArray(pattern)) {
return pattern.indexOf(name) > -1
} else if (typeof pattern === 'string') {
return pattern.split(',').indexOf(name) > -1
} else if (isRegExp(pattern)) {
return pattern.test(name)
}
return false
}
pruneCacheEntry

pruneCacheEntry 负责将组件从缓存中删除,它会调用组件 $destroy 方法销毁组件实例,缓存组件置空,并移除对应的 key。

function pruneCache (keepAliveInstance: any, filter: Function) {
const { cache, keys, _vnode } = keepAliveInstance
for (const key in cache) {
const cachedNode: ?VNode = cache[key]
if (cachedNode) {
const name: ?string = getComponentName(cachedNode.componentOptions)
if (name && !filter(name)) {
pruneCacheEntry(cache, key, keys, _vnode)
}
}
}
}

keep-alive 在 mounted 会监听 include 和 exclude 的变化,属性发生改变时调整缓存和 keys 的顺序,最终调用的也是 pruneCacheEntry。

render

render是核心,所以放在最后讲。简要来说,keep-alive 是由 render 函数决定渲染结果。

在开头会获取插槽内的子元素,调用 getFirstComponentChild 获取到第一个子元素的 VNode——如果 keep-alive 存在多个子元素,keep-alive 要求同时只有一个子元素被渲染。所以在开头会获取插槽内的子元素,调用 getFirstComponentChild 获取到第一个子元素的 VNode。

接着判断当前组件是否符合缓存条件,组件名与 include 不匹配或与 exclude 匹配都会直接退出并返回 VNode,不走缓存机制。

匹配条件通过会进入缓存机制的逻辑,如果命中缓存,从 cache 中获取缓存的实例设置到当前的组件上,并调整 key 的位置将其放到最后(LRU 策略)。如果没命中缓存,将当前 VNode 缓存起来,并加入当前组件的 key。如果缓存组件的数量超出 max 的值,即缓存空间不足,则调用 pruneCacheEntry 将最旧的组件从缓存中删除,即 keys[0] 的组件。之后将组件的 keepAlive 标记为 true,表示它是被缓存的组件。

render () {
const slot = this.$slots.defalut
const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot) // 找到第一个子组件对象
const componentOptions : ?VNodeComponentOptions = vnode && vnode.componentOptions
if (componentOptions) { // 存在组件参数
// check pattern
const name: ?string = getComponentName(componentOptions) // 组件名
const { include, exclude } = this
if (// 条件匹配,不匹配直接退出
// not included
(include && (!name || !matches(include, name)))||
// excluded
(exclude && name && matches(exclude, name))
) {
return vnode
}
const { cache, keys } = this
// 定义组件的缓存key
const key: ?string = vnode.key === null ? componentOptions.Ctor.cid + (componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : '') : vnode.key
if (cache[key]) { // 已经缓存过该组件
vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance
remove(keys, key)
keys.push(key) // 调整key排序
} else {
cache[key] = vnode //缓存组件对象
keys.push(key)
if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
//超过缓存数限制,将第一个删除
pruneCacheEntry(cahce, keys[0], keys, this._vnode)
}
}
vnode.data.keepAlive = true //渲染和执行被包裹组件的钩子函数需要用到
}
return vnode || (slot && slot[0])
}

总结:

  1. 获取keep-alive包裹着的第一个子组件对象及其组件名;

    1. 如果 keep-alive 存在多个子元素,keep-alive 要求同时只有一个子元素被渲染。所以在开头会获取插槽内的子元素,调用 getFirstComponentChild 获取到第一个子元素的 VNode。

  2. 根据设定的黑白名单(如果有)进行条件匹配,决定是否缓存。不匹配,直接返回组件实例(VNode),否则执行第三步;

  3. 根据组件ID和tag生成缓存Key,并在缓存对象中查找是否已缓存过该组件实例。如果存在,直接取出缓存值并更新该key在this.keys中的位置(更新key的位置是实现LRU置换策略的关键),否则执行第四步;

  4. 在this.cache对象中存储该组件实例并保存key值,之后检查缓存的实例数量是否超过max设置值,超过则根据LRU置换策略删除最近最久未使用的实例(即是下标为0的那个key)

  5. 最后并且很重要,将该组件实例的keepAlive属性值设置为true。

Vue的渲染过程中keep-live分析

借助一张图看下Vue渲染的整个过程:

vue keep-alive(2):剖析keep-alive的实现原理—学习笔记整理

概括来说

vue keep-alive(2):剖析keep-alive的实现原理—学习笔记整理

VNode构建完成后,最终会被转换成真实dom,而 patch 是必经的过程

Vue的渲染是从图中render阶段开始的,但keep-alive的渲染是在patch阶段,这是构建组件树(虚拟DOM树),并将VNode转换成真正DOM节点的过程

简单描述从render到patch的过程

我们从最简单的new Vue开始:

import App from './App.vue'
new Vue({render: h => h(App)}).$mount('#app')
  • Vue在渲染的时候先调用原型上的_render函数将组件对象转化成一个VNode实例;而_render是通过调用createElement和createEmptyVNode两个函数进行转化;

  • createElement的转化过程会根据不同的情形选择new VNode或者调用createComponent函数做VNode实例化;

  • 完成VNode实例化后,这时候Vue调用原型上的_update函数把VNode渲染成真实DOM,这个过程又是通过调用patch函数完成的(这就是patch阶段了)

用一张图表达:

vue keep-alive(2):剖析keep-alive的实现原理—学习笔记整理

keep-alive包裹的组件是如何使用缓存的?

在patch阶段,会执行createComponent函数:

// src/core/vdom/patch.js 210行
function createComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i = vnode.data
if (isDef(i)) {
// isReactivated 标识组件是否重新激活 isDef =(v)=>v !== undefined && v !== null
const isReactivated = isDef(vnode.componentInstance) && i.keepAlive
if (isDef(i = i.hook) && isDef(i = i.init)) {
i(vnode, false /* hydrating */)
}
// after calling the init hook, if the vnode is a child component
// it should've created a child instance and mounted it. the child
// component also has set the placeholder vnode's elm.
// in that case we can just return the element and be done.
if (isDef(vnode.componentInstance)) {
// initComponent 将 vnode.elm 赋值为真实dom
initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
// insert 将组件的真实dom插入到父元素中。
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
if (isTrue(isReactivated)) {
reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
}
return true
}
}
}
  1. 在首次加载被包裹组件时,组件还没有初始化构造完成,vnode.componentInstance的值是undefined,keepAlive的值是true。因此isReactivated值为false。因为keep-alive组件作为父组件,它的render函数会先于被包裹组件执行;那么就只执行到i(vnode, false /* hydrating */),后面的逻辑不再执行;

  2. 再次访问被包裹组件时,vnode.componentInstance的值就是已经缓存的组件实例,那么会执行insert(parentElm, vnode.elm, refElm)逻辑,这样就直接把上一次的DOM插入到了父元素中。

init 函数

init 函数进行组件初始化,它是组件的一个钩子函数:

// 源码位置:src/core/vdom/create-component.js
const componentVNodeHooks = {
init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
if (
vnode.componentInstance &&
!vnode.componentInstance._isDestroyed &&
vnode.data.keepAlive
) {
// kept-alive components, treat as a patch
const mountedNode: any = vnode // work around flow
componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
} else {
const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
vnode,
activeInstance
)
child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
}
},
// ...
}

createComponentInstanceForVnode 内会 new Vue 构造组件实例并赋值到 componentInstance,随后调用 $mount 挂载组件。

reactivateComponent
  function reactivateComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i
// hack for #4339: a reactivated component with inner transition
// does not trigger because the inner node's created hooks are not called
// again. It's not ideal to involve module-specific logic in here but
// there doesn't seem to be a better way to do it.
let innerNode = vnode
while (innerNode.componentInstance) {
innerNode = innerNode.componentInstance._vnode
if (isDef(i = innerNode.data) && isDef(i = i.transition)) {
for (i = 0; i < cbs.activate.length; ++i) {
cbs.activate[i](emptyNode, innerNode)
}
insertedVnodeQueue.push(innerNode)
break
}
}
// unlike a newly created component,
// a reactivated keep-alive component doesn't insert itself
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
}

function insert (parent, elm, ref) {
if (isDef(parent)) {
if (isDef(ref)) {
if (nodeOps.parentNode(ref) === parent) {
nodeOps.insertBefore(parent, elm, ref)
}
} else {
nodeOps.appendChild(parent, elm)
}
}
}

所以在初始化渲染中,keep-alive 将A组件缓存起来,然后正常的渲染A组件。

缓存渲染

当切换到B组件,再切换回A组件时,A组件命中缓存被重新激活。

再次经历 patch 过程,keep-alive 是根据插槽获取当前的组件,那么插槽的内容又是如何更新实现缓存?

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// src/core/vdom/patch.js 714行
const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
// patch existing root node
patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
}

非初始化渲染时,patch 会调用 patchVnode 对比新旧节点。

// 源码位置:src/core/vdom/patch.js
function patchVnode (
oldVnode,
vnode,
insertedVnodeQueue,
ownerArray,
index,
removeOnly
) {
// ...
let i
const data = vnode.data
if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
i(oldVnode, vnode)
}
// ...

patchVnode 内会调用钩子函数 prepatch。

// 源码位置: src/core/vdom/create-component.js
prepatch (oldVnode: MountedComponentVNode, vnode: MountedComponentVNode) {
const options = vnode.componentOptions
const child = vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
updateChildComponent(
child,
options.propsData, // updated props
options.listeners, // updated listeners
vnode, // new parent vnode
options.children // new children
)
},

updateChildComponent 就是更新的关键方法,它里面主要是更新实例的一些属性:

// 源码位置:src/core/instance/lifecycle.js
export function updateChildComponent (
vm: Component,
propsData: ?Object,
listeners: ?Object,
parentVnode: MountedComponentVNode,
renderChildren: ?Array<VNode>
) {
// ...

// Any static slot children from the parent may have changed during parent's
// update. Dynamic scoped slots may also have changed. In such cases, a forced
// update is necessary to ensure correctness.
const needsForceUpdate = !!(
renderChildren || // has new static slots
vm.$options._renderChildren || // has old static slots
hasDynamicScopedSlot
)

// ...

// resolve slots + force update if has children
if (needsForceUpdate) {
vm.$slots = resolveSlots(renderChildren, parentVnode.context)
vm.$forceUpdate()
}
}

Vue.prototype.$forceUpdate = function () {
const vm: Component = this
if (vm._watcher) {
// 这里最终会执行 vm._update(vm._render)
vm._watcher.update()
}
}

从注释中可以看到 needsForceUpdate 是有插槽才会为 true,keep-alive 符合条件。首先调用 resolveSlots 更新 keep-alive 的插槽,然后调用 $forceUpdate 让 keep-alive 重新渲染,再走一遍 render。因为A组件在初始化已经缓存了,keep-alive 直接返回缓存好的A组件 VNode。VNode 准备好后,又来到了 patch 阶段。

function createComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i = vnode.data
if (isDef(i)) {
const isReactivated = isDef(vnode.componentInstance) && i.keepAlive
if (isDef(i = i.hook) && isDef(i = i.init)) {
i(vnode, false /* hydrating */)
}
// after calling the init hook, if the vnode is a child component
// it should've created a child instance and mounted it. the child
// component also has set the placeholder vnode's elm.
// in that case we can just return the element and be done.
if (isDef(vnode.componentInstance)) {
initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
if (isTrue(isReactivated)) {
reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
}
return true
}
}
}

A组件再次经历 createComponent 的过程,调用 init。

const componentVNodeHooks = {
init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
if (
vnode.componentInstance &&
!vnode.componentInstance._isDestroyed &&
vnode.data.keepAlive
) {
// kept-alive components, treat as a patch
const mountedNode: any = vnode // work around flow
componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
} else {
const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
vnode,
activeInstance
)
child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
}
},
}

这时将不再走 $mount 的逻辑,只调用 prepatch 更新实例属性。所以在缓存组件被激活时,不会执行 created 和 mounted 的生命周期函数。

回到 createComponent,此时的 isReactivated 为 true,调用 reactivateComponent:

function reactivateComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i
// hack for #4339: a reactivated component with inner transition
// does not trigger because the inner node's created hooks are not called
// again. It's not ideal to involve module-specific logic in here but
// there doesn't seem to be a better way to do it.
let innerNode = vnode
while (innerNode.componentInstance) {
innerNode = innerNode.componentInstance._vnode
if (isDef(i = innerNode.data) && isDef(i = i.transition)) {
for (i = 0; i < cbs.activate.length; ++i) {
cbs.activate[i](emptyNode, innerNode)
}
insertedVnodeQueue.push(innerNode)
break
}
}
// unlike a newly created component,
// a reactivated keep-alive component doesn't insert itself
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
}

最后调用 insert 插入组件的dom节点,至此缓存渲染流程完成。

keep-live钩子函数

一般的组件,每一次加载都会有完整的生命周期,即生命周期里面对应的钩子函数都会被触发,为什么被keep-alive包裹的组件却不是呢?

只执行一次钩子函数

一般的组件,每一次加载都会有完整的生命周期,即生命周期里面对应的钩子函数都会被触发,为什么被keep-alive包裹的组件却不是呢?

因为被缓存的组件实例会为其设置keepAlive = true,而在初始化组件钩子函数中:

// src/core/vdom/create-component.js
const componentVNodeHooks = {
init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
if (
vnode.componentInstance &&
!vnode.componentInstance._isDestroyed &&
vnode.data.keepAlive
) {
// kept-alive components, treat as a patch
const mountedNode: any = vnode // work around flow
componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
} else {
const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
vnode,
activeInstance
)
child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
}
}
// ...
}

可以看出,当vnode.componentInstance和keepAlive同时为truly值时,不再进入$mount过程,那mounted之前的所有钩子函数(beforeCreate、created、mounted)都不再执行。

可重复的activated

在patch的阶段,最后会执行invokeInsertHook函数,而这个函数就是去调用组件实例(VNode)自身的insert钩子:

// src/core/vdom/patch.js
function invokeInsertHook (vnode, queue, initial) {
if (isTrue(initial) && isDef(vnode.parent)) {
vnode.parent.data.pendingInsert = queue
} else {
for (let i = 0; i < queue.length; ++i) {
queue[i].data.hook.insert(queue[i]) // 调用VNode自身的insert钩子函数
}
}
}

再看insert钩子:

// src/core/vdom/create-component.js
const componentVNodeHooks = {
// init()
insert (vnode: MountedComponentVNode) {
const { context, componentInstance } = vnode
if (!componentInstance._isMounted) {
componentInstance._isMounted = true
callHook(componentInstance, 'mounted')
}
if (vnode.data.keepAlive) {
if (context._isMounted) {
queueActivatedComponent(componentInstance)
} else {
activateChildComponent(componentInstance, true /* direct */)
}
}
// ...
}

在这个钩子里面,调用了activateChildComponent函数递归地去执行所有子组件的activated钩子函数:

// src/core/instance/lifecycle.js
export function activateChildComponent (vm: Component, direct?: boolean) {
if (direct) {
vm._directInactive = false
if (isInInactiveTree(vm)) {
return
}
} else if (vm._directInactive) {
return
}
if (vm._inactive || vm._inactive === null) {
vm._inactive = false
for (let i = 0; i < vm.$children.length; i++) {
activateChildComponent(vm.$children[i])
}
callHook(vm, 'activated')
}
}

相反地,deactivated钩子函数也是一样的原理,在组件实例(VNode)的destroy钩子函数中调用deactivateChildComponent函数。

 

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