第208集：Vue 3异步更新队列深度解析

概述

在本集中，我们将深入剖析Vue 3异步更新队列的实现原理。异步更新是Vue响应式系统的核心特性之一，它确保了在数据变化时，DOM更新会被推迟到下一个事件循环中执行，从而实现批量更新，提高性能。理解异步更新队列的实现机制对于掌握Vue 3响应式系统至关重要。

异步更新队列核心架构

Vue 3异步更新队列主要包含以下核心模块：

  1. 队列调度器：负责调度和管理更新任务
  2. 微任务处理：利用微任务实现异步更新
  3. 批量更新：将多个更新任务合并为一个批次
  4. 队列刷新：执行队列中的所有更新任务
  5. 任务优先级：处理不同优先级的更新任务

源码目录结构

Vue 3异步更新队列的源码主要位于以下目录：

packages/
└── runtime-core/src/       # 运行时核心逻辑
    ├── scheduler.ts        # 调度器核心实现
    └── effect.ts           # 副作用处理，与调度器密切相关

核心源码解析

1. 调度器定义

调度器是异步更新队列的核心，定义在runtime-core/src/scheduler.ts中：

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 任务类型
 */
export interface SchedulerJob extends Function {
  id?: number
  active?: boolean
  computed?: boolean
  /**
   * 表示该任务是否应该在渲染之前运行
   */
  before?: boolean
}

/**
 * 任务队列
 */
const queue: SchedulerJob[] = []

/**
 * 正在执行的任务
 */
let activeJob: SchedulerJob | null = null

/**
 * 正在刷新队列
 */
let isFlushing = false

/**
 * 队列是否等待刷新
 */
let isFlushPending = false

/**
 * 下一个要执行的任务索引
 */
let flushIndex = 0

/**
 * 暂停执行的任务
 */
const pendingPreFlushCbs: SchedulerJob[] = []

/**
 * 正在执行的暂停任务索引
 */
let activePreFlushCbs: SchedulerJob[] | null = null

/**
 * 暂停执行的任务索引
 */
let preFlushIndex = 0

/**
 * 后置任务队列
 */
const pendingPostFlushCbs: SchedulerJob[] = []

/**
 * 正在执行的后置任务
 */
let activePostFlushCbs: SchedulerJob[] | null = null

/**
 * 后置任务索引
 */
let postFlushIndex = 0

/**
 * 当前时间戳
 */
let currentFlushPromise: Promise<void> | null = null

2. 队列调度

队列任务

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 将任务添加到队列
 * @param job 要添加的任务
 */
export function queueJob(job: SchedulerJob) {
  // 如果任务不在队列中
  if (!queue.includes(job)) {
    // 添加到队列
    queue.push(job)
    // 刷新队列
    queueFlush()
  }
}

刷新队列

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 刷新队列
 */
function queueFlush() {
  // 如果队列不在刷新中且不在等待刷新
  if (!isFlushing && !isFlushPending) {
    // 标记为等待刷新
    isFlushPending = true
    // 创建微任务，在下一个事件循环中刷新队列
    currentFlushPromise = Promise.resolve().then(flushJobs)
  }
}

3. 执行队列任务

刷新任务

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 刷新所有任务
 */
function flushJobs(seen?: CountMap) {
  // 标记为正在刷新
  isFlushPending = false
  isFlushing = true
  let job
  
  // 执行前置任务
  flushPreFlushCbs(seen)
  
  // 按照id排序任务，确保任务按照添加顺序执行
  queue.sort((a, b) => getId(a) - getId(b))
  
  // 遍历执行所有任务
  try {
    for (flushIndex = 0; flushIndex < queue.length; flushIndex++) {
      job = queue[flushIndex]
      if (job && job.active !== false) {
        // 执行任务
        callWithErrorHandling(job, null, ErrorCodes.SCHEDULER)
      }
    }
  } finally {
    // 重置flushIndex
    flushIndex = 0
    // 清空队列
    queue.length = 0
    
    // 执行后置任务
    flushPostFlushCbs(seen)
    
    // 重置状态
    isFlushing = false
    currentFlushPromise = null
    
    // 如果在执行任务过程中又添加了新任务，递归刷新队列
    if (pendingPreFlushCbs.length || pendingPostFlushCbs.length || queue.length) {
      flushJobs(seen)
    }
  }
}

/**
 * 获取任务id
 * @param job 任务
 * @returns 任务id
 */
function getId(job: SchedulerJob): number {
  return job.id == null ? Infinity : job.id
}

4. 前置任务和后置任务

前置任务

前置任务在组件更新之前执行，用于处理watch等副作用：

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 添加前置任务
 * @param cb 前置任务
 * @param instance 组件实例
 */
export function queuePreFlushCb(cb: SchedulerJob, instance?: ComponentInternalInstance | null) {
  // 如果任务不在前置任务队列中
  if (!pendingPreFlushCbs.includes(cb)) {
    // 添加到前置任务队列
    pendingPreFlushCbs.push(cb)
    // 刷新队列
    queueFlush()
  }
}

/**
 * 刷新前置任务
 * @param seen 已执行的任务
 */
function flushPreFlushCbs(seen?: CountMap) {
  // 如果有前置任务
  if (pendingPreFlushCbs.length) {
    // 去重前置任务
    const deduped = [...new Set(pendingPreFlushCbs)]
    // 清空前置任务队列
    pendingPreFlushCbs.length = 0
    
    // 如果正在执行后置任务，将前置任务添加到后置任务队列的前面
    if (activePostFlushCbs) {
      // 如果正在执行后置任务，需要将前置任务添加到后置任务队列的前面
      activePostFlushCbs.push(...deduped)
      return
    }
    
    // 按照id排序前置任务
    deduped.sort((a, b) => getId(a) - getId(b))
    // 标记为正在执行前置任务
    activePreFlushCbs = deduped
    
    // 执行所有前置任务
    for (preFlushIndex = 0; preFlushIndex < activePreFlushCbs.length; preFlushIndex++) {
      activePreFlushCbs[preFlushIndex]()
    }
    
    // 重置状态
    activePreFlushCbs = null
    preFlushIndex = 0
  }
}

后置任务

后置任务在组件更新之后执行，用于处理updated钩子等：

// packages/runtime-core/src/scheduler.ts
/**
 * 添加后置任务
 * @param cb 后置任务
 * @param instance 组件实例
 */
export function queuePostFlushCb(cb: SchedulerJob, instance?: ComponentInternalInstance | null) {
  // 如果任务不在后置任务队列中
  if (!pendingPostFlushCbs.includes(cb)) {
    // 添加到后置任务队列
    pendingPostFlushCbs.push(cb)
    // 刷新队列
    queueFlush()
  }
}

/**
 * 刷新后置任务
 * @param seen 已执行的任务
 */
function flushPostFlushCbs(seen?: CountMap) {
  // 如果有后置任务
  if (pendingPostFlushCbs.length) {
    // 去重后置任务
    const deduped = [...new Set(pendingPostFlushCbs)]
    // 清空后置任务队列
    pendingPostFlushCbs.length = 0
    
    // 按照id排序后置任务
    deduped.sort((a, b) => getId(a) - getId(b))
    // 标记为正在执行后置任务
    activePostFlushCbs = deduped
    
    // 执行所有后置任务
    for (postFlushIndex = 0; postFlushIndex < activePostFlushCbs.length; postFlushIndex++) {
      activePostFlushCbs[postFlushIndex]()
    }
    
    // 重置状态
    activePostFlushCbs = null
    postFlushIndex = 0
  }
}

5. 与Effect的集成

异步更新队列与Effect系统密切相关，当响应式数据变化时，会触发Effect，Effect会通过调度器将更新任务添加到队列中：

// packages/reactivity/src/effect.ts
/**
 * 副作用类
 */
export class ReactiveEffect<T = any> {
  // 副作用函数
  fn: () => T
  // 调度器
  scheduler?: EffectScheduler
  // ... 其他属性
  
  /**
   * 运行副作用
   */
  run() {
    // ... 副作用运行逻辑
  }
  
  /**
   * 停止副作用
   */
  stop() {
    // ... 停止副作用逻辑
  }
}

/**
 * 创建副作用
 * @param fn 副作用函数
 * @param options 副作用选项
 * @returns 副作用运行器
 */
export function effect<T = any>(
  fn: () => T,
  options?: ReactiveEffectOptions
): ReactiveEffectRunner {
  // 创建副作用实例
  const _effect = new ReactiveEffect(fn)
  
  // 如果有调度器，使用调度器
  if (options) {
    // ... 应用选项
    if (options.scheduler) {
      _effect.scheduler = options.scheduler
    }
    // ... 其他选项
  }
  
  // 运行副作用
  _effect.run()
  
  // 返回副作用运行器
  const runner = _effect.run.bind(_effect) as ReactiveEffectRunner
  runner.effect = _effect
  return runner
}

在渲染器中，会为组件的更新函数设置调度器：

// packages/runtime-core/src/renderer.ts
/**
 * 设置渲染效果
 * @param instance 组件实例
 * @param initialVNode 初始VNode
 * @param container 容器
 * @param anchor 锚点
 * @param parentSuspense 父悬念
 * @param namespace 命名空间
 * @param slotScopeIds 插槽作用域id
 * @param optimized 是否优化
 */
const setupRenderEffect = (instance: ComponentInternalInstance, initialVNode: VNode, container: RendererElement, anchor: RendererNode | null, parentSuspense: SuspenseBoundary | null, namespace: RendererNamespace | null, slotScopeIds: string[] | null, optimized: boolean) => {
  // 创建渲染效果
  instance.update = effect(function componentEffect() {
    // ... 组件更新逻辑
  }, {
    scheduler: queueJob, // 使用调度器
    onTrack: instance.rtc && instance.rtc.onTrack,
    onTrigger: instance.rtc && instance.rtc.onTrigger
  })
}

6. 异步更新流程

当响应式数据变化时，异步更新流程如下：

  1. 数据变化：响应式数据发生变化
  2. 触发Effect：响应式系统检测到数据变化，触发相关Effect
  3. 调度任务：Effect通过调度器将更新任务添加到队列
  4. 创建微任务：如果队列未在刷新中，创建微任务
  5. 执行微任务：下一个事件循环中执行微任务
  6. 刷新队列：执行队列中的所有更新任务
  7. 执行前置任务：执行watch等前置任务
  8. 执行更新任务：执行组件更新等主任务
  9. 执行后置任务：执行updated等后置任务
  10. 检查新任务：如果执行过程中添加了新任务，递归刷新队列

异步更新的实际应用

1. 批量更新

异步更新队列的核心优势是批量更新，将多个数据变化合并为一个批次更新：

// 示例：批量更新
const { reactive, watchEffect } = Vue

const state = reactive({
  count: 0,
  message: 'Hello'
})

watchEffect(() => {
  console.log('更新:', state.count, state.message)
})

// 以下三个更新会被合并为一个批次
state.count++
state.message = 'World'
state.count++

// 输出：更新: 2 World
// 而不是：
// 更新: 1 Hello
// 更新: 1 World
// 更新: 2 World

2. 手动触发更新

在某些情况下，可能需要手动触发更新，这时可以使用nextTick：

// 示例：使用nextTick
const { createApp, ref, nextTick } = Vue

const app = createApp({
  setup() {
    const count = ref(0)
    
    const increment = async () => {
      count.value++
      // 此时DOM尚未更新
      console.log('DOM更新前:', document.getElementById('count').textContent) // 输出: 0
      
      // 等待下一个事件循环，DOM更新完成
      await nextTick()
      // 此时DOM已更新
      console.log('DOM更新后:', document.getElementById('count').textContent) // 输出: 1
    }
    
    return {
      count,
      increment
    }
  },
  template: `<div id="count">{{ count }}</div><button @click="increment">Increment</button>`
})

app.mount('#app')

3. 监听数据变化

使用watch监听数据变化时，也会利用异步更新队列：

// 示例：使用watch
const { reactive, watch } = Vue

const state = reactive({
  count: 0
})

watch(
  () => state.count,
  (newValue, oldValue) => {
    console.log(`count从${oldValue}变为${newValue}`)
  }
)

// 以下两个更新会被合并
state.count++
state.count++

// 输出：count从0变为2

性能优化建议

  1. 利用批量更新：避免在短时间内频繁修改大量响应式数据，尽量批量修改
  2. 合理使用nextTick：在需要访问更新后的DOM时，使用nextTick，避免强制刷新
  3. 优化watch：对于频繁变化的数据，使用watch的flush选项控制更新时机
  4. 避免同步更新：尽量避免在响应式数据变化时同步执行大量DOM操作
  5. 使用computed：对于复杂计算，使用computed缓存计算结果，避免重复计算

总结

本集深入剖析了Vue 3异步更新队列的源码实现，包括调度器、微任务处理、批量更新和任务优先级等核心机制。异步更新队列是Vue响应式系统的重要组成部分，它确保了在数据变化时，DOM更新会被推迟到下一个事件循环中执行，从而实现批量更新，提高性能。

理解异步更新队列的实现机制对于掌握Vue 3响应式系统至关重要。通过合理利用异步更新队列，我们可以编写出更高效、更流畅的Vue应用。

在后续的源码解析系列中，我们将继续深入探讨Vue 3的其他核心模块，包括服务端渲染源码、自定义渲染器原理等。

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