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Vue 編譯之美：AST 優(yōu)化！極大地提升了運行效率

以下文章來源于不愛吃貓的魚er ，作者不愛吃貓的魚er

前言
我們簡單回顧一下，parse 的目的是將開發(fā)者寫的 template 模板字符串轉換成抽象語法樹 AST ，AST 就這里來說就是一個樹狀結構的 JavaScript 對象，描述了這個模板，這個對象包含了每一個元素的上下文關系。那么整個 parse 的過程是利用很多正則表達式順序解析模板，當解析到開始標簽、閉合標簽、文本的時候都會分別執(zhí)行對應的回調函數(shù)，來達到構造 AST 樹的目的。

當我們的 template 被轉換為 AST 之后，接下來我們需要對這棵 AST 語法樹做優(yōu)化。

為什么要做優(yōu)化？

在源碼的注釋中找到了下面這段話：

Goal of the optimizer: walk the generated template AST tree and detect sub-trees that are purely static, i.e. parts of the DOM that never needs to change. Once we detect these sub-trees, we can:

Hoist them into constants, so that we no longer need to create fresh nodes for them on each re-render;
Completely skip them in the patching process.
簡單理解就是：

永遠不需要變化的 DOM 就是靜態(tài)的。
重新渲染時，作為常量，無需創(chuàng)建新節(jié)點；
因為我們知道 Vue 是一個數(shù)據(jù)驅動視圖的響應式框架，但是在開發(fā)者書寫的 template 中，也不是所有的數(shù)據(jù)都是響應式的，有很多的數(shù)據(jù)在首屏渲染完之后就永遠不在變化，數(shù)據(jù)不在變化也就意味著 DOM 不在變化，所以在后續(xù)的更新過程進行 patch時完全可以直接跳過他們的比對，從而來提升效率。

接下來我們開始 optimize 源碼之旅！看看源碼中是如何去優(yōu)化模型樹的？

optimize
template 在經過解析之后，就會進行優(yōu)化操作。首先這里有一個小邏輯，會判斷是否需要進行優(yōu)化？只有當options.optimize !== false時才會進行優(yōu)化。

這里拋出幾個小問題？options.optimize為什么需要進行這樣的判斷？并且如何能關閉模型樹優(yōu)化的操作？什么情況下會關閉模型樹的優(yōu)化？

var ast = parse(template.trim(), options);
if (options.optimize !== false) {
  optimize(ast, options);
}
再往下，進入到optimize函數(shù)，代碼很清楚，優(yōu)化主要做兩件事情：

markStatic$1(root) 標記靜態(tài)節(jié)點
markStaticRoots(root, false) 標記靜態(tài)根
function optimize (root, options) {
  if (!root) { return }
  isStaticKey = genStaticKeysCached(options.staticKeys || '');
  isPlatformReservedTag = options.isReservedTag || no;
  // 第一步：標記所有靜態(tài)節(jié)點。
  markStatic$1(root);
  // 第二步：標記靜態(tài)根
  markStaticRoots(root, false);
}
在進行優(yōu)化操作之前會有兩個變量的賦值。

isStaticKey
獲取 genStaticKeysCached 函數(shù)返回值, 獲取 makeMap 函數(shù)返回值引用 。

isStaticKey = genStaticKeysCached(options.staticKeys || '');
這里簡單了解一下涉及到的 makeMap 函數(shù)：

makeMap 函數(shù)首先根據(jù)一個字符串生成一個 map，然后根據(jù)該 map 產生一個新函數(shù)，新函數(shù)接收一個字符串參數(shù)作為 key，如果這個 key 在 map 中則返回 true，否則返回 undefined。
str 一個以逗號分隔的字符串 、expectsLowerCase 是否小寫
makeMap 函數(shù)返回值是一個根據(jù)生成的 map 產生的函數(shù)
function makeMap(str, expectsLowerCase) {
    var map = Object.create(null);
    var list = str.split(',');
    for (var i = 0; i < list.length; i++) {
            map[list[i]] = true;
    }
    return expectsLowerCase ?
        function(val) {
           return map[val.toLowerCase()];
        } :
        function(val) {
           return map[val];
        }
}

function genStaticKeys$1 (keys) {
  return makeMap(
    'type,tag,attrsList,attrsMap,plain,parent,children,attrs,start,end,rawAttrsMap' +
    (keys ? ',' + keys : '')
  )
}

function cached (fn) {
  var cache = Object.create(null);
  return (function cachedFn (str) {
    var hit = cache[str];
    return hit || (cache[str] = fn(str))
  })
}

var genStaticKeysCached = cached(genStaticKeys$1);
這里聊一個題外話，如果你認真看上面這段代碼，你會發(fā)現(xiàn)，這里大量使用了閉包，保護和保存數(shù)據(jù)。這也告訴我們在diao的框架，其實底層也是簡單易懂的一些基礎思想。

isStaticKey 的值就是利用 makeMap 的返回引用做值的判斷。判斷節(jié)點的屬性是否在相對于的范圍內：例如有這樣一個 template：

 <div></div>
然后parse完之后變成這樣一個描述對象，所有屬性通過 isStaticKey 判斷之后，都在上面列出的屬性范圍中，都是靜態(tài)屬性，所以這就是一個靜態(tài)節(jié)點。

{
  "type": 1,
  "tag": "div",
  "attrsList": [],
  "attrsMap": {},
  "rawAttrsMap": {},
  "children": [],
  "start": 0,
  "end": 11,
  "plain": true
}
另外一個屬性是 isPlatformReservedTag。

isPlatformReservedTag
isPlatformReservedTag 用于獲取編譯器選項 isReservedTag 的引用，檢查給定的字符是否是保留的標簽。

isPlatformReservedTag = options.isReservedTag || no;

isReservedTag函數(shù)如下，用這個函數(shù)來判斷是否是保留標簽，如果一個標簽是 html標簽或者是 svg標簽，那么這個標簽就是保留標簽。

HTML 保留標簽
'html,body,base,head,link,meta,style,title,'+ 'address,article,aside,footer,header,h1,h2,h3,h4,h5,h6,hgroup,nav,section,'+ 'div,dd,dl,dt,figcaption,figure,picture,hr,img,li,main,ol,p,pre,ul,'+ 'a,b,abbr,bdi,bdo,br,cite,code,data,dfn,em,i,kbd,mark,q,rp,rt,rtc,ruby,'+ 's,samp,small,span,strong,sub,sup,time,u,var,wbr,area,audio,map,track,video,'+ 'embed,object,param,source,canvas,script,noscript,del,ins,'+ 'caption,col,colgroup,table,thead,tbody,td,th,tr,'+ 'button,datalist,fieldset,form,input,label,legend,meter,optgroup,option,'+ 'output,progress,select,textarea,'+
'details,dialog,menu,menuitem,summary,'+ 'content,element,shadow,template,blockquote,iframe,tfoot'

SVG 保留標簽
'svg,animate,circle,clippath,cursor,defs,desc,ellipse,filter,font-face,'+ 'foreignObject,g,glyph,image,line,marker,mask,missing-glyph,path,pattern,'+ 'polygon,polyline,rect,switch,symbol,text,textpath,tspan,use,view',

var isReservedTag = function(tag) {
 return isHTMLTag(tag) || isSVG(tag)
};
并且在后續(xù)的節(jié)點標記中會被用到。我們再接著往下看，重點來了。

標記靜態(tài)節(jié)點
function markStatic$1 (node) {
  // ①
  node.static = isStatic(node);
  // ②
  if (node.type === 1) {
    if (
      !isPlatformReservedTag(node.tag) &&
      node.tag !== 'slot' &&
      node.attrsMap['inline-template'] == null
    ) {
      return
    }
    for (var i = 0, l = node.children.length; i < l; i++) {
      var child = node.children[i];
      markStatic$1(child);
      if (!child.static) {
        node.static = false;
      }
    }
    if (node.ifConditions) {
      for (var i$1 = 1, l$1 = node.ifConditions.length; i$1 < l$1; i$1++) {
        var block = node.ifConditions[i$1].block;
        markStatic$1(block);
        if (!block.static) {
          node.static = false;
        }
      }
    }
  }
}
①：判斷節(jié)點狀態(tài)并標記
第一步，判斷階段狀態(tài)并標記。在這給 AST 元素節(jié)點擴展了static屬性，通過 isStatic方法調用后返回值，確認哪些節(jié)點是靜態(tài)的，哪些是動態(tài)的。

node.static = isStatic(node);
那在 Vue 中哪些節(jié)點算是動態(tài)的，哪些階段算是靜態(tài)的？我們先回顧一下上一篇文章在講生成 AST 時，給每一個元素節(jié)點標記type類型，一種有type類型幾種？

沒錯是三種。

type = 1的基礎元素節(jié)點
type = 2含有expression和tokens的文本節(jié)點
type = 3的純文本節(jié)點或者是注釋節(jié)點
child = {
  type: 1,
  tag:"div",
  parent: null,
  children: [],
  attrsList: []
};

child = {
  type: 2,
  expression: res.expression,
  tokens: res.tokens,
  text: text
};

child = {
  type: 3,
  text: text
};
child = {
  type: 3,
  text: text,
  isComment: true
};
isStatic函數(shù)會根據(jù)元素的 type和元素的屬性進行節(jié)點動靜態(tài)的判斷。

如果type = 2說明這一點是一個動態(tài)節(jié)點，因為包含表達式
如果type = 3說明可能是純文本節(jié)點或者是注釋節(jié)點，可以標記為靜態(tài)節(jié)點
如果元素節(jié)點有：
pre 屬性，使用了 v-pre指令，標記為靜態(tài)節(jié)點
如果沒有動態(tài)綁定，沒有使用v-if、v-for，不是內置標簽（slot,component），是平臺保留標簽（HTML 標簽和 SVG 標簽），不是 template 標簽的直接子元素并且沒有包含在 for 循環(huán)中，節(jié)點包含的屬性只能有 isStaticKey 中指定的幾個，那么就標記為靜態(tài)節(jié)點。
現(xiàn)在就知道在什么情況下， Vue 會將一個節(jié)點標記為動態(tài)節(jié)點，什么時候會將一個節(jié)點標記為靜態(tài)節(jié)點。

并且在這里也利用到了上面初始賦值的兩個變量，isPlatformReservedTag和 isStaticKey，分別用來判斷是否是平臺保留標簽（HTML 標簽和 SVG 標簽）和間距判斷節(jié)點的屬性只能有 isStaticKey 中指定的幾個。

function isStatic(node) {
    if (node.type === 2) {
       return false
    }
    if (node.type === 3) {
       return true
    }
    return !!(node.pre || (
        !node.hasBindings && // no dynamic bindings
        !node.if && !node.for && // not v-if or v-for or v-else
        !isBuiltInTag(node.tag) && // not a built-in
        isPlatformReservedTag(node.tag) && // not a component
        !isDirectChildOfTemplateFor(node) &&
        Object.keys(node).every(isStaticKey)
    ))
}
標記完節(jié)點，我們接下往下看。

②：基礎元素節(jié)點的處理
來到第二步，這里處理的是節(jié)點類型 type = 1的節(jié)點。也就是我們的元素節(jié)點。

對于我們的元素節(jié)點，如果不是平臺保留標簽（HTML 標簽和 SVG 標簽、不是 slot 標簽、節(jié)點是 inline-template那么就會直接返回。

inline-template ：內聯(lián)模板，一般很少被用到，它是一個特殊的 attribute ，當出現(xiàn)在一個子組件上時，這個組件將會使用其里面的內容作為模板，而不是將其作為被分發(fā)的內容。這使得模板的撰寫工作更加靈活。但是，在 Vue 3.0 版本去掉了這個內聯(lián)模板，原因在于 inline-template 會讓模板的作用域變得更加難以理解。所以作為最佳實踐，請在組件內優(yōu)先選擇 template 選項或 .vue 文件里的一個 <template> 元素來定義模板。

然后通過 node.children 找到子節(jié)點，遞歸子節(jié)點。如果子節(jié)點非靜態(tài)，那么該節(jié)點也標注非靜態(tài) 。這塊設計的不太合理有更多好的優(yōu)化方案，在 Vue3.0 做了優(yōu)化，編譯階段對靜態(tài)模板的分析，編譯生成了 Block tree。Block tree 是一個將模版基于動態(tài)節(jié)點指令切割的嵌套區(qū)塊，每個區(qū)塊內部的節(jié)點結構是固定的，而且每個區(qū)塊只需要以一個 Array 來追蹤自身包含的動態(tài)節(jié)點。借助 Block tree，Vue.js 將 vnode 更新性能由與模版整體大小相關提升為與動態(tài)內容的數(shù)量相關，這是一個非常大的性能突破。

 if (!child.static) {
   node.static = false;
 }

最后判斷如果節(jié)點的 ifConditions 不為空，則遍歷 ifConditions拿到所有條件中的 block，block 其實也就是它們對應的 AST 節(jié)點，遞歸執(zhí)行 markStatic。在這些遞歸過程中，一旦子節(jié)點有不是 static 的情況，則它的父節(jié)點的 static 均變成 false。

ifConditions 是撒？

ifConditions 其實是 if 條件的集合，例如有一個模板如下：

<div>
  <div v-if={show}>hello, {{ text }}，{{ message }}</div>
  <div v-else-if={show1}>hello, world</div>
  <div v-else>撒也沒有！</div>
</div>
那在 parse階段就會在的 AST 節(jié)點中就會給相對于元素的ifConditions添加關聯(lián)的所有判斷集合。



并且每一個ifConditions元素 的block描述就是判斷的節(jié)點內容。



接下來看下 markStaticRoots。

標記靜態(tài)根
function markStaticRoots (node: ASTNode, isInFor: boolean) {
  if (node.type === 1) {
    if (node.static || node.once) {
      node.staticInFor = isInFor
    }
    if (node.static && node.children.length && !(
      node.children.length === 1 &&
      node.children[0].type === 3
    )) {
      node.staticRoot = true
      return
    } else {
      node.staticRoot = false
    }
    if (node.children) {
      for (let i = 0, l = node.children.length; i < l; i++) {
        markStaticRoots(node.children[i], isInFor || !!node.for)
      }
    }
    if (node.ifConditions) {
      for (let i = 1, l = node.ifConditions.length; i < l; i++) {
        markStaticRoots(node.ifConditions[i].block, isInFor)
      }
    }
  }
}
標記靜態(tài)根節(jié)點，整體邏輯大致分為三步：

第一步，已經是 static 的節(jié)點或者是 v-once 指令的節(jié)點，設置 node.staticInFor = isInFor。
第二步，對于 staticRoot 的判斷邏輯。
第三步，遍歷 children 以及 ifConditions，遞歸執(zhí)行 markStaticRoots。
注意這里的根節(jié)點不一定就是 template 最外層的節(jié)點，也可能是內部的節(jié)點。

什么節(jié)點會成為靜態(tài)根？
從源碼來看，一個節(jié)點要想成為靜態(tài)根，必須滿足以下幾個條件：

自生是一個靜態(tài)節(jié)點
包含子元素
子節(jié)點不能僅為一個文本節(jié)點（排除注釋節(jié)點，原因在于除非手動開啟保留注釋，否則注釋節(jié)點不會存在）
為什么子節(jié)點不能僅為一個文本節(jié)點？
當只有純文本的子節(jié)點時，它是一個靜態(tài)節(jié)點，但是不是一個靜態(tài)根節(jié)點。這是為什么？Vue 官方說明是，如果子節(jié)點只有一個純文本節(jié)點，如果優(yōu)化的話，帶來的成本就比好處多了，所以就不優(yōu)化。

具體為什么不優(yōu)化了，大家可以思考一下？

標記靜態(tài)節(jié)點和靜態(tài)根節(jié)點有什么區(qū)別？
回顧之前這兩個標記函數(shù)，發(fā)現(xiàn)是先將每一個節(jié)點都處理了，給每一個節(jié)點都加上標記之后，然后利用節(jié)點的狀態(tài)來判斷根節(jié)點的狀態(tài)。這樣可以利用子節(jié)點反推根節(jié)點。這就好比：「一個組內部大家都是前端開發(fā)，那么間接可以推斷，這個組的小組長也是前端開發(fā)（當然不是絕對的哈，只是比方）」。

靜態(tài)根節(jié)點和靜態(tài)節(jié)點有一種大包小感覺，利用靜態(tài)節(jié)點的標記函數(shù)，間接給靜態(tài)根節(jié)點的標記函數(shù)服務。并且通過靜態(tài)節(jié)點的標記函數(shù)添加的 static 屬性，并不會在后續(xù) DOM 的處理和 render 上使用。但是通過靜態(tài)根節(jié)點的標記函數(shù)添加的 staticRoot 屬性會在 render中使用。

總結
至此分析完了 optimize 的過程。

optimize前 AST 是這樣的：



optimize后 AST 多了static和staticRoot標記：



整個optimize 的過程，就是深度遍歷這個 AST 樹，去檢測它的每一棵子樹是不是靜態(tài)節(jié)點，如果是靜態(tài)節(jié)點表示生成的 DOM 永遠不需要改變，這對運行時對模板的更新起到極大的優(yōu)化作用，提升了運行效率。

參考
https://cn.vuejs.org/v2/guide/components-edge-cases.html#內聯(lián)模板
https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=326#/detail/pc?id=4054
https://zhuanlan.zhihu.com/p/77479581
https://ustbhuangyi.github.io/vue-analysis/v2/compile/optimize.html#標記靜態(tài)節(jié)點
https://zhuanlan.zhihu.com/p/93571008
https://zhuanlan.zhihu.com/p/93604511

作者：不愛吃貓的魚er

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