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Vue组件实现原理详细分析

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1.渲染组件

从用户的角度来看，一个有状态的组件实际上就是一个选项对象。

const Componetn = {
    name: "Button",
    data() {
        return {
            val: 1
        }
    }
}

而对于渲染器来说，一个有状态的组件实际上就是一个特殊的vnode。

const vnode = {
    type: Component,
    props: {
        val: 1
    },
}

通常来说，组件渲染函数的返回值必须是其组件本身的虚拟DOM。

const Component = {
    name: "Button",
    render() {
        return {
            type: 'button',
            children: '按钮'
        }
    }
}

这样在渲染器中，就可以调用组件的render方法来渲染组件了。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render } = componentOptions;
    const subTree = render();
    patch(null, subTree, container, anchor);
}

2.组件的状态与自更新

在组件中，我们约定组件使用data函数来定义组件自身的状态，同时可以在渲染函数中，调用this访问到data中的状态。

const Component = {
    name: "Button",
    data() {
        return {
            val: 1
        }
    }
    render() {
        return {
            type: 'button',
            children: `${this.val}`
        }
    }
}
function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data } = componentOptions;
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    effect(() => {
        const subTree = render.call(state,state); // 将data本身指定为render函数调用过程中的this
    	patch(null, subTree, container, anchor);
    });
}

但是，响应式数据修改的同时，相对应的组件也会重新渲染，当多次修改组件状态时，组件将会连续渲染多次，这样的性能开销明显是很大的。因此，我们需要实现一个任务缓冲队列，来让组件渲染只会运行在最后一次修改操作之后。

const queue = new Set();
let isFlushing = false;
const p = Promise.resolve();
function queueJob(job) {
    queue.add(job);
    if(!isFlushing) {
        isFlushing = true;
        p.then(() => {
            try {
                queue.forEach(job=>job());
            } finally {
                isFlushing = false;
                queue.length = 0;
            }
        })
    }
}
function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data } = componentOptions;
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    effect(() => {
        const subTree = render.call(state,state); // 将data本身指定为render函数调用过程中的this
    	patch(null, subTree, container, anchor);
    }, {
        scheduler: queueJob
    });
}

3.组件实例和生命周期

组件实例实际上就是一个状态合集，它维护着组件运行过程中的所有状态信息。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data } = componentOptions;
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    const instance = {
        state,
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    vnode.component = instance;
    effect(() => {
        const subTree = render.call(state,state); // 将data本身指定为render函数调用过程中的this
    	if(!instance.isMounted) {
            patch(null, subTree, container, anchor);
            instance.isMounted = true;
		} else{
            ptach(instance.subTree, subTree, container, anchor);
        }
        instance.subTree = subTree; // 更新组件实例
    }, {
        scheduler: queueJob
    });
}

因为isMounted这个状态可以区分组件的挂载和更新，因此我们可以在这个过程中，很方便的插入生命周期钩子。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data, beforeCreate, created, beforeMount, mounted, beforeUpdate, updated } = componentOptions;
    beforeCreate && beforeCreate(); // 在状态创建之前，调用beforeCreate钩子
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    const instance = {
        state,
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    vnode.component = instance;
    created && created.call(state); // 状态创建完成后，调用created钩子
    effect(() => {
        const subTree = render.call(state,state); // 将data本身指定为render函数调用过程中的this
    	if(!instance.isMounted) { 
            beforeMount && beforeMount.call(state); // 挂载到真实DOM前，调用beforeMount钩子
            patch(null, subTree, container, anchor);
            instance.isMounted = true;
            mounted && mounted.call(state); // 挂载到真实DOM之后，调用mounted钩子
		} else{
            beforeUpdate && beforeUpdate.call(state); // 组件更新状态挂载到真实DOM之前，调用beforeUpdate钩子
            ptach(instance.subTree, subTree, container, anchor);
        	updated && updated.call(state); // 组件更新状态挂载到真实DOM之后，调用updated钩子
        }
        instance.subTree = subTree; // 更新组件实例
    }, {
        scheduler: queueJob
    });
}

4.props与组件状态的被动更新

通常，我们会指定组件接收到的props。因此，对于一个组件的props将会有两部分的定义：传递给组件的props和组件定义的props。

const Component = {
    name: "Button",
    props: {
        name: String
    }
}
function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data, props: propsOptions, beforeCreate, created, beforeMount, mounted, beforeUpdate, updated } = componentOptions;
    beforeCreate && beforeCreate(); // 在状态创建之前，调用beforeCreate钩子
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    // 调用 resolveProps 函数解析出最终的 props 数据与 attrs 数据
    const [props, attrs] = resolveProps(propsOptions, vnode.props);
    const instance = {
        state,
        // 将解析出的 props 数据包装为 shallowReactive 并定义到组件实例上
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    vnode.component = instance;
    // ...
}
function resolveProps(options, propsData) {
    const props = {}; // 存储定义在组件中的props属性
    const attrs = {}; // 存储没有定义在组件中的props属性
    for(const key in propsData ) {
    	if(key in options) {
            props[key] = propsData[key];
        } else {
            attrs[key] = propsData[key];
        }
    }
    return [props, attrs];
}

我们把由父组件自更新所引起的子组件更新叫作子组件的被动更新。当子组件发生被动更新时，我们需要做的是：

function patchComponet(n1, n2, container) {
 	const instance = (n2.component = n1.component);
    const { props } = instance;
    if(hasPropsChanged(n1.props, n2.props)) {
        // 检查是否需要更新props
        const [nextProps] = resolveProps(n2.type.props, n2.props);
        for(const k in nextProps) {
            // 更新props
            props[k] = nextProps[k];
        }
        for(const k in props) {
            // 删除没有的props
            if(!(k in nextProps)) delete props[k];
        }
    }
}
function hasPropsChanged( prevProps, nextProps) {
    const nextKeys = Object.keys(nextProps);
    if(nextKeys.length !== Object.keys(preProps).length) {
        // 如果新旧props的数量不对等，说明新旧props有改变
        return true;
    }
    for(let i = 0; i < nextKeys.length; i++) {
        // 如果新旧props的属性不对等，说明新旧props有改变
        const key = nextKeys[i];
        if(nextProps[key] !== prevProps[key]) return true;
    }
    return false;
}

由于props数据与组件本身的数据都需要暴露到渲染函数中，并使渲染函数能够通过this访问它们，因此我们需要封装一个渲染上下文对象。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    // ...
    const instance = {
        state,
        // 将解析出的 props 数据包装为 shallowReactive 并定义到组件实例上
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    vnode.component = instance;
    const renderContext = next Proxy(instance, {
        get(t, k, r) {
            const {state, props} = t;
            if(state && k in state) {
                return state[k];
            } else if (k in props) [
                return props[k];
            ] else {
                console.error("属性不存在");
            }
        },
        set(t, k, v, r) {
            const { state, props } = t;
            if(state && k in state) {
                state[k] = v;
            } else if(k in props) {
                props[k] = v;
            } else {
                console.error("属性不存在");
            }
        }
    });
    // 生命周期函数调用时要绑定渲染上下文对象
    created && created.call(renderContext);
    // ...
}

5.setup函数的作用与实现

setup函数时Vue3新增的组件选项，有别于Vue2中的其他组件选项，setup函数主要用于配合组合式API，为用户提供一个地方，用于创建组合逻辑、创建响应式数据、创建通用函数、注册生命周期钩子等。在组件的整个生命周期中，setup函数只会在被挂载的时候执行一次，它的返回值可能有两种情况：

此外，setup函数接收两个参数。第一个参数是props数据对象，另一个是setupContext是和组件接口相关的一些重要数据。

cosnt { slots, emit, attrs, expose } = setupContext;
/**
	slots: 组件接收到的插槽
	emit： 一个函数，用来发射自定义事件
	attrs：没有显示在组件的props中声明的属性
	expose：一个函数，用来显式地对外暴露组件数据
*/

下面我们来实现一下setup组件选项。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data, setup, /* ... */ } = componentOptions;
    beforeCreate && beforeCreate(); // 在状态创建之前，调用beforeCreate钩子
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    const [props, attrs] = resolveProps(propsOptions, vnode.props);
    const instance = {
        state,
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    const setupContext = { attrs };
    const setupResult = setup(shallowReadOnly(instance.props), setupContext);
    let setupState = null;
    if(typeof setResult === 'function') {
        if(render) console.error('setup函数返回渲染函数，render选项将被忽略');
        render = setupResult;
    } else {
        setupState = setupResult;
    }
    vnode.component = instance;
    const renderContext = next Proxy(instance, {
        get(t, k, r) {
            const {state, props} = t;
            if(state && k in state) {
                return setupState[k]; // 增加对setupState的支持
            } else if (k in props) [
                return props[k];
            ] else {
                console.error("属性不存在");
            }
        },
        set(t, k, v, r) {
            const { state, props } = t;
            if(state && k in state) {
                setupState[k] = v; // 增加对setupState的支持
            } else if(k in props) {
                props[k] = v;
            } else {
                console.error("属性不存在");
            }
        }
    });
    // 生命周期函数调用时要绑定渲染上下文对象
    created && created.call(renderContext);
}

6.组件事件和emit的实现

在组件中，我们可以使用emit函数发射自定义事件。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    const componentOptions = vnode.type;
    const { render, data, setup, /* ... */ } = componentOptions;
    beforeCreate && beforeCreate(); // 在状态创建之前，调用beforeCreate钩子
    const state = reactive(data); // 将data封装成响应式对象
    const [props, attrs] = resolveProps(propsOptions, vnode.props);
    const instance = {
        state,
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null // 组件实例
    }
    function emit(event, ...payload) {
        const eventName = `on${event[0].toUpperCase() + event.slice(1)}`;
        const handler = instance.props[eventName];
        if(handler) {
            handler(...payload);
        } else {
            console.error('事件不存在');
        }
    }
    const setupContext = { attrs, emit };
    // ...
}

由于没有在组件props中声明的属性不会被添加到props中，因此所有的事件都将不会被添加到props中。对此，我们需要对resolveProps函数进行一些特别处理。

function resolveProps(options, propsData) {
    const props = {}; // 存储定义在组件中的props属性
    const attrs = {}; // 存储没有定义在组件中的props属性
    for(const key in propsData ) {
    	if(key in options || key.startWidth('on')) {
            props[key] = propsData[key];
        } else {
            attrs[key] = propsData[key];
        }
    }
    return [props, attrs];
}

7.插槽的工作原理及实现

顾名思义，插槽就是指组件会预留一个槽位，该槽位中的内容需要由用户来进行插入。

<templete>
	<header><slot name="header"></slot></header>
    <div>
        <slot name="body"></slot>
    </div>
    <footer><slot name="footer"></slot></footer>
</templete>

在父组件中使用的时候，可以这样来使用插槽：

<templete>
	<Component>
    	<templete #header>
            <h1>
                标题
            </h1>
        </templete>
        <templete #body>
        	<section>内容</section>
        </templete>
        <tempelte #footer>
            <p>
                脚注
            </p>
        </tempelte>
    </Component>
</templete>

而上述父组件将会被编译为如下函数：

function render() {
    retuen {
        type: Component,
        children: {
            header() {
                return { type: 'h1', children: '标题' }
            }，
            body() {
                return { type: 'section', children: '内容' }
            },
            footer() {
                return { type: 'p', children: '脚注' }
            }
        }
    }
}

而Component组件将会被编译为：

function render() {
    return [
        {
            type: 'header',
            children: [this.$slots.header()]
        },
        {
            type: 'bdoy',
            children: [this.$slots.body()]
        },
        {
            type: 'footer',
            children: [this.$slots.footer()]
        }
    ]
}

在mountComponent函数中，我们就只需要直接取vnode的children对象就可以了。当然我们同样需要对slots进行一些特殊处理。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    // ...
    const slots = vnode.children || {};
    const instance = {
        state,
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null, // 组件实例
    	slots
    }
    const setupContext = { attrs, emit, slots };
    const renderContext = next Proxy(instance, {
        get(t, k, r) {
            const {state, props} = t;
            if(k === '$slots') { // 对slots进行一些特殊处理
                return slots;
            }
            // ...
        },
        set(t, k, v, r) {
            // ...
        }
    });
    // ...
}

8.注册生命周期

在setup中，有一部分组合式API是用来注册生命周期函数钩子的。对于生命周期函数的获取，我们可以定义一个currentInstance变量存储当前正在初始化的实例。

let currentInstance = null;
function setCurrentInstance(instance) {
    currentInstance = instance;
}

然后我们在组件实例中添加mounted数组，用来存储当前组件的mounted钩子函数。

function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    // ...
    const slots = vnode.children || {};
    const instance = {
        state,
        props: shallowReactive(props),
        isMounted: false, // 组件是否挂载
        subTree: null, // 组件实例
    	slots,
        mounteds
    }
    const setupContext = { attrs, emit, slots };
    // 在setup执行之前，设置当前实例
    setCurrentInstance(instance);
    const setupResult = setup(shallowReadonly(instance.props),setupContext);
	//执行完后重置
    setCurrentInstance(null);
    // ...
}

然后就是onMounted本身的实现和执行时机了。

function onMounted(fn) {
    if(currentInstance) {
        currentInstace.mounteds.push(fn);
    } else {
        console.error("onMounted钩子只能在setup函数中执行");
    }
}
function mountComponent(vnode, container, anchor) {
    // ...
    effect(() => {
        const subTree = render.call(state,state); // 将data本身指定为render函数调用过程中的this
    	if(!instance.isMounted) { 
            beforeMount && beforeMount.call(state); // 挂载到真实DOM前，调用beforeMount钩子
            patch(null, subTree, container, anchor);
            instance.isMounted = true;
            instance.mounted && instance.mounted.forEach( hook => {
                hook.call(renderContext);
            }) // 挂载到真实DOM之后，调用mounted钩子
		} else{
            // ...
        }
        instance.subTree = subTree; // 更新组件实例
    }, {
        scheduler: queueJob
    });
}

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