Vue 進(jìn)階面試必問，異步更新機(jī)制和 nextTick 原理

以下文章來源于前端下午茶 ，作者SHERlocked93

vue 已是目前國內(nèi)前端web端三分天下之一，同時(shí)也作為本人主要技術(shù)棧之一，在日常使用中知其然也好奇著所以然，另外最近的社區(qū)涌現(xiàn)了一大票 vue 源碼閱讀類的文章，在下借這個(gè)機(jī)會(huì)從大家的文章和討論中汲取了一些營養(yǎng)，同時(shí)對一些閱讀源碼時(shí)的想法進(jìn)行總結(jié)，出產(chǎn)一些文章，作為自己思考的輸出

目標(biāo)Vue版本：2.5.17-beta.0

vue 源碼注釋：github.com/SHERlocked93/vue-analysis

聲明：文章中源碼的語法都使用 Flow，并且源碼根據(jù)需要都有刪節(jié)(為了不被迷糊 @_@)，如果要看完整版的請進(jìn)入上面的github地址

1. 異步更新

上一篇文章我們在依賴收集原理的響應(yīng)式化方法 defineReactive 中的 setter 訪問器中有派發(fā)更新 dep.notify() 方法，這個(gè)方法會(huì)挨個(gè)通知在 dep 的 subs 中收集的訂閱自己變動(dòng)的 watchers 執(zhí)行 update 。一起來看看 update 方法的實(shí)現(xiàn)：

// src/core/observer/watcher.js


/* Subscriber接口，當(dāng)依賴發(fā)生改變的時(shí)候進(jìn)行回調(diào) */
update() {
  if (this.computed) {
    // 一個(gè)computed watcher有兩種模式：activated lazy(默認(rèn))
    // 只有當(dāng)它被至少一個(gè)訂閱者依賴時(shí)才置activated，這通常是另一個(gè)計(jì)算屬性或組件的render function
    if (this.dep.subs.length === 0) { // 如果沒人訂閱這個(gè)計(jì)算屬性的變化
      // lazy時(shí)，我們希望它只在必要時(shí)執(zhí)行計(jì)算，所以我們只是簡單地將觀察者標(biāo)記為dirty
      // 當(dāng)計(jì)算屬性被訪問時(shí)，實(shí)際的計(jì)算在this.evaluate()中執(zhí)行
      this.dirty = true
    } else {
      // activated模式下，我們希望主動(dòng)執(zhí)行計(jì)算，但只有當(dāng)值確實(shí)發(fā)生變化時(shí)才通知我們的訂閱者
      this.getAndInvoke(() => {
        this.dep.notify() // 通知渲染watcher重新渲染，通知依賴自己的所有watcher執(zhí)行update
      })
    }
  } else if (this.sync) {   // 同步
    this.run()
  } else {
    queueWatcher(this) // 異步推送到調(diào)度者觀察者隊(duì)列中，下一個(gè)tick時(shí)調(diào)用
  }
}

如果不是 computed watcher 也非 sync 會(huì)把調(diào)用 update 的當(dāng)前 watcher 推送到調(diào)度者隊(duì)列中，下一個(gè) tick 時(shí)調(diào)用，看看 queueWatcher ：

// src/core/observer/scheduler.js


/* 將一個(gè)觀察者對象push進(jìn)觀察者隊(duì)列，在隊(duì)列中已經(jīng)存在相同的id則
 * 該watcher將被跳過，除非它是在隊(duì)列正被flush時(shí)推送
 */
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  if (has[id] == null) { // 檢驗(yàn)id是否存在，已經(jīng)存在則直接跳過，不存在則標(biāo)記哈希表has，用于下次檢驗(yàn)
    has[id] = true
    queue.push(watcher) // 如果沒有正在flush，直接push到隊(duì)列中
    if (!waiting) { // 標(biāo)記是否已傳給nextTick
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}


/* 重置調(diào)度者狀態(tài) */
function resetSchedulerState () {
  queue.length = 0
  has = {}
  waiting = false
}

這里使用了一個(gè) has 的哈希map用來檢查是否當(dāng)前 watcher 的 id 是否存在，若已存在則跳過，不存在則就 push 到 queue 隊(duì)列中并標(biāo)記哈希表 has，用于下次檢驗(yàn)，防止重復(fù)添加。這就是一個(gè)去重的過程，比每次查重都要去 queue 中找要文明，在渲染的時(shí)候就不會(huì)重復(fù)patch 相同 watcher 的變化，這樣就算同步修改了一百次視圖中用到的 data，異步 patch的時(shí)候也只會(huì)更新最后一次修改。

這里的 waiting 方法是用來標(biāo)記 flushSchedulerQueue 是否已經(jīng)傳遞給 nextTick 的標(biāo)記位，如果已經(jīng)傳遞則只 push 到隊(duì)列中不傳遞 flushSchedulerQueue 給 nextTick，等到 resetSchedulerState 重置調(diào)度者狀態(tài)的時(shí)候 waiting 會(huì)被置回 false 允許 flushSchedulerQueue 被傳遞給下一個(gè) tick 的回調(diào)，總之保證了 flushSchedulerQueue 回調(diào)在一個(gè) tick 內(nèi)只允許被傳入一次。來看看被傳遞給 nextTick 的回調(diào) flushSchedulerQueue 做了什么：

// src/core/observer/scheduler.js


/* nextTick的回調(diào)函數(shù)，在下一個(gè)tick時(shí)flush掉兩個(gè)隊(duì)列同時(shí)運(yùn)行watchers */
function flushSchedulerQueue () {
  flushing = true
  let watcher, id


  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)  // 排序


  for (index = 0; index < queue.length; index++) {   // 不要將length進(jìn)行緩存
    watcher = queue[index]
    if (watcher.before) { // 如果watcher有before則執(zhí)行
      watcher.before()
    }
    id = watcher.id
    has[id] = null // 將has的標(biāo)記刪除
    watcher.run() // 執(zhí)行watcher
    if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && has[id] != null) { // 在dev環(huán)境下檢查是否進(jìn)入死循環(huán)
      circular[id] = (circular[id] || 0) + 1 // 比如user watcher訂閱自己的情況
      if (circular[id] > MAX_UPDATE_COUNT) { // 持續(xù)執(zhí)行了一百次watch代表可能存在死循環(huán)
        warn()  // 進(jìn)入死循環(huán)的警告
        break
      }
    }
  }
  resetSchedulerState() // 重置調(diào)度者狀態(tài)
  callActivatedHooks() // 使子組件狀態(tài)都置成active同時(shí)調(diào)用activated鉤子
  callUpdatedHooks() // 調(diào)用updated鉤子
}

在 nextTick 方法中執(zhí)行 flushSchedulerQueue 方法，這個(gè)方法挨個(gè)執(zhí)行 queue 中的watcher的 run 方法。我們看到在首先有個(gè) queue.sort() 方法把隊(duì)列中的 watcher 按 id 從小到大排了個(gè)序，這樣做可以保證：

1. 組件更新的順序是從父組件到子組件的順序，因?yàn)楦附M件總是比子組件先創(chuàng)建。
2. 一個(gè)組件的 user watchers (偵聽器watcher)比 render watcher 先運(yùn)行，因?yàn)?user watchers 往往比 render watcher 更早創(chuàng)建
3. 如果一個(gè)組件在父組件 watcher 運(yùn)行期間被銷毀，它的 watcher 執(zhí)行將被跳過

在挨個(gè)執(zhí)行隊(duì)列中的 for 循環(huán)中，index < queue.length 這里沒有將 length 進(jìn)行緩存，因?yàn)樵趫?zhí)行處理現(xiàn)有 watcher 對象期間，更多的 watcher 對象可能會(huì)被 push 進(jìn) queue。

那么數(shù)據(jù)的修改從 model 層反映到 view 的過程：數(shù)據(jù)更改 -> setter -> Dep -> Watcher -> nextTick -> patch -> 更新視圖

2. nextTick原理

2.1 宏任務(wù)/微任務(wù)

這里就來看看包含著每個(gè) watcher 執(zhí)行的方法被作為回調(diào)傳入 nextTick 之后，nextTick對這個(gè)方法做了什么。不過首先要了解一下瀏覽器中的 EventLoop、macro task、micro task幾個(gè)概念，不了解可以參考一下 JS 與 Node.js 中的事件循環(huán) 這篇文章，這里就用一張圖來表明一下后兩者在主線程中的執(zhí)行關(guān)系：

解釋一下，當(dāng)主線程執(zhí)行完同步任務(wù)后：

1. 引擎首先從 macrotask queue 中取出第一個(gè)任務(wù)，執(zhí)行完畢后，將 microtask queue 中的所有任務(wù)取出，按順序全部執(zhí)行；
2. 然后再從 macrotask queue 中取下一個(gè)，執(zhí)行完畢后，再次將 microtask queue 中的全部取出；
3. 循環(huán)往復(fù)，直到兩個(gè) queue 中的任務(wù)都取完。

瀏覽器環(huán)境中常見的異步任務(wù)種類，按照優(yōu)先級：

• macro task ：同步代碼、setImmediate、MessageChannel、setTimeout/setInterval
• micro task：Promise.then、MutationObserver

有的文章把 micro task 叫微任務(wù)，macro task 叫宏任務(wù)，因?yàn)檫@兩個(gè)單詞拼寫太像了 -。- ，所以后面的注釋多用中文表示~

先來看看源碼中對 micro task與 macro task 的實(shí)現(xiàn)：macroTimerFunc、microTimerFunc

// src/core/util/next-tick.js


const callbacks = [] // 存放異步執(zhí)行的回調(diào)
let pending = false // 一個(gè)標(biāo)記位，如果已經(jīng)有timerFunc被推送到任務(wù)隊(duì)列中去則不需要重復(fù)推送


/* 挨個(gè)同步執(zhí)行callbacks中回調(diào) */
function flushCallbacks() {
  pending = false
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}


let microTimerFunc // 微任務(wù)執(zhí)行方法
let macroTimerFunc // 宏任務(wù)執(zhí)行方法
let useMacroTask = false // 是否強(qiáng)制為宏任務(wù)，默認(rèn)使用微任務(wù)


// 宏任務(wù)
if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  macroTimerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else if (typeof MessageChannel !== 'undefined' && (
  isNative(MessageChannel) ||
  MessageChannel.toString() === '[object MessageChannelConstructor]' // PhantomJS
)) {
  const channel = new MessageChannel()
  const port = channel.port2
  channel.port1.onmessage = flushCallbacks
  macroTimerFunc = () => {
    port.postMessage(1)
  }
} else {
  macroTimerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
  }
}


// 微任務(wù)
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  const p = Promise.resolve()
  microTimerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks)
  }
} else {
  microTimerFunc = macroTimerFunc // fallback to macro
}

flushCallbacks 這個(gè)方法就是挨個(gè)同步的去執(zhí)行 callbacks 中的回調(diào)函數(shù)們， callbacks 中的回調(diào)函數(shù)是在調(diào)用 nextTick 的時(shí)候添加進(jìn)去的；那么怎么去使用 micro task 與 macro task 去執(zhí)行 flushCallbacks 呢，這里他們的實(shí)現(xiàn) macroTimerFunc、microTimerFunc 使用瀏覽器中宏任務(wù)/微任務(wù)的 API 對flushCallbacks 方法進(jìn)行了一層包裝。比如宏任務(wù)方法 macroTimerFunc=()=>{ setImmediate(flushCallbacks) }，這樣在觸發(fā)宏任務(wù)執(zhí)行的時(shí)候 macroTimerFunc() 就可以在瀏覽器中的下一個(gè)宏任務(wù) loop 的時(shí)候消費(fèi)這些保存在 callbacks 數(shù)組中的回調(diào)了，微任務(wù)同理。同時(shí)也可以看出傳給 nextTick 的異步回調(diào)函數(shù)是被壓成了一個(gè)同步任務(wù)在一個(gè) tick 執(zhí)行完的，而不是開啟多個(gè)異步任務(wù)。

注意這里有個(gè)比較難理解的地方，第一次調(diào)用 nextTick 的時(shí)候 pending 為 false ，此時(shí)已經(jīng) push 到瀏覽器 event loop 中一個(gè)宏任務(wù)或微任務(wù)的 task，如果在沒有 flush 掉的情況下繼續(xù)往 callbacks 里面添加，那么在執(zhí)行這個(gè)占位 queue 的時(shí)候會(huì)執(zhí)行之后添加的回調(diào)，所以 macroTimerFunc、microTimerFunc 相當(dāng)于 task queue 的占位，以后 pending 為 true 則繼續(xù)往占位 queue 里面添加，event loop 輪到這個(gè) task queue 的時(shí)候?qū)⒁徊?zhí)行。執(zhí)行 flushCallbacks 時(shí) pending 置 false，允許下一輪執(zhí)行 nextTick 時(shí)往 event loop 占位。

可以看到上面 macroTimerFunc 與 microTimerFunc 進(jìn)行了在不同瀏覽器兼容性下的平穩(wěn)退化，或者說降級策略：

1. macroTimerFunc ：setImmediate -> MessageChannel -> setTimeout。首先檢測是否原生支持 setImmediate，這個(gè)方法只在 IE、Edge 瀏覽器中原生實(shí)現(xiàn)，然后檢測是否支持 MessageChannel，如果對 MessageChannel 不了解可以參考一下這篇文章，還不支持的話最后使用 setTimeout；為什么優(yōu)先使用 setImmediate與 MessageChannel 而不直接使用 setTimeout呢，是因?yàn)?HTML5 規(guī)定 setTimeout 執(zhí)行的最小延時(shí)為4ms，而嵌套的 timeout 表現(xiàn)為10ms，為了盡可能快的讓回調(diào)執(zhí)行，沒有最小延時(shí)限制的前兩者顯然要優(yōu)于 setTimeout。
2. microTimerFunc：Promise.then -> macroTimerFunc 。首先檢查是否支持Promise，如果支持的話通過 Promise.then 來調(diào)用 flushCallbacks 方法，否則退化為 macroTimerFunc ；vue2.5之后 nextTick 中因?yàn)榧嫒菪栽騽h除了微任務(wù)平穩(wěn)退化的 MutationObserver 的方式。

2.2 nextTick實(shí)現(xiàn)

最后來看看我們平常用到的 nextTick 方法到底是如何實(shí)現(xiàn)的：

// src/core/util/next-tick.js


export function nextTick(cb?: Function, ctx?: Object) {
  let _resolve
  callbacks.push(() => {
    if (cb) {
      try {
        cb.call(ctx)
      } catch (e) {
        handleError(e, ctx, 'nextTick')
      }
    } else if (_resolve) {
      _resolve(ctx)
    }
  })
  if (!pending) {
    pending = true
    if (useMacroTask) {
      macroTimerFunc()
    } else {
      microTimerFunc()
    }
  }
  if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
    return new Promise(resolve => {
      _resolve = resolve
    })
  }
}


/* 強(qiáng)制使用macrotask的方法 */
export function withMacroTask(fn: Function): Function {
  return fn._withTask || (fn._withTask = function() {
    useMacroTask = true
    const res = fn.apply(null, arguments)
    useMacroTask = false
    return res
  })
}

nextTick 在這里分為三個(gè)部分，我們一起來看一下；

1. 首先 nextTick 把傳入的 cb 回調(diào)函數(shù)用 try-catch 包裹后放在一個(gè)匿名函數(shù)中推入callbacks數(shù)組中，這么做是因?yàn)榉乐箚蝹€(gè) cb 如果執(zhí)行錯(cuò)誤不至于讓整個(gè)JS線程掛掉，每個(gè) cb 都包裹是防止這些回調(diào)函數(shù)如果執(zhí)行錯(cuò)誤不會(huì)相互影響，比如前一個(gè)拋錯(cuò)了后一個(gè)仍然可以執(zhí)行。
2. 然后檢查 pending 狀態(tài)，這個(gè)跟之前介紹的 queueWatcher 中的 waiting 是一個(gè)意思，它是一個(gè)標(biāo)記位，一開始是 false 在進(jìn)入 macroTimerFunc、microTimerFunc方法前被置為 true，因此下次調(diào)用 nextTick 就不會(huì)進(jìn)入 macroTimerFunc、microTimerFunc 方法，這兩個(gè)方法中會(huì)在下一個(gè) macro/micro tick 時(shí)候flushCallbacks 異步的去執(zhí)行callbacks隊(duì)列中收集的任務(wù)，而 flushCallbacks 方法在執(zhí)行一開始會(huì)把 pending 置 false，因此下一次調(diào)用 nextTick 時(shí)候又能開啟新一輪的 macroTimerFunc、microTimerFunc，這樣就形成了vue中的 event loop。
3. 最后檢查是否傳入了 cb，因?yàn)?nextTick 還支持Promise化的調(diào)用：nextTick().then(() => {})，所以如果沒有傳入 cb 就直接return了一個(gè)Promise實(shí)例，并且把resolve傳遞給_resolve，這樣后者執(zhí)行的時(shí)候就跳到我們調(diào)用的時(shí)候傳遞進(jìn) then 的方法中。

Vue源碼中 next-tick.js 文件還有一段重要的注釋，這里就翻譯一下：

在vue2.5之前的版本中，nextTick基本上基于 micro task 來實(shí)現(xiàn)的，但是在某些情況下micro task 具有太高的優(yōu)先級，并且可能在連續(xù)順序事件之間（例如＃4521，＃6690）或者甚至在同一事件的事件冒泡過程中之間觸發(fā)（＃6566）。但是如果全部都改成 macro task，對一些有重繪和動(dòng)畫的場景也會(huì)有性能影響，如 issue #6813。vue2.5之后版本提供的解決辦法是默認(rèn)使用 micro task，但在需要時(shí)（例如在v-on附加的事件處理程序中）強(qiáng)制使用 macro task。

為什么默認(rèn)優(yōu)先使用 micro task 呢，是利用其高優(yōu)先級的特性，保證隊(duì)列中的微任務(wù)在一次循環(huán)全部執(zhí)行完畢。

強(qiáng)制 macro task 的方法是在綁定 DOM 事件的時(shí)候，默認(rèn)會(huì)給回調(diào)的 handler 函數(shù)調(diào)用withMacroTask 方法做一層包裝 handler = withMacroTask(handler)，它保證整個(gè)回調(diào)函數(shù)執(zhí)行過程中，遇到數(shù)據(jù)狀態(tài)的改變，這些改變都會(huì)被推到 macro task 中。以上實(shí)現(xiàn)在 src/platforms/web/runtime/modules/events.js 的 add 方法中，可以自己看一看具體代碼。

剛好在寫這篇文章的時(shí)候思否上有人問了個(gè)問題 vue 2.4 和2.5 版本的 @input 事件不一樣 ，這個(gè)問題的原因也是因?yàn)?.5之前版本的DOM事件采用 micro task ，而之后采用 macro task，解決的途徑參考 < Vue.js 升級踩坑小記> 中介紹的幾個(gè)辦法，這里就提供一個(gè)在mounted鉤子中用 addEventListener 添加原生事件的方法來實(shí)現(xiàn)，參見 CodePen。

3. 一個(gè)例子

說這么多，不如來個(gè)例子，執(zhí)行參見 CodePen

<div id="app">
  <span id='name' ref='name'>{{ name }}</span>
  <button @click='change'>change name</button>
  <div id='content'></div>
</div>
<script>
  new Vue({
    el: '#app',
    data() {
      return {
        name: 'SHERlocked93'
      }
    },
    methods: {
      change() {
        const $name = this.$refs.name
        this.$nextTick(() => console.log('setter前：' + $name.innerHTML))
        this.name = ' name改嘍 '
        console.log('同步方式：' + this.$refs.name.innerHTML)
        setTimeout(() => this.console("setTimeout方式：" + this.$refs.name.innerHTML))
        this.$nextTick(() => console.log('setter后：' + $name.innerHTML))
        this.$nextTick().then(() => console.log('Promise方式：' + $name.innerHTML))
      }
    }
  })
</script>

執(zhí)行以下看看結(jié)果：

同步方式：SHERlocked93
setter前：SHERlocked93
setter后：name改嘍
Promise方式：name改嘍
setTimeout方式：name改嘍

為什么是這樣的結(jié)果呢，解釋一下：

1. 同步方式： 當(dāng)把data中的name修改之后，此時(shí)會(huì)觸發(fā)name的 setter 中的 dep.notify 通知依賴本data的render watcher去 update，update 會(huì)把flushSchedulerQueue 函數(shù)傳遞給 nextTick，render watcher在 flushSchedulerQueue 函數(shù)運(yùn)行時(shí) watcher.run 再走 diff -> patch 那一套重渲染 re-render 視圖，這個(gè)過程中會(huì)重新依賴收集，這個(gè)過程是異步的；所以當(dāng)我們直接修改了name之后打印，這時(shí)異步的改動(dòng)還沒有被 patch 到視圖上，所以獲取視圖上的DOM元素還是原來的內(nèi)容。
2. setter前： setter前為什么還打印原來的是原來內(nèi)容呢，是因?yàn)?nextTick 在被調(diào)用的時(shí)候把回調(diào)挨個(gè)push進(jìn)callbacks數(shù)組，之后執(zhí)行的時(shí)候也是 for 循環(huán)出來挨個(gè)執(zhí)行，所以是類似于隊(duì)列這樣一個(gè)概念，先入先出；在修改name之后，觸發(fā)把render watcher填入 schedulerQueue 隊(duì)列并把他的執(zhí)行函數(shù) flushSchedulerQueue 傳遞給nextTick ，此時(shí)callbacks隊(duì)列中已經(jīng)有了 setter前函數(shù) 了，因?yàn)檫@個(gè) cb 是在 setter前函數(shù) 之后被push進(jìn)callbacks隊(duì)列的，那么先入先出的執(zhí)行callbacks中回調(diào)的時(shí)候先執(zhí)行 setter前函數(shù)，這時(shí)并未執(zhí)行render watcher的 watcher.run，所以打印DOM元素仍然是原來的內(nèi)容。
3. setter后： setter后這時(shí)已經(jīng)執(zhí)行完 flushSchedulerQueue，這時(shí)render watcher已經(jīng)把改動(dòng) patch 到視圖上，所以此時(shí)獲取DOM是改過之后的內(nèi)容。
4. Promise方式： 相當(dāng)于 Promise.then 的方式執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，此時(shí)DOM已經(jīng)更改。
5. setTimeout方式： 最后執(zhí)行macro task的任務(wù)，此時(shí)DOM已經(jīng)更改。

注意，在執(zhí)行 setter前函數(shù) 這個(gè)異步任務(wù)之前，同步的代碼已經(jīng)執(zhí)行完畢，異步的任務(wù)都還未執(zhí)行，所有的 $nextTick 函數(shù)也執(zhí)行完畢，所有回調(diào)都被push進(jìn)了callbacks隊(duì)列中等待執(zhí)行，所以在setter前函數(shù) 執(zhí)行的時(shí)候，此時(shí)callbacks隊(duì)列是這樣的：[setter前函數(shù)，flushSchedulerQueue，setter后函數(shù)，Promise方式函數(shù)]，它是一個(gè)micro task隊(duì)列，執(zhí)行完畢之后執(zhí)行macro task setTimeout，所以打印出上面的結(jié)果。

另外，如果瀏覽器的宏任務(wù)隊(duì)列里面有setImmediate、MessageChannel、setTimeout/setInterval 各種類型的任務(wù)，那么會(huì)按照上面的順序挨個(gè)按照添加進(jìn)event loop中的順序執(zhí)行，所以如果瀏覽器支持MessageChannel， nextTick 執(zhí)行的是macroTimerFunc，那么如果 macrotask queue 中同時(shí)有 nextTick 添加的任務(wù)和用戶自己添加的 setTimeout 類型的任務(wù)，會(huì)優(yōu)先執(zhí)行 nextTick 中的任務(wù)，因?yàn)?code>MessageChannel 的優(yōu)先級比 setTimeout的高，setImmediate 同理。

以上就是W3Cschool編程獅關(guān)于Vue 進(jìn)階面試必問，異步更新機(jī)制和 nextTick 原理的相關(guān)介紹了，希望對大家有所幫助。