Vue.js 是一款用于构建用户界面的渐进式框架，其核心是基于组件的开发模式。组件可以视为独立的、可复用的代码块，它们通过组合形成复杂的应用程序。为了高效地管理组件的创建、更新和销毁，Vue 内部维护了一套组件树管理机制。本文将深入讲解 Vue 中组件树的管理机制，包括涉及的数据结构和核心流程代码。

一、Vue 组件是否是 Vue 实例对象？

是的，在 Vue.js 中，每个组件都是一个 Vue 实例对象。

  • Vue 实例对象：通过 new Vue()（Vue 2）或 createApp()（Vue 3）创建的根实例，以及通过定义组件（Vue.component、defineComponent）创建的实例，都是 Vue 实例对象。
  • 组件实例：每个组件在被渲染到页面上时，都会创建一个对应的 Vue 实例，用于管理该组件的状态、生命周期和渲染。

二、组件实例与根实例的关系

1. 组件树与组件实例

  • 组件树：在 Vue 应用中，组件以树状结构组织，根实例位于顶层，子组件作为节点，形成组件树。
  • 实例关系：每个组件实例都有一个父实例（除根实例外），以及可能的子实例。

2. 根 Vue 实例

  • 根实例：通过 createApp()（Vue 3）或 new Vue()（Vue 2）创建的实例，称为根实例。
  • 职责：根实例负责初始化应用，挂载到 DOM，并作为组件树的起点。

3. 子组件实例

  • 创建方式：在模板中使用组件标签（如 <my-component>）时，Vue 会根据组件定义创建对应的组件实例。
  • 组织方式：子组件实例通过父子关系，组织成组件树，形成层级结构。

大纲

  1. 组件树概述
  2. 组件的创建与注册
  3. 虚拟 DOM（VNode）与组件树
  4. 组件实例的创建流程
  5. 组件的挂载与渲染
  6. 组件的更新机制
  7. 组件的销毁过程
  8. 核心数据结构分析
  9. 核心流程代码解析
  10. 总结

1. 组件树概述

组件树（Component Tree）是指 Vue 应用中所有组件实例按照父子关系组成的树状结构。根组件（Root Component）位于树的顶端，其他组件以子组件的形式嵌套，形成层级结构。组件树的管理对于 Vue 应用的性能和可维护性至关重要。

示意图：

  1. Root Component (App)
  2. │
  3. ├── Component A
  4. │   ├── Component A1
  5. │   └── Component A2
  6. └── Component B
  7.     └── Component B1

2. 组件的创建与注册

2.1 创建组件

在 Vue 中，组件可以通过以下方式创建：

  • 选项对象（Options Object）：

    1. const MyComponent = {
    2.   template: '<div>My Component</div>',
    3.   data() {
    4.     return {
    5.       message: 'Hello World',
    6.     };
    7.   },
    8.   // 其他选项
    9. };

  • 单文件组件（Single File Component，SFC）：

    1. <!-- MyComponent.vue -->
    2. <template>
    3.   <div>{{ message }}</div>
    4. </template>
    6. <script>
    7. export default {
    8.   data() {
    9.     return {
    10.       message: 'Hello World',
    11.     };
    12.   },
    13. };
    14. </script>

2.2 注册组件

组件的注册分为全局注册和局部注册。

  • 全局注册：

    1. import { createApp } from 'vue';
    2. import MyComponent from './MyComponent.vue';
    4. const app = createApp({});
    5. app.component('MyComponent', MyComponent);
    6. app.mount('#app');

  • 局部注册：

    1. import MyComponent from './MyComponent.vue';
    3. export default {
    4.   components: {
    5.     MyComponent,
    6.   },
    7.   // 其他选项
    8. };

3. 虚拟 DOM（VNode）与组件树

3.1 虚拟 DOM 的概念

Vue 使用虚拟 DOM（Virtual DOM）来描述视图的结构。每个虚拟节点（VNode）表示一个 DOM 元素、组件或文本节点。通过比较新旧虚拟 DOM 树，Vue 可以高效地更新实际的 DOM。

3.2 VNode 与组件的关系

  • 元素节点：对应普通的 HTML 标签，如 <div>、<span>。
  • 组件节点：对应自定义的组件标签，如 <my-component>。
  • 文本节点：表示纯文本。

组件的实例化和渲染都依赖于 VNode 的生成和处理。

4. 组件实例的创建流程

4.1 渲染函数与 VNode

在渲染过程中，模板会被编译为渲染函数 render，该函数返回一个 VNode 树。

  1. function render() {
  2.   return h('div', {}, [h(MyComponent)]);
  3. }
  • h 是 Vue 提供的辅助函数，用于创建 VNode。
  • MyComponent 作为一个组件，会在渲染时被创建为组件类型的 VNode。

4.2 创建组件 VNode

当渲染函数遇到组件时，会创建一个类型为 Component 的 VNode。

  1. const componentVNode = {
  2.   type: MyComponent, // 组件的定义
  3.   props: {},         // 传递给组件的属性
  4.   children: null,    // 子节点
  5.   shapeFlag: ShapeFlags.COMPONENT, // 标记为组件类型
  6.   // 其他属性
  7. };

4.3 组件实例的创建

当 Vue 遍历 VNode 树时，遇到组件 VNode，会执行以下步骤：

  1. 创建组件实例对象：

    1. const instance = {
    2.   vnode,            // 当前组件的 VNode
    3.   type: vnode.type, // 组件的定义对象
    4.   props: {},        // 初始化为空对象，稍后会解析
    5.   state: null,      // 组件的响应式数据
    6.   isMounted: false, // 标识组件是否已挂载
    7.   subTree: null,    // 渲染的子树 VNode
    8.   // 其他属性
    9. };

  2. 处理组件的 setup 函数（Vue 3）：

    如果组件定义了 setup 函数，会执行该函数，返回的数据会合并到组件实例中。

  3. 解析组件的 data、props、computed、methods 等：

    • data：调用组件的 data 函数，生成响应式的数据对象。
    • props：解析传递给组件的属性，生成 props 对象。
    • computed：处理计算属性，生成相应的 getter 和 setter。
    • methods：绑定组件的方法到实例上。

  4. 调用组件的生命周期钩子：

    • beforeCreate
    • created

5. 组件的挂载与渲染

5.1 组件的挂载过程

当组件实例创建完成后，Vue 会调用组件的 render 函数，生成组件的子树 VNode。

  1. instance.subTree = instance.render();

5.2 递归渲染子组件

组件的子树 VNode 可能包含子组件，Vue 会递归地对这些子 VNode 进行相同的处理，创建子组件实例，生成更深层次的 VNode 树。

5.3 生成真实 DOM

当所有的 VNode 都被处理后，Vue 会根据 VNode 树生成真实的 DOM 元素，并插入到页面中。

5.4 调用挂载相关的生命周期钩子

  • beforeMount
  • mounted

6. 组件的更新机制

6.1 响应式系统

Vue 的响应式系统基于 Proxy（Vue 3）或 Object.defineProperty（Vue 2）实现，当组件的数据发生变化时，会触发依赖收集和派发更新。

6.2 更新流程

  1. 数据变化：组件的响应式数据发生变化。
  2. 触发渲染函数：Vue 重新调用组件的 render 函数，生成新的子树 VNode。
  3. VNode 比较：使用 patch 函数，对比新旧 VNode 树，找出差异。
  4. 更新真实 DOM：根据差异，最小化地更新实际的 DOM。

  5. 调用更新相关的生命周期钩子：

    • beforeUpdate
    • updated

7. 组件的销毁过程

7.1 组件的卸载

当组件从模板中移除，或者整个应用被卸载时，Vue 会进行组件的销毁过程。

7.2 销毁流程

  1. 调用销毁相关的生命周期钩子：

    • beforeUnmount
    • unmounted

  2. 移除事件监听器和订阅者：清理组件绑定的事件、订阅的依赖等，防止内存泄漏。

  3. 递归销毁子组件：对子组件进行同样的销毁流程。

8. 核心数据结构分析

8.1 组件实例对象

  1. const instance = {
  2.   vnode,            // 当前组件的 VNode
  3.   type,             // 组件的定义对象
  4.   props,            // 组件的 Props
  5.   attrs,            // 非 Prop 的特性
  6.   slots,            // 插槽内容
  7.   proxy,            // 代理对象，this 指向
  8.   setupState,       // setup 返回的数据
  9.   data,             // data 返回的数据
  10.   render,           // 渲染函数
  11.   subTree,          // 渲染的子树 VNode
  12.   isMounted,        // 是否已挂载
  13.   ctx,              // 上下文对象，包含属性和方法
  14.   // 其他属性
  15. };

8.2 VNode（虚拟节点）对象

  1. const vnode = {
  2.   type,             // 节点类型，字符串（元素）或对象（组件）
  3.   props,            // 节点属性
  4.   children,         // 子节点
  5.   el,               // 对应的真实 DOM
  6.   key,              // 用于优化的唯一标识
  7.   shapeFlag,        // 节点类型的标记
  8.   // 其他属性
  9. };

9. 核心流程代码解析

以下以 Vue 3 的源码为基础，简化并解释核心流程。

9.1 创建组件实例

  1. function createComponentInstance(vnode, parent) {
  2.   const instance = {
  3.     vnode,
  4.     type: vnode.type,
  5.     parent,
  6.     appContext: parent ? parent.appContext : null,
  7.     // 响应式数据
  8.     data: null,
  9.     props: {},
  10.     attrs: {},
  11.     slots: {},
  12.     setupState: {},
  13.     // 生命周期状态
  14.     isMounted: false,
  15.     // 渲染相关
  16.     render: null,
  17.     subTree: null,
  18.     // 其他属性
  19.   };
  20.   return instance;
  21. }

9.2 安装组件

  1. function setupComponent(instance) {
  2.   const { props, children } = instance.vnode;
  3.   // 处理 props
  4.   initProps(instance, props);
  5.   // 处理插槽
  6.   initSlots(instance, children);
  7.   // 处理 setup 函数
  8.   const setupResult = setupStatefulComponent(instance);
  9.   return setupResult;
  10. }

9.3 处理 setup 函数

  1. function setupStatefulComponent(instance) {
  2.   const Component = instance.type;
  3.   const { setup } = Component;
  4.   if (setup) {
  5.     const setupContext = createSetupContext(instance);
  6.     const setupResult = setup(instance.props, setupContext);
  7.     handleSetupResult(instance, setupResult);
  8.   } else {
  9.     finishComponentSetup(instance);
  10.   }
  11. }

9.4 完成组件设置

  1. function finishComponentSetup(instance) {
  2.   const Component = instance.type;
  3.   if (!instance.render) {
  4.     // 如果组件没有提供 render 函数，则使用模板编译生成的 render 函数
  5.     if (!Component.render && Component.template) {
  6.       // 编译模板为 render 函数
  7.       Component.render = compile(Component.template);
  8.     }
  9.     instance.render = Component.render;
  10.   }
  11. }

9.5 挂载组件

  1. function mountComponent(initialVNode, container, anchor, parentComponent) {
  2.   const instance = (initialVNode.component = createComponentInstance(
  3.     initialVNode,
  4.     parentComponent
  5.   ));
  6.   setupComponent(instance);
  7.   setupRenderEffect(instance, initialVNode, container, anchor);
  8. }

9.6 设置渲染 effect

  1. function setupRenderEffect(instance, initialVNode, container, anchor) {
  2.   effect(() => {
  3.     if (!instance.isMounted) {
  4.       // 初次渲染
  5.       const subTree = (instance.subTree = instance.render.call(
  6.         instance.proxy,
  7.         instance.proxy
  8.       ));
  9.       patch(null, subTree, container, anchor, instance);
  10.       initialVNode.el = subTree.el;
  11.       instance.isMounted = true;
  12.     } else {
  13.       // 更新渲染
  14.       const prevTree = instance.subTree;
  15.       const nextTree = (instance.subTree = instance.render.call(
  16.         instance.proxy,
  17.         instance.proxy
  18.       ));
  19.       patch(prevTree, nextTree, container, anchor, instance);
  20.     }
  21.   });
  22. }

9.7 patch 函数

  1. function patch(n1, n2, container, anchor, parentComponent) {
  2.   if (n1 === n2) {
  3.     return;
  4.   }
  6.   const { shapeFlag } = n2;
  7.   if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
  8.     // 处理元素节点
  9.     processElement(n1, n2, container, anchor, parentComponent);
  10.   } else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {
  11.     // 处理组件节点
  12.     processComponent(n1, n2, container, anchor, parentComponent);
  13.   }
  14.   // 其他类型节点的处理
  15. }

10. 总结

  • 组件树管理机制：Vue 通过维护组件实例和 VNode 树，管理组件的创建、挂载、更新和销毁。
  • 核心数据结构：组件实例对象和 VNode 对象是组件树管理的核心数据结构。
  • 渲染流程：从模板解析到组件实例化，再到 VNode 的生成和 DOM 的更新，形成完整的渲染流程。
  • 响应式更新：借助响应式系统，Vue 能够高效地检测数据变化，并更新对应的组件和 DOM。
  • 生命周期钩子：在组件的各个阶段，Vue 会调用相应的生命周期钩子，开发者可以在这些钩子中执行自定义逻辑。

参考资料