Vue3整体架构概述

Vue3整体架构概述

Vue3的架构设计围绕响应式系统、编译器和运行时核心展开。相比Vue2，Vue3在性能优化和代码组织上有显著改进，采用Monorepo管理方式，将核心功能拆分为多个独立模块。

响应式系统重构

Vue3使用Proxy替代Object.defineProperty实现响应式，解决了Vue2中数组变异方法和对象属性添加的限制问题。新的响应式系统分为两个主要部分：

// 基本响应式示例
import { reactive, effect } from 'vue'

const state = reactive({
  count: 0
})

effect(() => {
  console.log('count changed:', state.count)
})

state.count++ // 触发effect执行

响应式核心模块@vue/reactivity完全独立，可以单独使用。其内部实现包含：

1. 依赖收集系统：通过track函数建立属性与effect的映射关系
2. 触发更新系统：通过trigger函数通知相关effect重新执行
3. 嵌套effect处理：使用effect栈管理嵌套场景

编译器优化

Vue3的编译器将模板转换为更高效的渲染函数代码，主要优化包括：

1. 静态节点提升：将静态节点提取到渲染函数外部
2. 补丁标志：为动态节点添加标记，减少diff比较
3. 块树优化：将模板划分为嵌套"块"，减少动态绑定遍历

// 编译前模板
<div>
  <span>静态内容</span>
  <span>{{ dynamic }}</span>
</div>

// 编译后代码
import { createVNode as _createVNode, toDisplayString as _toDisplayString, openBlock as _openBlock, createBlock as _createBlock } from "vue"

export function render(_ctx, _cache) {
  return (_openBlock(), _createBlock("div", null, [
    _createVNode("span", null, "静态内容"),
    _createVNode("span", null, _toDisplayString(_ctx.dynamic), 1 /* TEXT */)
  ]))
}

运行时核心

运行时核心包含虚拟DOM和组件系统，主要改进有：

1. 更快的虚拟DOM diff算法
2. 支持Fragment、Teleport等新特性
3. 组件实例代理机制

组件实例结构示例：

const instance = {
  uid: 0,
  type: Component,
  parent: null,
  appContext: null,
  root: null,
  next: null,
  subTree: null,
  update: null,
  render: null,
  proxy: null,
  exposed: null,
  withProxy: null,
  effects: null,
  provides: parent ? parent.provides : Object.create(appContext.provides),
  accessCache: null,
  renderCache: [],
  
  // 状态相关
  ctx: {},
  data: {},
  props: {},
  attrs: {},
  slots: {},
  refs: {},
  
  // 生命周期
  isMounted: false,
  isUnmounted: false,
  bm: null,  // beforeMount hooks
  m: null,   // mounted hooks
  bu: null,  // beforeUpdate hooks
  u: null,   // updated hooks
  um: null,  // unmounted hooks
  bum: null, // beforeUnmount hooks
  da: null,  // deactivated hooks
  a: null    // activated hooks
}

Composition API设计

Composition API是Vue3最重要的架构改进之一，它解决了Options API在复杂组件中的代码组织问题。核心API包括：

import { ref, computed, watch, provide, inject } from 'vue'

export default {
  setup() {
    const count = ref(0)
    const double = computed(() => count.value * 2)
    
    watch(count, (newVal) => {
      console.log('count changed', newVal)
    })
    
    provide('count', count)
    
    return {
      count,
      double
    }
  }
}

setup函数执行时机在beforeCreate和created之间，此时组件实例尚未完全创建，但响应式系统已经就绪。

模块化架构

Vue3采用Monorepo结构，主要包包括：

1. vue: 完整版本
2. @vue/runtime-core: 运行时核心
3. @vue/runtime-dom: 浏览器平台运行时
4. @vue/compiler-sfc: 单文件组件编译器
5. @vue/reactivity: 响应式系统
6. @vue/shared: 共享工具函数

这种架构使得Vue3可以按需使用，也方便自定义渲染器开发。例如创建自定义渲染器：

import { createRenderer } from '@vue/runtime-core'

const { render, createApp } = createRenderer({
  patchProp,
  insert,
  remove,
  createElement
  // ...其他平台特定API
})

export { render, createApp }

性能优化策略

Vue3在多个层面进行了性能优化：

1. 编译时优化：通过静态分析减少运行时开销
2. 虚拟DOM优化：diff算法时间复杂度从O(n^3)优化到O(n)
3. 内存优化：使用更紧凑的数据结构
4. 树摇优化：更好的ES模块设计支持dead code elimination

虚拟DOM diff关键改进：

// 传统diff算法
function diff(oldVNode, newVNode) {
  // 全量比较
}

// Vue3优化diff
function patchKeyedChildren(c1, c2) {
  // 1. 前序对比
  // 2. 后序对比
  // 3. 相同序列处理
  // 4. 未知序列处理
}

类型系统支持

Vue3使用TypeScript重写，提供了完善的类型定义。主要类型包括：

interface ComponentInternalInstance {
  uid: number
  type: ConcreteComponent
  parent: ComponentInternalInstance | null
  root: ComponentInternalInstance
  appContext: AppContext
  // ...
}

interface VNode {
  __v_isVNode: true
  type: VNodeTypes
  props: VNodeProps | null
  key: string | number | null
  // ...
}

type CompilerOptions = {
  isNativeTag?: (tag: string) => boolean
  isCustomElement?: (tag: string) => boolean
  // ...
}

自定义渲染器API

Vue3通过自定义渲染器API支持非DOM环境，核心抽象包括：

interface RendererOptions<Node, Element> {
  patchProp(
    el: Element,
    key: string,
    prevValue: any,
    nextValue: any
  ): void
  insert(el: Node, parent: Element): void
  createElement(type: string): Element
  // ...
}

function createRenderer<Node, Element>(
  options: RendererOptions<Node, Element>
): Renderer<Element>

这使得Vue3可以用于小程序、Canvas等渲染目标。