虚拟DOM的优化策略

虚拟DOM是Vue3核心的渲染机制之一，通过高效的Diff算法和多种优化策略提升性能。从编译时优化到运行时PatchFlag标记，Vue3在虚拟DOM层面进行了深度改造。

编译时静态提升

Vue3的编译器会分析模板中的静态内容，将其提升到渲染函数外部，避免重复创建。例如以下模板：

<div>
  <span>静态内容</span>
  <span>{{ dynamic }}</span>
</div>

编译后的渲染函数会变成：

const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createVNode("span", null, "静态内容", -1 /* HOISTED */)

function render(_ctx) {
  return (_openBlock(), _createBlock("div", null, [
    _hoisted_1,
    _createVNode("span", null, _toDisplayString(_ctx.dynamic), 1 /* TEXT */)
  ]))
}

静态节点_hoisted_1被提升到模块作用域，每次渲染时直接复用。通过/*#__PURE__*/注释提示打包工具可进行Tree-Shaking。

PatchFlag标记优化

Vue3为虚拟DOM节点添加PatchFlag标记，在Diff时快速跳过静态内容。常见的标记类型包括：

export const enum PatchFlags {
  TEXT = 1,                // 动态文本节点
  CLASS = 1 << 1,          // 动态class
  STYLE = 1 << 2,          // 动态style
  PROPS = 1 << 3,          // 动态props（不含class/style）
  FULL_PROPS = 1 << 4,     // 包含动态key的props
  HYDRATE_EVENTS = 1 << 5, // 带事件监听器
  STABLE_FRAGMENT = 1 << 6 // 子节点顺序不变的Fragment
}

当检测到PatchFlags.TEXT时，只需比较文本内容而跳过属性对比：

if (patchFlag & PatchFlags.TEXT) {
  if (oldVNode.children !== newVNode.children) {
    hostSetElementText(el, newVNode.children)
  }
}

Block Tree与动态锚点

Vue3引入Block概念，将模板划分为动态区块。每个Block会跟踪其包含的动态节点：

const block = createBlock('div', { id: 'app' }, [
  createVNode('p', null, '静态段落'),
  openBlock(),
  createVNode('span', null, ctx.message, PatchFlags.TEXT)
])

Block内部使用动态锚点记录节点位置。当数组更新时，通过key和锚点信息快速定位变化：

<ul>
  <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.text }}</li>
</ul>

对应的Diff算法会优先比较相同key的节点，移动而非重新创建DOM元素。

事件缓存优化

Vue3对事件处理器进行缓存，避免每次渲染都创建新函数：

// 编译前
<button @click="count++">点击</button>

// 编译后
function render(_ctx) {
  return _createVNode("button", {
    onClick: _cache[0] || (_cache[0] = ($event) => (_ctx.count++))
  }, "点击")
}

通过_cache数组缓存事件处理器，当组件更新时直接复用。

静态类型分析

Vue3编译器会对模板进行类型分析，识别以下优化机会：

1. 纯静态子树（整个子树无动态绑定）
2. 静态props（如<input type="text">中的type）
3. 静态节点列表（如<ul>下所有<li>顺序不变）

这些信息会转换为虚拟DOM的shapeFlag属性：

export const enum ShapeFlags {
  ELEMENT = 1,
  COMPONENT = 1 << 1,
  TEXT_CHILDREN = 1 << 2,
  ARRAY_CHILDREN = 1 << 3,
  SLOTS_CHILDREN = 1 << 4,
  TELEPORT = 1 << 5,
  SUSPENSE = 1 << 6,
  STATEFUL_COMPONENT = 1 << 7,
  FUNCTIONAL_COMPONENT = 1 << 8
}

高效Diff算法

Vue3采用两端同时开始的Diff策略：

function patchKeyedChildren(oldChildren, newChildren) {
  let i = 0
  let e1 = oldChildren.length - 1
  let e2 = newChildren.length - 1
  
  // 头部相同节点跳过
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNode(oldChildren[i], newChildren[i])) {
    i++
  }
  
  // 尾部相同节点跳过
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNode(oldChildren[e1], newChildren[e2])) {
    e1--
    e2--
  }
  
  // 剩余新节点需要插入
  if (i > e1) {
    while (i <= e2) {
      patch(null, newChildren[i])
      i++
    }
  } 
  // 剩余旧节点需要移除
  else if (i > e2) {
    while (i <= e1) {
      unmount(oldChildren[i])
      i++
    }
  }
  // 复杂序列处理
  else {
    // 使用Map建立key-index映射
    const keyToNewIndexMap = new Map()
    for (let j = i; j <= e2; j++) {
      keyToNewIndexMap.set(newChildren[j].key, j)
    }
    
    // 遍历旧节点进行patch或unmount
    for (let k = i; k <= e1; k++) {
      const oldChild = oldChildren[k]
      if (keyToNewIndexMap.has(oldChild.key)) {
        const newIndex = keyToNewIndexMap.get(oldChild.key)
        patch(oldChild, newChildren[newIndex])
      } else {
        unmount(oldChild)
      }
    }
    
    // 移动和挂载新节点
    moveAndMountNewChildren()
  }
}

响应式系统协同

虚拟DOM更新与响应式系统深度集成。当响应式数据变化时：

1. 组件触发调度更新
2. 生成新的虚拟DOM树
3. 与旧树进行差异化比较
4. 仅应用必要的DOM操作

const state = reactive({ count: 0 })

effect(() => {
  // 虚拟DOM渲染
  const vnode = render(state)
  // 差异化patch
  patch(container, vnode)
})

这种协同机制确保只有在数据实际变化时才执行DOM操作。