虚拟DOM的数据结构设计

虚拟DOM的核心概念

虚拟DOM是真实DOM的轻量级JavaScript对象表示。Vue3中的虚拟DOM相比Vue2进行了重大重构，主要优化了性能并减少了内存占用。虚拟DOM的核心是一个树状结构，每个节点对应真实DOM中的一个元素或组件。

interface VNode {
  type: string | Symbol | Component
  props: Record<string, any> | null
  children: VNode[] | string | null
  el: Node | null
  key: string | number | symbol | null
  // ...其他内部属性
}

基础节点结构

Vue3的虚拟节点(VNode)结构比Vue2更加精简。一个基础的VNode包含以下关键属性：

• type: 标识节点类型，可以是HTML标签名、组件或特殊标识
• props: 包含属性、事件监听器等
• children: 子节点数组或文本内容
• el: 对真实DOM元素的引用
• key: 用于diff算法的唯一标识

// 示例：创建一个简单的div VNode
const vnode = {
  type: 'div',
  props: {
    id: 'app',
    class: 'container',
    onClick: () => console.log('clicked')
  },
  children: [
    { type: 'span', props: null, children: 'Hello' },
    { type: 'span', props: null, children: 'World' }
  ],
  el: null,
  key: null
}

静态节点优化

Vue3对静态节点进行了特殊处理，通过hoistStatic优化提升性能。静态节点在编译阶段会被提升到渲染函数外部，避免重复创建。

// 编译前的模板
const template = `<div><span>Static Content</span></div>`

// 编译后的渲染函数
const _hoisted_1 = /*#__PURE__*/_createVNode("span", null, "Static Content")

function render() {
  return _createVNode("div", null, [_hoisted_1])
}

组件节点结构

组件类型的VNode有特殊的处理逻辑。组件VNode的type属性指向组件定义对象，props包含传递给组件的属性。

const MyComponent = {
  props: ['msg'],
  setup(props) {
    return () => _createVNode('div', null, props.msg)
  }
}

const componentVNode = {
  type: MyComponent,
  props: { msg: 'Hello Component' },
  children: null,
  // ...其他属性
}

片段(Fragment)节点

Vue3支持片段节点，允许组件返回多个根节点。片段节点的type是特殊的Fragment标识。

const fragmentVNode = {
  type: Symbol.for('v-fgt'),
  props: null,
  children: [
    { type: 'div', props: null, children: 'First' },
    { type: 'div', props: null, children: 'Second' }
  ],
  // ...其他属性
}

动态节点标记

Vue3引入了patchFlag系统，用于标记动态内容，优化diff过程。编译器会分析模板并生成适当的标记。

const dynamicVNode = {
  type: 'div',
  props: { class: dynamicClass },
  children: dynamicText,
  patchFlag: 1 /* TEXT */ | 2 /* CLASS */,
  dynamicProps: ['class'],
  // ...其他属性
}

插槽节点处理

Vue3对插槽系统进行了重构，插槽内容被表示为特殊的VNode类型。作用域插槽通过函数形式表示。

const slotVNode = {
  type: Symbol.for('v-slt'),
  children: {
    default: (props) => _createVNode('div', null, props.text)
  }
}

静态提升与缓存

Vue3会分析模板中的静态部分并进行提升，同时缓存事件处理函数以避免不必要的重新创建。

// 编译前的模板
const template = `<div @click="handleClick">Click me</div>`

// 编译后的渲染函数
const _hoisted_1 = { onClick: _cache[1] || (_cache[1] = ($event) => handleClick($event)) }

function render() {
  return _createVNode("div", _hoisted_1, "Click me")
}

动态子节点优化

对于动态子节点，Vue3会生成block树结构，只追踪动态子节点，减少diff的范围。

const blockVNode = {
  type: 'div',
  dynamicChildren: [
    { type: 'span', patchFlag: 1 /* TEXT */, children: dynamicText }
  ],
  // ...其他属性
}

内置组件处理

内置组件如<KeepAlive>、<Transition>等有特殊的VNode类型和逻辑处理。

const keepAliveVNode = {
  type: KeepAlive,
  props: { include: /foo-/ },
  children: {
    default: () => componentVNode
  }
}

异步组件节点

异步组件在解析前后有不同的VNode表示，Vue3提供了更灵活的异步组件API。

const asyncComponentVNode = {
  type: defineAsyncComponent({
    loader: () => import('./MyComponent.vue'),
    loadingComponent: LoadingComponent,
    errorComponent: ErrorComponent
  }),
  props: { /* ... */ },
  // ...其他属性
}

组合式API的影响

组合式API改变了组件的内部结构，但对VNode的基本表示影响不大。setup函数返回的渲染函数仍然生成标准VNode。

const setupComponent = {
  setup() {
    const count = ref(0)
    return () => _createVNode('button', {
      onClick: () => count.value++
    }, count.value)
  }
}

编译器优化与VNode生成

Vue3的编译器会分析模板并生成最优化的VNode创建代码，包括静态提升、patchFlag标记等。

// 编译前的模板
const template = `
  <div>
    <span v-if="show">Hello</span>
    <span v-else>World</span>
  </div>
`

// 编译后的渲染函数
function render(_ctx) {
  return _createVNode("div", null, [
    _ctx.show
      ? _createVNode("span", { key: 0 }, "Hello")
      : _createVNode("span", { key: 1 }, "World")
  ])
}

服务端渲染的特殊处理

服务端渲染(SSR)时，VNode的生成和处理有所不同，需要避免浏览器特定的操作。

const ssrVNode = {
  type: 'div',
  props: { id: 'app' },
  children: 'Server Rendered Content',
  // 服务端特有的属性
  ssrNode: null,
  ssrContext: {}
}

自定义渲染器支持

Vue3的虚拟DOM设计支持自定义渲染器，核心是将平台特定的操作抽象出来。

const nodeOps = {
  createElement(tag) { /* ... */ },
  insert(child, parent) { /* ... */ },
  // ...其他操作
}

const renderer = createRenderer(nodeOps)
renderer.render(vnode, container)

类型系统增强

Vue3使用TypeScript重写，VNode的类型定义更加精确，有助于开发时捕获错误。

interface VNodeNormalizedChildren {
  [key: string]: VNodeChild
}

type VNodeChild = 
  | VNode
  | string
  | number
  | boolean
  | null
  | undefined
  | VNodeArrayChildren

interface VNodeArrayChildren extends Array<VNodeChild> {}