通熟易懂的Vue异步更新策略及 nextTick 原理

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通熟易懂的Vue异步更新策略及 nextTick 原理

最近在学习一些底层方面的知识。所以想做个系列尝试去聊聊这些比较复杂又很重要的知识点。学习就好比是座大山,只有自己去登山,才能看到不一样的风景,体会更加深刻。今天我们就来聊聊Vue中比较重要的异步更新策略及 nextTick 原理。

在聊话题之前我们可以看下下面这道面试题:

setTimeout(() => {
console.log('真的在300ms后打印吗?')
}, 300)
复制代码

这段代码很简单,相信很多人都会说yes。当然也不乏大牛的存在,一眼就能看出答案来不一定。这是为什么呢?在面试过程中碰到这类问题如何回答才能让面试官满意,并且如何去扩散我们的知识点。

在正式讲解之前我们可以先了解一些简单的概念:

什么是进程:进程是cpu分配资源的最小单位;(是能拥有资源和独立运行的最小单位)

什么是线程:线程是cpu调度的最小单位;(线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位,一个进程中可以有多个线程)

概念理解起来比较枯燥,做个比喻好了:

进程就是一个公司,每个公司都有自己的资源可以调度;公司之间是相互独立的;而 线程 就是公司中的每个员工,多个员工一起合作,完成任务,公司可以有一名员工或多个,员工之间共享公司的空间。

浏览器是多进程的:在浏览器中,每打开一个tab页面,其实就是新开了一个进程,在这个进程中,还有ui渲染线程,js引擎线程,http请求线程等。 所以,浏览器是一个多进程的。

js是单线程的:js是作为浏览器的脚本语言,主要是实现用户与浏览器的交互,以及操作dom;这决定了它只能是单线程,否则会带来很复杂的同步问题。 举个例子:如果js被设计了多线程,如果有一个线程要修改一个dom元素,另一个线程要删除这个dom元素,此时浏览器就会一脸茫然,不知所措。所以,为了避免复杂性,从一诞生,JavaScript就是单线程。

js执行机制–Event loop

由于js是单线程,js设计者把任务分为同步任务和异步任务,同步任务都在主线程上排队执行,前面任务没有执行完成,后面的任务会一直等待;异步任务则是挂在在一个任务队列里,等待主线程所有任务执行完成后,通知任务队列可以把可执行的任务放到主线程执行。异步任务放到主线程执行完后,又通知任务队列把下一个异步任务放到主线程中执行。这个过程一直持续,直到异步任务执行完成,这个持续重复的过程就叫Event loop。而一次循环就是一次tick 。

在任务队列中的异步任务又可以分为两种 microtast(微任务)macrotask(宏任务)

microtast(微任务):Promise, process.nextTick, Object.observe, MutationObserver

macrotask(宏任务):script整体代码、setTimeout、 setInterval等

执行优先级上,先执行宏任务macrotask,再执行微任务mincrotask。

执行过程中需要注意的几点是:

  • 在一次event loop中,microtask在这一次循环中是一直取一直取,直到清空microtask队列,而macrotask则是一次循环取一次。
  • 如果执行事件循环的过程中又加入了异步任务,如果是macrotask,则放到macrotask末尾,等待下一轮循环再执行。如果是microtask,则放到本次event loop中的microtask任务末尾继续执行。直到microtask队列清空。

    到这里,上面那个300ms的定时器为什么不一定是精确的300ms之后打印就能理解了:

因为300ms的setTimeout并不是说300ms之后立马执行,而是300ms之后被放入任务列表里面。等待事件循环,等待它执行的时候才能执行代码。如果异步任务列表里面只有它这个macrotask任务,那么就是精确的300ms。但是如果 还有microtast等其它的任务,就不止300ms了。

扩展一:

在面试过程中有时也会遇到这类问题。在这之前我以为考的是let和var的区别,其实它里面也包含着今天讲的知识。

for(var i =0 ;i < 3; i++) {
console.log("for中i的值:"+i)
var time = setTimeout(() => {
console.log("setTimeout中i的值:"+i)
}, 300);
}
复制代码

打印的结果导致是什么样的呢:

  • 1、当执行for循环的时候,定义了3个定时器,由于setTimeout是异步任务,所有这三个定时器,都会在300ms之后加入任务队列
  • 2、此时执行代码,依次输出个for中i的值:1、2、3
  • 300ms之后,每个setTimeout的加入到任务队列,这时for循环早就执行完毕了,此时的 i 由于主线程执行完之后变成了3。由于这时setTimeout匿名回调函数保持对外部变量 i 的引用,所以最终再打印出3个setTimeout中i的值:3

用let改变一下结果就不一样。最终依次打印出setTimeout中i的值:1、2、3

for(let i =0 ;i < 3; i++) {
console.log("for中i的值:"+i)
var time = setTimeout(() => {
console.log("setTimeout中i的值:"+i)
}, 300);
}
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  • 1、var声明的变量,在全局范围内都有效,所以在全局只有一个变量i,每一次循环,变量i的值都会发生改变,而循环内部,被赋给setTimeout函数内部的i指向全局的i,结合之前讲的事件执行机制,最后一轮打印的i也都是3了
  • 2、let声明的变量,let只在块及作用域中有效,并且不存在变量提升。所以每次循环在setTimeout中的i都是一个新的变量。

既然每次循环的i都是一个新值,那么结果输出应该都是初始化值1呀 ?这是因为JavaScript引擎内部会记住上一轮循环的值,初始化本轮变量i时,就在上一轮循环的基础上进行计算

扩展二:

当你彻底搞懂一个知识点时,你会发现运用到其他的地方也是一样,我们接着看下面的代码:

console.log(1);
setTimeout(function () {
console.log(2)
}, 0);
new Promise(function (resolve) {
console.log(3)
for (var i = 100; i > 0; i--) {
i == 1 && resolve()
}
console.log(4)
}).then(function () {
console.log(5)
}).then(function () {
console.log(6)
});
console.log(7);
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这段代码在面试中也经常考到,之前我也是很迷糊的,但是当你掌握了今天的知识,你会发现一切都是那么简单

  • 1、由于script也属于macrotask,所以整个script里面的内容都放到了主线程(任务栈)中,按顺序执行代码。然后遇到console.log(1),直接打印1。
  • 遇到setTimeout,表示0秒后加入任务队列,因为setTimeout是一个宏观任务,所以会放到下一个macrotask,这里不会执行
  • 遇到new Promise,new Promise在实例的过程中执行代码都是同步进行的,只有回调.then()才是微任务。所以先打印3。执行完循环打印4。然后遇到第一个 .then(),属于microtask,加入到本次循环的microtask队列里面。接着向下执行又遇到一个 .then(),又加入到本次循环的microtask队列里面。然后继续向下执行。
  • 遇到console.log(7),直接打印7。直到此时,一个事件循环的macrotask执行完成,然后去查看此次循环是否还有microtask,发现还有刚才的 .then() ,立即放到主线程执行,打印出5。然后发现还有第二个 .then(),立即放到主线程执行,打印出6 。此时microtask任务列表清空完了。到此第一次循环完成。
  • 第二次事件循环,从macrotask任务列表里面找到了第一次放进的setTimeout,放到主线程执行,打印出2。
  • 最终打印的结果:1、3、4、7、5、6、2

在vue中的扩展–异步更新策略及 nextTick 原理

平时可能在面试也不乏经常被问到:vue中的nextTick是什么?它的原理和作用是啥?那nextTick到底是什么,官方文档是这么定义的:

在下次DOM更新循环结束之后执行的延迟回调。在修改数据之后立即使用该方法,获取更新后的DOM。

我们也可以简单的理解为:当页面中的数据发生改变了,就会把该任务放到一个异步队列中,只有在当前任务空闲时才会进行DOM渲染,当DOM渲染完成以后,该函数就会自动执行。

结合上面讲的微任务去理解,microtask在这一次循环中是一直取一直取,直到清空microtask队列,而macrotask则是一次循环取一次,一次就是一次tick。因此当触发数据的setter,vue在microtask建立一个cb事件,在循环到下一次tick的时候会去自动执行这个事件。

结合源码我们再去品一下:当触发某个数据的setter方法后,它的setter函数会通知闭包中的Dep,Dep则会调用它管理的所有Watch对象。触发Watch对象的update实现。我们来看一下update具体是如何实现的。(这里的Dep、Watcher就是Vue响应式的基础了,后面有章节会讲到,这里只需要理解state变化更新的时候,调用update函数更新)

/*调度者接口,当依赖发生改变的时候进行回调 */
update () {
/* istanbul ignore else */
if (this.lazy) {
this.dirty = true
} else if (this.sync) {
/*同步则执行run直接渲染视图*/
this.run()
} else {
/*异步推送到观察者队列中,下一个tick时调用。*/
queueWatcher(this)
}
}
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从代码中可以看到,当state变化的时候会调用queueWatcher(this)函数,这也是vue异步更新队列的方式。那么我们跟着去看看queueWatcher做了什么

/*将一个观察者对象push进观察者队列,在队列中已经存在相同的id则该观察者对象将被跳过,除非它是在队列被刷新时推送*/
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
/*获取watcher的id*/
const id = watcher.id
/*检验id是否存在,已经存在则直接跳过,不存在则标记哈希表has,用于下次检验*/
if (has[id] == null) {
has[id] = true
if (!flushing) {
queue.push(watcher)
} else {
// if already flushing, splice the watcher based on its id
// if already past its id, it will be run next immediately.
let i = queue.length - 1
while (i >= 0 && queue[i].id > watcher.id) {
i--
}
queue.splice(Math.max(i, index) + 1, 0, watcher)
}
// queue the flush
if (!waiting) {
waiting = true
nextTick(flushSchedulerQueue)
}
}
}
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从queueWatcher代码中看出Watch对象并不是立即更新视图,而是被push进了一个队列queue,此时状态处于waiting的状态,这时候会继续会有Watch对象被push进这个队列queue,等到下一个tick运行时将这个队列queue全部拿出来run一遍,这些Watch对象才会被遍历取出,更新视图。同时,id重复的Watcher不会被多次加入到queue中去。这也解释了同一个watcher被多次触发,只会被推入到队列中一次。

到这里可以停一下理理思路,借鉴这种图再去细品一下:

从图中和之前讲的Event loop来总结一下:vue为了避免频繁的操作DOM,采用异步的方式更新DOM。这些异步操作会通过nextTick函数将这些操作以cb的形式放到任务队列中(以微任务优先),当每次tick结束之后就会去执行这些cb,更新DOM。

vue为了实现异步更新效果,建立了nextTick函数,接下来让我们一起看看nextTick是如何实现的, 参考 源码地址 查看。

/*存放异步执行的回调*/
const callbacks = []
/*一个标记位,如果已经有timerFunc被推送到任务队列中去则不需要重复推送*/
let pending = false
/*一个函数指针,指向函数将被推送到任务队列中,等到主线程任务执行完时,任务队列中的timerFunc被调用*/
let timerFunc
/*
推送到队列中下一个tick时执行
cb 回调函数
ctx 上下文
*/
export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
let _resolve
// 第一步 传入的cb会被push进callbacks中存放起来
callbacks.push(() => {
if (cb) {
try {
cb.call(ctx)
} catch (e) {
handleError(e, ctx, 'nextTick')
}
} else if (_resolve) {
_resolve(ctx)
}
})
// 检查上一个异步任务队列(即名为callbacks的任务数组)是否派发和执行完毕了。pending此处相当于一个锁
if (!pending) {
// 若上一个异步任务队列已经执行完毕,则将pending设定为true(把锁锁上)
pending = true
// 调用判断Promise,MutationObserver,setTimeout的优先级
timerFunc()
}
// 第三步执行返回的状态
if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
return new Promise(resolve => {
_resolve = resolve
})
}
}
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关于timerFunc函数这里省略了,其实就是判断使用Promise,MutationObserver,setTimeout的优先级。系统中会优先用Promise,在Promise不存在的情况下使用MutationObserver,这两个方法都会在microtask中执行,会比setTimeout更早执行,所以优先使用。 如果上述两种方法都不支持的环境则会使用setTimeout,在task尾部推入这个函数,等待调用执行。

思考 :为什么优先执行顺序Promise、MutationObserver 》setTimeout

在主线程上,如果再遇到macrotask,就把它放到macrotask任务队列末尾,由于一次event loop只能取一个macrotask,所以遇到的宏任务就需要等待其它轮次的事件循环了;如果遇到microtask,则放到本次循环的microtask队列中去。这样就能明白为什么microtask会比macrotask先处理了。这也是nextTick总是要比setTimeout先要执行。

总结的话,细细品一下官方文档加强理解: 官方文档

Vue 在更新 DOM 时是异步执行的。只要侦听到数据变化,Vue 将开启一个队列,并缓冲在同一事件循环中发生的所有数据变更。如果同一个 watcher 被多次触发,只会被推入到队列中一次。这种在缓冲时去除重复数据对于避免不必要的计算和 DOM 操作是非常重要的。然后,在下一个的事件循环“tick”中,Vue 刷新队列并执行实际 (已去重的) 工作。Vue 在内部对异步队列尝试使用原生的 Promise.then、MutationObserver 和 setImmediate,如果执行环境不支持,则会采用 setTimeout(fn, 0) 代替。

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