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作为“为大型前端项目”而设计的前端框架,Angular 其实有许多值得参考和学习的设计,本系列主要用于研究这些设计和功能的实现原理。本文围绕 Angular 的核心功能 Ivy 编译器,介绍其中的增量 DOM 设计。
在介绍前端框架的时候,我常常会介绍到模板引擎。对于模板引擎的渲染过程,像 Vue/React 这样的框架里,使用了虚拟 DOM 这样的设计。
在 Angular Ivy 编译器中,并没有使用虚拟 DOM,而且使用了增量 DOM。
在 Ivy 编译器里,模板编译后的产物与 View Engine 不一样了,这是为了支持单独编译、增量编译等能力。
比如,<span>My name is {{name}}</span>
这句模板代码,在 Ivy 编译器中编译后的代码大概长这个样子:
// create mode if (rf & RenderFlags.Create) { elementStart(0, "span"); text(1); elementEnd(); } // update mode if (rf & RenderFlags.Update) { textBinding(1, interpolation1("My name is", ctx.name)); }
可以看到,相比于 View Engine 中的elementDef(0,null,null,1,'span',...),
,elementStart()
、elementEnd()
这些 API 显得更加清爽,它们使用的便是增量 DOM 的设计。
虚拟 DOM 想必大家都已经有所了解,它的核心计算过程包括:
用 JavaScript 对象模拟 DOM 树,得到一棵虚拟 DOM 树。
当页面数据变更时,生成新的虚拟 DOM 树,比较新旧两棵虚拟 DOM 树的差异。
把差异应用到真正的 DOM 树上。
虽然虚拟 DOM 解决了页面被频繁更新和渲染带来的性能问题,但传统虚拟 DOM 依然有以下性能瓶颈:
在单个组件内部依然需要遍历该组件的整个虚拟 DOM 树
在一些组件整个模版内只有少量动态节点的情况下,这些遍历都是性能的浪费
递归遍历和更新逻辑容易导致 UI 渲染被阻塞,用户体验下降
针对这些情况,React 和 Vue 等框架也有更多的优化,比如 React 中分别对 tree diff、component diff 以及 element diff 进行了算法优化,同时引入了任务调度来控制状态更新的计算和渲染。在 Vue 3.0 中,则将虚拟 DOM 的更新从以前的整体作用域调整为树状作用域,树状的结构会带来算法的简化以及性能的提升。
而不管怎样,虚拟 DOM 的设计中存在一个无法避免的问题:每个渲染操作分配一个新的虚拟 DOM 树,该树至少大到足以容纳发生变化的节点,并且通常更大一些,这样的设计会导致更多的一些内存占用。当大型虚拟 DOM 树需要大量更新时,尤其是在内存受限的移动设备上,性能可能会受到影响。
增量 DOM 的设计核心思想是:
在创建新的(虚拟)DOM 树时,沿着现有的树走,并在进行时找出更改。
如果没有变化,则不分配内存;
如果有,改变现有树(仅在绝对必要时分配内存)并将差异应用到物理 DOM。
这里将(虚拟)放在括号中是因为,当将预先计算的元信息混合到现有 DOM 节点中时,使用物理 DOM 树而不是依赖虚拟 DOM 树实际上已经足够快了。
与基于虚拟 DOM 的方法相比,增量 DOM 有两个主要优势:
增量特性允许在渲染过程中显着减少内存分配,从而实现更可预测的性能
它很容易映射到基于模板的方法。控制语句和循环可以与元素和属性声明自由混合
增量 DOM 的设计由 Google 提出,同时他们也提供了一个开源库 google/incremental-dom,它是一个用于表达和应用 DOM 树更新的库。JavaScript 可用于提取、迭代数据并将其转换为生成 HTMLElements 和 Text 节点的调用。
但新的 Ivy 引擎没有直接使用它,而是实现了自己的版本。
Ivy 引擎基于增量 DOM 的概念,它与虚拟 DOM 方法的不同之处在于,diff 操作是针对 DOM 增量执行的(即一次一个节点),而不是在虚拟 DOM 树上执行。基于这样的设计,增量 DOM 与 Angular 中的脏检查机制其实能很好地搭配。
增量 DOM 的 API 的一个独特功能是它分离了标签的打开(elementStart
)和关闭(elementEnd
),因此它适合作为模板语言的编译目标,这些语言允许(暂时)模板中的 HTML 不平衡(比如在单独的模板中,打开和关闭的标签)和任意创建 HTML 属性的逻辑。
在 Ivy 中,使用elementStart
和elementEnd
创建一个空的 Element 实现如下(在 Ivy 中,elementStart
和elementEnd
的具体实现便是ɵɵelementStart
和ɵɵelementEnd
):
export function ɵɵelement( index: number, name: string, attrsIndex?: number | null, localRefsIndex?: number ): void { ɵɵelementStart(index, name, attrsIndex, localRefsIndex); ɵɵelementEnd(); }
其中,ɵɵelementStart
用于创建 DOM 元素,该指令后面必须跟有ɵɵelementEnd()
调用。
export function ɵɵelementStart( index: number, name: string, attrsIndex?: number | null, localRefsIndex?: number ): void { const lView = getLView(); const tView = getTView(); const adjustedIndex = HEADER_OFFSET + index; const renderer = lView[RENDERER]; // 此处创建 DOM 元素 const native = (lView[adjustedIndex] = createElementNode( renderer, name, getNamespace() )); // 获取 TNode // 在第一次模板传递中需要收集匹配 const tNode = tView.firstCreatePass ? elementStartFirstCreatePass( adjustedIndex, tView, lView, native, name, attrsIndex, localRefsIndex) : tView.data[adjustedIndex] as TElementNode; setCurrentTNode(tNode, true); const mergedAttrs = tNode.mergedAttrs; // 通过推断的渲染器,将所有属性值分配给提供的元素 if (mergedAttrs !== null) { setUpAttributes(renderer, native, mergedAttrs); } // 将 className 写入 RElement const classes = tNode.classes; if (classes !== null) { writeDirectClass(renderer, native, classes); } // 将 cssText 写入 RElement const styles = tNode.styles; if (styles !== null) { writeDirectStyle(renderer, native, styles); } if ((tNode.flags & TNodeFlags.isDetached) !== TNodeFlags.isDetached) { // 添加子元素 appendChild(tView, lView, native, tNode); } // 组件或模板容器的任何直接子级,必须预先使用组件视图数据进行猴子修补 // 以便稍后可以使用任何元素发现实用程序方法检查元素 if (getElementDepthCount() === 0) { attachPatchData(native, lView); } increaseElementDepthCount(); // 对指令 Host 的处理 if (isDirectiveHost(tNode)) { createDirectivesInstances(tView, lView, tNode); executeContentQueries(tView, tNode, lView); } // 获取本地名称和索引的列表,并将解析的本地变量值按加载到模板中的相同顺序推送到 LView if (localRefsIndex !== null) { saveResolvedLocalsInData(lView, tNode); } }
可以看到,在ɵɵelementStart
创建 DOM 元素的过程中,主要依赖于LView
、TView
和TNode
。
在 Angular Ivy 中,使用了LView
和TView.data
来管理和跟踪渲染模板所需要的内部数据。对于TNode
,在 Angular 中则是用于在特定类型的所有模板之间共享的特定节点的绑定数据(享元)。
ɵɵelementEnd()
则用于标记元素的结尾:
export function ɵɵelementEnd(): void {}
对于ɵɵelementEnd()
的详细实现不过多介绍,基本上主要包括一些对 Class 和样式中@input
等指令的处理,循环遍历提供的tNode
上的指令、并将要运行的钩子排入队列,元素层次的处理等等。
在增量 DOM 中,每个组件都被编译成一系列指令。这些指令创建 DOM 树并在数据更改时就地更新它们。
Ivy 在运行时编译一个组件的过程中,会创建模板解析相关指令:
export function compileComponentFromMetadata( meta: R3ComponentMetadata, constantPool: ConstantPool, bindingParser: BindingParser ): R3ComponentDef { // 其他暂时省略 // 创建一个 TemplateDefinitionBuilder,用于创建模板相关的处理 const templateBuilder = new TemplateDefinitionBuilder( constantPool, BindingScope.createRootScope(), 0, templateTypeName, null, null, templateName, directiveMatcher, directivesUsed, meta.pipes, pipesUsed, R3.namespaceHTML, meta.relativeContextFilePath, meta.i18nUseExternalIds); // 创建模板解析相关指令,包括: // 第一轮:创建模式,包括所有创建模式指令(例如解析侦听器中的绑定) // 第二轮:绑定和刷新模式,包括所有更新模式指令(例如解析属性或文本绑定) const templateFunctionExpression = templateBuilder.buildTemplateFunction(template.nodes, []); // 提供这个以便动态生成的组件在实例化时,知道哪些投影内容块要传递给组件 const ngContentSelectors = templateBuilder.getNgContentSelectors(); if (ngContentSelectors) { definitionMap.set("ngContentSelectors", ngContentSelectors); } // 生成 ComponentDef 的 consts 部分 const { constExpressions, prepareStatements } = templateBuilder.getConsts(); if (constExpressions.length > 0) { let constsExpr: o.LiteralArrayExpr|o.FunctionExpr = o.literalArr(constExpressions); // 将 consts 转换为函数 if (prepareStatements.length > 0) { constsExpr = o.fn([], [...prepareStatements, new o.ReturnStatement(constsExpr)]); } definitionMap.set("consts", constsExpr); } // 生成 ComponentDef 的 template 部分 definitionMap.set("template", templateFunctionExpression); }
可见,在组件编译时,会被编译成一系列的指令,包括const
、vars
、directives
、pipes
、styles
、changeDetection
等等,当然也包括template
模板里的相关指令。最终生成的这些指令,会体现在编译后的组件中,比如之前文章中提到的这样一个Component
文件:
import { Component, Input } from "@angular/core"; @Component({ selector: "greet", template: "<div> Hello, {{name}}! </div>", }) export class GreetComponent { @Input() name: string; }
经ngtsc
编译后,产物包括该组件的.js
文件:
const i0 = require("@angular/core"); class GreetComponent {} GreetComponent.ɵcmp = i0.ɵɵdefineComponent({ type: GreetComponent, tag: "greet", factory: () => new GreetComponent(), template: function (rf, ctx) { if (rf & RenderFlags.Create) { i0.ɵɵelementStart(0, "div"); i0.ɵɵtext(1); i0.ɵɵelementEnd(); } if (rf & RenderFlags.Update) { i0.ɵɵadvance(1); i0.ɵɵtextInterpolate1("Hello ", ctx.name, "!"); } }, });
其中,elementStart()
、text()
、elementEnd()
、advance()
、textInterpolate1()
这些都是增量 DOM 相关的指令。在实际创建组件的时候,其template
模板函数也会被执行,相关的指令也会被执行。
正因为在 Ivy 中,是由组件来引用着相关的模板指令。如果组件不引用某个指令,则我们的 Angular 中永远不会使用到它。因为组件编译的过程发生在编译过程中,因此我们可以根据引用到指令,来排除未引用的指令,从而可以在 Tree-shaking 过程中,将未使用的指令从包中移除,这便是增量 DOM 可树摇的原因。
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分享标题:Ivy编译器中增量DOM的示例分析
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