Vue你不得不知道的异步更新机制和nextTick原理

前言

异步更新是 Vue 核心实现之一，在整体流程中充当着 watcher 更新的调度者这一角色。大部分 watcher 更新都会经过它的处理，在适当时机让更新有序的执行。而 nextTick 作为异步更新的核心，也是需要学习的重点。

本文你能学习到：

异步更新的作用
nextTick原理
异步更新流程

JS运行机制

在理解异步更新前，需要对JS运行机制有些了解，如果你已经知道这些知识，可以选择跳过这部分内容。

JS 执行是单线程的，它是基于事件循环的。事件循环大致分为以下几个步骤：

所有同步任务都在主线程上执行，形成一个执行栈（execution context stack）。
主线程之外，还存在一个"任务队列"（task queue）。只要异步任务有了运行结果，就在"任务队列"之中放置一个事件。
一旦"执行栈"中的所有同步任务执行完毕，系统就会读取"任务队列"，看看里面有哪些事件。那些对应的异步任务，于是结束等待状态，进入执行栈，开始执行。
主线程不断重复上面的第三步。

“任务队列”中的任务(task)被分为两类，分别是宏任务(macro task)和微任务(micro task)

宏任务：在一次新的事件循环的过程中，遇到宏任务时，宏任务将被加入任务队列，但需要等到下一次事件循环才会执行。常见的宏任务有 setTimeout、setImmediate、requestAnimationFrame

微任务：当前事件循环的任务队列为空时，微任务队列中的任务就会被依次执行。在执行过程中，如果遇到微任务，微任务被加入到当前事件循环的微任务队列中。简单来说，只要有微任务就会继续执行，而不是放到下一个事件循环才执行。常见的微任务有 MutationObserver、Promise.then

总的来说，在事件循环中，微任务会先于宏任务执行。而在微任务执行完后会进入浏览器更新渲染阶段，所以在更新渲染前使用微任务会比宏任务快一些。

关于事件循环和浏览器渲染可以看下晨曦时梦见兮大佬的文章《深入解析你不知道的 EventLoop 和浏览器渲染、帧动画、空闲回调（动图演示）》

为什么需要异步更新

既然异步更新是核心之一，首先要知道它的作用是什么，解决了什么问题。

先来看一个很常见的场景：

created(){
    this.id = 10
    this.list = []
    this.info = {}
}

总所周知，Vue 基于数据驱动视图，数据更改会触发 setter 函数，通知 watcher 进行更新。如果像上面的情况，是不是代表需要更新3次，而且在实际开发中的更新可不止那么少。更新过程是需要经过繁杂的操作，例如模板编译、dom diff，频繁进行更新的性能当然很差。

Vue 作为一个优秀的框架，当然不会那么“直男”，来多少就照单全收。Vue 内部实际是将 watcher 加入到一个 queue 数组中，最后再触发 queue 中所有 watcher 的 run 方法来更新。并且加入 queue 的过程中还会对 watcher 进行去重操作，因为在一个 vue 实例中 data 内定义的数据都是存储同一个 “渲染watcher”，所以以上场景中数据即使更新了3次，最终也只会执行一次更新页面的逻辑。

为了达到这种效果，Vue 使用异步更新，等待所有数据同步修改完成后，再去执行更新逻辑。

nextTick 原理

异步更新内部是最重要的就是 nextTick 方法，它负责将异步任务加入队列和执行异步任务。Vue 也将它暴露出来提供给用户使用。在数据修改完成后，立即获取相关DOM还没那么快更新，使用 nextTick 便可以解决这一问题。

认识 nextTick

官方文档对它的描述：

在下次 DOM 更新循环结束之后执行延迟回调。在修改数据之后立即使用这个方法，获取更新后的 DOM。

// 修改数据
vm.msg = 'Hello'
// DOM 还没有更新
Vue.nextTick(function () {
  // DOM 更新了
})
// 作为一个 Promise 使用 (2.1.0 起新增，详见接下来的提示)
Vue.nextTick()
  .then(function () {
    // DOM 更新了
  })

nextTick 使用方法有回调和Promise两种，以上是通过构造函数调用的形式，更常见的是在实例调用 this.$nextTick。它们都是同一个方法。

内部实现

在 Vue 源码 2.5+ 后，nextTick 的实现单独有一个 JS 文件来维护它，它的源码并不复杂，代码实现不过100行，稍微花点时间就能啃下来。源码位置在 src/core/util/next-tick.js，接下来我们来看一下它的实现，先从入口函数开始：

export function nextTick (cb?: Function, ctx?: Object) {
  let _resolve
  // 1
  callbacks.push(() => {
    if (cb) {
      try {
        cb.call(ctx)
      } catch (e) {
        handleError(e, ctx, 'nextTick')
      }
    } else if (_resolve) {
      _resolve(ctx)
    }
  })
  // 2
  if (!pending) {
    pending = true
    timerFunc()
  }
  // $flow-disable-line
  // 3
  if (!cb && typeof Promise !== 'undefined') {
    return new Promise(resolve => {
      _resolve = resolve
    })
  }
}

cb 即传入的回调，它被 push 进一个 callbacks 数组，等待调用。
pending 的作用就是一个锁，防止后续的 nextTick 重复执行 timerFunc。timerFunc 内部创建会一个微任务或宏任务，等待所有的 nextTick 同步执行完成后，再去执行 callbacks 内的回调。
如果没有传入回调，用户可能使用的是 Promise 形式，返回一个 Promise，_resolve 被调用时进入到 then。

继续往下走看看 timerFunc 的实现：

// Here we have async deferring wrappers using microtasks.
// In 2.5 we used (macro) tasks (in combination with microtasks).
// However, it has subtle problems when state is changed right before repaint
// (e.g. #6813, out-in transitions).
// Also, using (macro) tasks in event handler would cause some weird behaviors
// that cannot be circumvented (e.g. #7109, #7153, #7546, #7834, #8109).
// So we now use microtasks everywhere, again.
// A major drawback of this tradeoff is that there are some scenarios
// where microtasks have too high a priority and fire in between supposedly
// sequential events (e.g. #4521, #6690, which have workarounds)
// or even between bubbling of the same event (#6566).
let timerFunc
// The nextTick behavior leverages the microtask queue, which can be accessed
// via either native Promise.then or MutationObserver.
// MutationObserver has wider support, however it is seriously bugged in
// UIWebView in iOS >= 9.3.3 when triggered in touch event handlers. It
// completely stops working after triggering a few times... so, if native
// Promise is available, we will use it:
/* istanbul ignore next, $flow-disable-line */
if (typeof Promise !== 'undefined' && isNative(Promise)) {
  const p = Promise.resolve()
  timerFunc = () => {
    p.then(flushCallbacks)
    // In problematic UIWebViews, Promise.then doesn't completely break, but
    // it can get stuck in a weird state where callbacks are pushed into the
    // microtask queue but the queue isn't being flushed, until the browser
    // needs to do some other work, e.g. handle a timer. Therefore we can
    // "force" the microtask queue to be flushed by adding an empty timer.
    if (isIOS) setTimeout(noop)
  }
  isUsingMicroTask = true
} else if (!isIE && typeof MutationObserver !== 'undefined' && (
  isNative(MutationObserver) ||
  // PhantomJS and iOS 7.x
  MutationObserver.toString() === '[object MutationObserverConstructor]'
)) {
  // Use MutationObserver where native Promise is not available,
  // e.g. PhantomJS, iOS7, Android 4.4
  // (#6466 MutationObserver is unreliable in IE11)
  let counter = 1
  const observer = new MutationObserver(flushCallbacks)
  const textNode = document.createTextNode(String(counter))
  observer.observe(textNode, {
    characterData: true
  })
  timerFunc = () => {
    counter = (counter + 1) % 2
    textNode.data = String(counter)
  }
  isUsingMicroTask = true
} else if (typeof setImmediate !== 'undefined' && isNative(setImmediate)) {
  // Fallback to setImmediate.
  // Technically it leverages the (macro) task queue,
  // but it is still a better choice than setTimeout.
  timerFunc = () => {
    setImmediate(flushCallbacks)
  }
} else {
  // Fallback to setTimeout.
  timerFunc = () => {
    setTimeout(flushCallbacks, 0)
  }
}

上面的代码并不复杂，主要通过一些兼容判断来创建合适的 timerFunc，最优先肯定是微任务，其次再到宏任务。优先级为 promise.then > MutationObserver > setImmediate > setTimeout。（源码中的英文说明也很重要，它们能帮助我们理解设计的意义）

我们会发现无论哪种情况创建的 timerFunc，最终都会执行一个 flushCallbacks 的函数。

const callbacks = []
let pending = false
function flushCallbacks () {
  pending = false
  const copies = callbacks.slice(0)
  callbacks.length = 0
  for (let i = 0; i < copies.length; i++) {
    copies[i]()
  }
}

flushCallbacks 里做的事情 so easy，它负责执行 callbacks 里的回调。

好了，nextTick 的源码就那么多，现在已经知道它的实现，下面再结合异步更新流程，让我们对它更充分的理解吧。

异步更新流程

数据被改变时，触发 watcher.update

// 源码位置：src/core/observer/watcher.js
update () {
  /* istanbul ignore else */
  if (this.lazy) {
    this.dirty = true
  } else if (this.sync) {
    this.run()
  } else {
    queueWatcher(this) // this 为当前的实例 watcher
  }
}

调用 queueWatcher，将 watcher 加入队列

// 源码位置：src/core/observer/scheduler.js
const queue = []
let has = {}
let waiting = false
let flushing = false
let index = 0
export function queueWatcher (watcher: Watcher) {
  const id = watcher.id
  // 1
  if (has[id] == null) {
    has[id] = true
    // 2
    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 > index && queue[i].id > watcher.id) {
        i--
      }
      queue.splice(i + 1, 0, watcher)
    }
    // queue the flush
    // 3
    if (!waiting) {
      waiting = true
      nextTick(flushSchedulerQueue)
    }
  }
}

每个 watcher 都有自己的 id，当 has 没有记录到对应的 watcher，即第一次进入逻辑，否则是重复的 watcher, 则不会进入。这一步就是实现 watcher 去重的点。
将 watcher 加入到队列中，等待执行
waiting 的作用是防止 nextTick 重复执行

flushSchedulerQueue 作为回调传入 nextTick 异步执行。

function flushSchedulerQueue () {
  currentFlushTimestamp = getNow()
  flushing = true
  let watcher, id
  // Sort queue before flush.
  // This ensures that:
  // 1. Components are updated from parent to child. (because parent is always
  //    created before the child)
  // 2. A component's user watchers are run before its render watcher (because
  //    user watchers are created before the render watcher)
  // 3. If a component is destroyed during a parent component's watcher run,
  //    its watchers can be skipped.
  queue.sort((a, b) => a.id - b.id)
  // do not cache length because more watchers might be pushed
  // as we run existing watchers
  for (index = 0; index < queue.length; index++) {
    watcher = queue[index]
    if (watcher.before) {
      watcher.before()
    }
    id = watcher.id
    has[id] = null
    watcher.run()
  }
  // keep copies of post queues before resetting state
  const activatedQueue = activatedChildren.slice()
  const updatedQueue = queue.slice()
  resetSchedulerState()
  // call component updated and activated hooks
  callActivatedHooks(activatedQueue)
  callUpdatedHooks(updatedQueue)
}

flushSchedulerQueue 内将刚刚加入 queue 的 watcher 逐个 run 更新。resetSchedulerState 重置状态，等待下一轮的异步更新。

function resetSchedulerState () {
  index = queue.length = activatedChildren.length = 0
  has = {}
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
    circular = {}
  }
  waiting = flushing = false
}

要注意此时 flushSchedulerQueue 还未执行，它只是作为回调传入而已。因为用户可能也会调用 nextTick 方法。这种情况下，callbacks 里的内容为 ["flushSchedulerQueue", "用户的nextTick回调"]，当所有同步任务执行完成，才开始执行 callbacks 里面的回调。

由此可见，最先执行的是页面更新的逻辑，其次再到用户的 nextTick 回调执行。这也是为什么我们能在 nextTick 中获取到更新后DOM的原因。

总结

异步更新机制使用微任务或宏任务，基于事件循环运行，在 Vue 中对性能起着至关重要的作用，它对重复冗余的 watcher 进行过滤。而 nextTick 根据不同的环境，使用优先级最高的异步任务。这样做的好处是等待所有的状态同步更新完毕后，再一次性渲染页面。用户创建的 nextTick 运行页面更新之后，因此能够获取更新后的DOM。

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