用动画的方式讲透vue3 keep-alive组件原理

前言

Vue3的内置KeepAlive组件是一个高效且实用的抽象组件，它能够优化组件性能，减少频繁卸载和挂载DOM所带来的开销。对于一些复杂的、需要长时间计算或获取数据的组件，使用KeepAlive可以极大提高用户体验。接下来我们将通过剖析KeepAlive组件的源码，来深入理解其背后的实现原理，主要分析组件渲染、缓存处理、props参数的处理，以及组件卸载过程。

先来尝试下keep-alive的缓存实现机制

KeepAlive的基本实现

在Vue3的源码中，KeepAlive组件是一个对象，主要包括组件的渲染、缓存处理、props参数的处理和组件卸载过程。

const KeepAliveImpl: ComponentOptions = {
  name: `KeepAlive`,
  props: {
    include: [String, RegExp, Array],
    exclude: [String, RegExp, Array],
    max: [String, Number]
  },
  setup(props: KeepAliveProps, { slots }: SetupContext) {
    const cache = new Map()
    const keys = new Set()

    onBeforeUnmount(() => {
      // 清理所有的缓存
      cache.clear()
      keys.clear()
    })

    return () => {
      const vnode = slots.default ? slots.default()[0] : null
      // 这里简化了代码，假设vnode一定存在
      const key = vnode.key
      const cachedVNode = cache.get(key)

      if (cachedVNode) {
        // 缓存命中，直接返回缓存的VNode
        return cachedVNode
      } else {
        // 缓存未命中，将VNode加入缓存
        cache.set(key, vnode)
        keys.add(key)
        if (props.max && keys.size > parseInt(props.max as string, 10)) {
          // LRU策略
          pruneCacheEntry(keys.values().next().value)
        }
        return vnode
      }
    }
  }
}

在setup函数中，创建了一个用于缓存组件的Map对象和一个用于存储所有缓存key的Set对象。然后返回一个渲染函数，用于实现组件的缓存和渲染。

组件渲染

对于KeepAlive组件的渲染，其实就是渲染其子组件。这个过程可以简化为：

return () => {
  const vnode = slots.default ? slots.default()[0] : null
  return vnode
}

这里，slots.default()[0]就是KeepAlive包裹的第一个子组件。KeepAlive只是作为一个透明的抽象层，将子组件渲染出来。

缓存处理

缓存的处理过程在返回的渲染函数中进行：

return () => {
  const vnode = slots.default ? slots.default()[0] : null
  const key = vnode.key
  const cachedVNode = cache.get(key)

  if (cachedVNode) {
    // 缓存命中，直接返回缓存的VNode
    return cachedVNode
  } else {
    // 缓存未命中，将VNode加入缓存
    cache.set(key, vnode)
    keys.add(key)
    if (props.max && keys.size > parseInt(props.max as string, 10)) {
      // LRU策略
      pruneCacheEntry(keys.values().next().value)
    }
    return vnode
  }
}

这里，vnode.key就是KeepAlive的子组件的唯一标识。通过这个key，我们能在cache中找到对应的缓存组件，如果找到了，就直接返回缓存组件，否则，就把当前组件加入到缓存中。

props参数处理

KeepAlive组件支持include、exclude和max三个props参数。具体处理过程如下：

// packages/runtime-core/src/components/KeepAlive.ts
props: {
    include: [String, RegExp, Array],
    exclude: [String, RegExp, Array],
    max: [String, Number]
}
...
return () => {
  const vnode = slots.default ? slots.default()[0] : null
  const key = vnode.key
  const cachedVNode = cache.get(key)
  // isMatch实现include、exclude
  if (isMatch(key, props.include) && !isMatch(key, props.exclude)) {
    if (cachedVNode) {
      // 缓存命中，直接返回缓存的VNode
      return cachedVNode
    } else {
      // 缓存未命中，将VNode加入缓存
      cache.set(key, vnode)
      keys.add(key)
      if (props.max && keys.size > parseInt(props.max as string, 10)) {
        // LRU策略
        pruneCacheEntry(keys.values().next().value)
      }
      return vnode
    }
  } else {
    return vnode
  }
}

在这里，我们定义了一个辅助函数isMatch来检查当前组件的key是否符合include或exclude的规则。只有当组件的key符合include的规则并且不符合exclude的规则时，我们才会将组件加入到缓存中。

组件卸载

在组件卸载时，我们需要确保所有的缓存都被正确地清理。这一点是通过onBeforeUnmount钩子函数来实现的：

onBeforeUnmount(() => {
  cache.forEach((cachedVNode, key) => {
    pruneCacheEntry(key)
  })
})

在这个钩子函数中，我们遍历了所有的缓存，对每一个缓存，都调用了pruneCacheEntry函数进行清理。

LRU缓存策略

KeepAlive组件通过max属性控制缓存的最大个数，并采用LRU（Least Recently Used）缓存策略来管理缓存。

在缓存过程中，使用一个Set对象keys来记录缓存的key值。当进行缓存时，将key添加到keys中；当缓存的个数超过max时，会进行LRU处理，即删除最久未使用的缓存。

以下是LRU缓存的处理逻辑：

// packages/runtime-core/src/components/KeepAlive.ts
if (cachedVNode) {
    // 缓存命中，执行相应处理逻辑
    // ...
} else {
    // 缓存未命中，添加新的key到缓存
    keys.add(key)
    // 删除最久未使用的key
    if (max && keys.size > parseInt(max as string, 10)) {
      pruneCacheEntry(keys.values().next().value)
    }
}

在缓存命中时，执行相应的处理逻辑；在缓存未命中时，将新的key添加到缓存，并检查缓存的个数是否超过max。如果超过，则使用keys.values().next().value获取最久未使用的key，并调用pruneCacheEntry函数进行缓存的清理。

通过LRU缓存策略，可以确保缓存的个数不会超过设定的最大值，并删除最久未使用的缓存，以保持缓存的有效性。

总结

通过深入源码级别的分析，我们对Vue3中KeepAlive组件的实现有了更深入的理解。KeepAlive组件的实现逻辑清晰、简洁，很好地体现了Vue的设计思想。它通过将缓存和渲染集成在一个函数中，简化了逻辑，也让组件的使用变得更加简单。同时，通过LRU策略和include、exclude参数，我们可以灵活地管理组件的缓存，进一步提升应用的性能。