前言
在效能優化上，最常見的手段就是快取。對需要經常訪問的資源進行快取，減少請求或者是初始化的過程，從而降低時間或記憶體的消耗。Vue 為我們提供了快取元件 keep-alive，它可用於路由級別或元件級別的快取。
但其中的快取原理你是否瞭解，元件快取渲染又是如何工作。那麼本文就來解析 keep-alive 的原理。
LRU策略
在使用 keep-alive 時，可以新增 prop 屬性 include、exclude、max 允許元件有條件的快取。既然有限制條件，舊的元件需要刪除快取，新的元件就需要加入到最新快取，那麼要如何制定對應的策略？
LRU（Least recently used，最近最少使用）策略根據資料的歷史訪問記錄來進行淘汰資料。LRU 策略的設計原則是，如果一個資料在最近一段時間沒有被訪問到，那麼在將來它被訪問的可能性也很小。也就是說，當限定的空間已存滿資料時，應當把最久沒有被訪問到的資料淘汰。
- 現在快取最大隻允許存3個元件，ABC三個元件依次進入快取，沒有任何問題
- 當D元件被訪問時，記憶體空間不足，A是最早進入也是最舊的元件，所以A元件從快取中刪除，D元件加入到最新的位置
- 當B元件被再次訪問時，由於B還在快取中，B移動到最新的位置，其他元件相應的往後一位
- 當E元件被訪問時，記憶體空間不足，C變成最久未使用的元件，C元件從快取中刪除，E元件加入到最新的位置
keep-alive 快取機制便是根據LRU策略來設定快取元件新鮮度，將很久未訪問的元件從快取中刪除。瞭解完快取機制，接下來進入原始碼，看看keep-alive元件是如何實現的。
元件實現原理
// 原始碼位置：src/core/components/keep-alive.js
export default {
name: 'keep-alive',
abstract: true,
props: {
include: patternTypes,
exclude: patternTypes,
max: [String, Number]
},
created () {
this.cache = Object.create(null)
this.keys = []
},
destroyed () {
for (const key in this.cache) {
pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys)
}
},
mounted () {
this.$watch('include', val => {
pruneCache(this, name => matches(val, name))
})
this.$watch('exclude', val => {
pruneCache(this, name => !matches(val, name))
})
},
render () {
const slot = this.$slots.default
const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot)
const componentOptions: ?VNodeComponentOptions = vnode && vnode.componentOptions
if (componentOptions) {
// check pattern
const name: ?string = getComponentName(componentOptions)
const { include, exclude } = this
if (
// not included
(include && (!name || !matches(include, name))) ||
// excluded
(exclude && name && matches(exclude, name))
) {
return vnode
}
const { cache, keys } = this
const key: ?string = vnode.key == null
// same constructor may get registered as different local components
// so cid alone is not enough (#3269)
? componentOptions.Ctor.cid + (componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : '')
: vnode.key
if (cache[key]) {
vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance
// make current key freshest
remove(keys, key)
keys.push(key)
} else {
cache[key] = vnode
keys.push(key)
// prune oldest entry
if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode)
}
}
vnode.data.keepAlive = true
}
return vnode || (slot && slot[0])
}
}
kepp-alive 實際是一個抽象元件，只對包裹的子元件做處理，並不會和子元件建立父子關係，也不會作為節點渲染到頁面上。在元件開頭就設定 abstract 為 true，代表該元件是一個抽象元件。
// 原始碼位置： src/core/instance/lifecycle.js
export function initLifecycle (vm: Component) {
const options = vm.$options
// locate first non-abstract parent
let parent = options.parent
if (parent && !options.abstract) {
while (parent.$options.abstract && parent.$parent) {
parent = parent.$parent
}
parent.$children.push(vm)
}
vm.$parent = parent
// ...
}
那麼抽象元件是如何忽略這層關係的呢？在初始化階段會呼叫 initLifecycle，裡面判斷父級是否為抽象元件，如果是抽象元件，就選取抽象元件的上一級作為父級，忽略與抽象元件和子元件之間的層級關係。
回到 keep-alive 元件，元件是沒有編寫
template 模板，而是由 render 函式決定渲染結果。
const slot = this.$slots.default
const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot)
如果 keep-alive 存在多個子元素，keep-alive 要求同時只有一個子元素被渲染。所以在開頭會獲取插槽內的子元素，呼叫 getFirstComponentChild 獲取到第一個子元素的 VNode。
// check pattern
const name: ?string = getComponentName(componentOptions)
const { include, exclude } = this
if (
// not included
(include && (!name || !matches(include, name))) ||
// excluded
(exclude && name && matches(exclude, name))
) {
return vnode
}
function matches (pattern: string | RegExp | Array<string>, name: string): boolean {
if (Array.isArray(pattern)) {
return pattern.indexOf(name) > -1
} else if (typeof pattern === 'string') {
return pattern.split(',').indexOf(name) > -1
} else if (isRegExp(pattern)) {
return pattern.test(name)
}
return false
}
接著判斷當前元件是否符合快取條件，元件名與include不匹配或與exclude匹配都會直接退出並返回 VNode，不走快取機制。
const { cache, keys } = this
const key: ?string = vnode.key == null
// same constructor may get registered as different local components
// so cid alone is not enough (#3269)
? componentOptions.Ctor.cid + (componentOptions.tag ? `::${componentOptions.tag}` : '')
: vnode.key
if (cache[key]) {
vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance
// make current key freshest
remove(keys, key)
keys.push(key)
} else {
cache[key] = vnode
keys.push(key)
// prune oldest entry
if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode)
}
}
vnode.data.keepAlive = true
匹配條件通過會進入快取機制的邏輯，如果命中快取，從 cache 中獲取快取的例項設定到當前的元件上，並調整 key 的位置將其放到最後。如果沒命中快取，將當前 VNode 快取起來，並加入當前元件的 key。如果快取元件的數量超出 max 的值，即快取空間不足，則呼叫 pruneCacheEntry 將最舊的元件從快取中刪除，即 keys[0] 的元件。之後將元件的 keepAlive 標記為 true，表示它是被快取的元件。
function pruneCacheEntry (
cache: VNodeCache,
key: string,
keys: Array<string>,
current?: VNode
) {
const cached = cache[key]
if (cached && (!current || cached.tag !== current.tag)) {
cached.componentInstance.$destroy()
}
cache[key] = null
remove(keys, key)
}
pruneCacheEntry 負責將元件從快取中刪除，它會呼叫元件 $destroy 方法銷燬元件例項，快取元件置空，並移除對應的 key。
mounted () {
this.$watch('include', val => {
pruneCache(this, name => matches(val, name))
})
this.$watch('exclude', val => {
pruneCache(this, name => !matches(val, name))
})
}
function pruneCache (keepAliveInstance: any, filter: Function) {
const { cache, keys, _vnode } = keepAliveInstance
for (const key in cache) {
const cachedNode: ?VNode = cache[key]
if (cachedNode) {
const name: ?string = getComponentName(cachedNode.componentOptions)
if (name && !filter(name)) {
pruneCacheEntry(cache, key, keys, _vnode)
}
}
}
}
keep-alive 在 mounted 會監聽 include 和 exclude 的變化，屬性發生改變時調整快取和 keys 的順序，最終呼叫的也是 pruneCacheEntry。
小結：cache 用於快取元件，keys 儲存元件的 key，根據LRU策略來調整快取元件。keep-alive 的 render 中最後會返回元件的 VNode，因此我們也可以得出一個結論，keep-alive 並非真的不會渲染，而是渲染的物件是包裹的子元件。
元件渲染流程
溫馨提示：這部分內容需要對
render和patch過程有了解
渲染過程最主要的兩個過程就是 render 和 patch，在 render 之前還會有模板編譯，render 函式就是模板編譯後的產物，它負責構建 VNode 樹，構建好的 VNode 會傳遞給 patch，patch 根據 VNode 的關係生成真實dom節點樹。
這張圖描述了 Vue 檢視渲染的流程：
VNode構建完成後，最終會被轉換成真實dom，而 patch 是必經的過程。為了更好的理解元件渲染的過程，假設 keep-alive 包括的元件有A和B兩個元件，預設展示A元件。
初始化渲染
元件在 patch 過程是會執行 createComponent 來掛載元件的，A元件也不例外。
// 原始碼位置：src/core/vdom/patch.js
function createComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i = vnode.data
if (isDef(i)) {
const isReactivated = isDef(vnode.componentInstance) && i.keepAlive
if (isDef(i = i.hook) && isDef(i = i.init)) {
i(vnode, false /* hydrating */)
}
// after calling the init hook, if the vnode is a child component
// it should've created a child instance and mounted it. the child
// component also has set the placeholder vnode's elm.
// in that case we can just return the element and be done.
if (isDef(vnode.componentInstance)) {
initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
if (isTrue(isReactivated)) {
reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
}
return true
}
}
}
isReactivated 標識元件是否重新啟用。在初始化渲染時，A元件還沒有初始化構造完成，componentInstance 還是 undefined。而A元件的 keepAlive 是 true，因為 keep-alive 作為父級包裹元件，會先於A元件掛載，也就是 kepp-alive 會先執行 render 的過程，A元件被快取起來，之後對插槽內第一個元件（A元件）的 keepAlive 賦值為 true，不記得這個過程請看上面元件實現的程式碼。所以此時的 isReactivated 是 false。
接著會呼叫 init 函式進行元件初始化，它是元件的一個鉤子函式：
// 原始碼位置：src/core/vdom/create-component.js
const componentVNodeHooks = {
init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
if (
vnode.componentInstance &&
!vnode.componentInstance._isDestroyed &&
vnode.data.keepAlive
) {
// kept-alive components, treat as a patch
const mountedNode: any = vnode // work around flow
componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
} else {
const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
vnode,
activeInstance
)
child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
}
},
// ...
}
createComponentInstanceForVnode 內會 new Vue 構造元件例項並賦值到 componentInstance，隨後呼叫 $mount 掛載元件。
回 createComponent，繼續走下面的邏輯：
if (isDef(vnode.componentInstance)) {
initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
if (isTrue(isReactivated)) {
reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
}
return true
}
呼叫 initComponent 將 vnode.elm 賦值為真實dom，然後呼叫 insert 將元件的真實dom插入到父元素中。
所以在初始化渲染中，keep-alive 將A元件快取起來，然後正常的渲染A元件。
快取渲染
當切換到B元件，再切換回A元件時，A元件命中快取被重新啟用。
再次經歷 patch 過程，keep-alive 是根據插槽獲取當前的元件，那麼插槽的內容又是如何更新實現快取?
const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
// patch existing root node
patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
}
非初始化渲染時，patch 會呼叫 patchVnode 對比新舊節點。
// 原始碼位置：src/core/vdom/patch.js
function patchVnode (
oldVnode,
vnode,
insertedVnodeQueue,
ownerArray,
index,
removeOnly
) {
// ...
let i
const data = vnode.data
if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
i(oldVnode, vnode)
}
// ...
}
patchVnode 內會呼叫鉤子函式 prepatch。
// 原始碼位置： src/core/vdom/create-component.js
prepatch (oldVnode: MountedComponentVNode, vnode: MountedComponentVNode) {
const options = vnode.componentOptions
const child = vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
updateChildComponent(
child,
options.propsData, // updated props
options.listeners, // updated listeners
vnode, // new parent vnode
options.children // new children
)
},
updateChildComponent 就是更新的關鍵方法，它裡面主要是更新例項的一些屬性：
// 原始碼位置：src/core/instance/lifecycle.js
export function updateChildComponent (
vm: Component,
propsData: ?Object,
listeners: ?Object,
parentVnode: MountedComponentVNode,
renderChildren: ?Array<VNode>
) {
// ...
// Any static slot children from the parent may have changed during parent's
// update. Dynamic scoped slots may also have changed. In such cases, a forced
// update is necessary to ensure correctness.
const needsForceUpdate = !!(
renderChildren || // has new static slots
vm.$options._renderChildren || // has old static slots
hasDynamicScopedSlot
)
// ...
// resolve slots + force update if has children
if (needsForceUpdate) {
vm.$slots = resolveSlots(renderChildren, parentVnode.context)
vm.$forceUpdate()
}
}
Vue.prototype.$forceUpdate = function () {
const vm: Component = this
if (vm._watcher) {
// 這裡最終會執行 vm._update(vm._render)
vm._watcher.update()
}
}
從註釋中可以看到 needsForceUpdate 是有插槽才會為 true，keep-alive 符合條件。首先呼叫 resolveSlots 更新 keep-alive 的插槽，然後呼叫 $forceUpdate 讓 keep-alive 重新渲染，再走一遍 render。因為A元件在初始化已經快取了，keep-alive 直接返回快取好的A元件 VNode。VNode 準備好後，又來到了 patch 階段。
function createComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i = vnode.data
if (isDef(i)) {
const isReactivated = isDef(vnode.componentInstance) && i.keepAlive
if (isDef(i = i.hook) && isDef(i = i.init)) {
i(vnode, false /* hydrating */)
}
// after calling the init hook, if the vnode is a child component
// it should've created a child instance and mounted it. the child
// component also has set the placeholder vnode's elm.
// in that case we can just return the element and be done.
if (isDef(vnode.componentInstance)) {
initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
if (isTrue(isReactivated)) {
reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
}
return true
}
}
}
A元件再次經歷 createComponent 的過程，呼叫 init。
const componentVNodeHooks = {
init (vnode: VNodeWithData, hydrating: boolean): ?boolean {
if (
vnode.componentInstance &&
!vnode.componentInstance._isDestroyed &&
vnode.data.keepAlive
) {
// kept-alive components, treat as a patch
const mountedNode: any = vnode // work around flow
componentVNodeHooks.prepatch(mountedNode, mountedNode)
} else {
const child = vnode.componentInstance = createComponentInstanceForVnode(
vnode,
activeInstance
)
child.$mount(hydrating ? vnode.elm : undefined, hydrating)
}
},
}
這時將不再走 $mount 的邏輯，只呼叫 prepatch 更新例項屬性。所以在快取元件被啟用時，不會執行 created 和 mounted 的生命週期函式。
回到 createComponent，此時的 isReactivated 為 true，呼叫 reactivateComponent:
function reactivateComponent (vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm) {
let i
// hack for #4339: a reactivated component with inner transition
// does not trigger because the inner node's created hooks are not called
// again. It's not ideal to involve module-specific logic in here but
// there doesn't seem to be a better way to do it.
let innerNode = vnode
while (innerNode.componentInstance) {
innerNode = innerNode.componentInstance._vnode
if (isDef(i = innerNode.data) && isDef(i = i.transition)) {
for (i = 0; i < cbs.activate.length; ++i) {
cbs.activate[i](emptyNode, innerNode)
}
insertedVnodeQueue.push(innerNode)
break
}
}
// unlike a newly created component,
// a reactivated keep-alive component doesn't insert itself
insert(parentElm, vnode.elm, refElm)
}
最後呼叫 insert 插入元件的dom節點，至此快取渲染流程完成。
小結：元件首次渲染時，keep-alive 會將元件快取起來。等到快取渲染時，keep-alive 會更新插槽內容，之後 $forceUpdate 重新渲染。這樣在 render 時就獲取到最新的元件，如果命中快取則從快取中返回 VNode。
總結
keep-alive 元件是抽象元件，在對應父子關係時會跳過抽象元件，它只對包裹的子元件做處理，主要是根據LRU策略快取元件 VNode，最後在 render 時返回子元件的 VNode。快取渲染過程會更新 keep-alive 插槽，重新再 render 一次，從快取中讀取之前的元件 VNode 實現狀態快取。
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