簡單、好懂的Svelte實現原理

卡頌發表於2021-11-12

大家好，我卡頌。

Svelte問世很久了，一直想寫一篇好懂的原理分析文章，拖了這麼久終於寫了。

本文會圍繞一張流程圖和兩個Demo講解，正確的食用方式是用電腦開啟本文，跟著流程圖、Demo一邊看、一邊敲、一邊學。

讓我麼開始吧。

Demo1

Svelte的實現原理如圖：

圖中Component是開發者編寫的元件，內部虛線部分是由Svelte編譯器編譯而成的。圖中的各個箭頭是執行時的工作流程。

首先來看編譯時，考慮如下App元件程式碼：

<h1>{count}</h1>

<script>
  let count = 0;
</script>
完整程式碼見Demo1 repl

瀏覽器會顯示：

這段程式碼經由編譯器編譯後產生如下程式碼，包括三部分：

  • create_fragment方法
  • count的宣告語句
  • class App的宣告語句
// 省略部分程式碼…
function create_fragment(ctx) {
  let h1;

  return {
    c() {
      h1 = element("h1");
      h1.textContent = `${count}`;
    },
    m(target, anchor) {
      insert(target, h1, anchor);
    },
    d(detaching) {
      if (detaching) detach(h1);
    }
  };
}

let count = 0;

class App extends SvelteComponent {
  constructor(options) {
    super();
    init(this, options, null, create_fragment, safe_not_equal, {});
  }
}

export default App;

create_fragment

首先來看create_fragment方法，他是編譯器根據App的UI編譯而成，提供該元件與瀏覽器互動的方法，在上述編譯結果中，包含3個方法：

  • c，代表create，用於根據模版內容，建立對應DOM Element。例子中建立H1對應DOM Element：
h1 = element("h1");
h1.textContent = `${count}`;
  • m，代表mount，用於將c建立的DOM Element插入頁面，完成元件首次渲染。例子中會將H1插入頁面：
insert(target, h1, anchor);

insert方法會呼叫target.insertBefore：


function insert(target, node, anchor) {
  target.insertBefore(node, anchor || null);
}
  • d，代表detach，用於將元件對應DOM Element從頁面中移除。例子中會移除H1：
if (detaching) detach(h1);

detach方法會呼叫parentNode.removeChild：

function detach(node) {
  node.parentNode.removeChild(node);
}

仔細觀察流程圖，會發現App元件編譯的產物沒有圖中fragment內的p方法。

這是因為App沒有變化狀態的邏輯，所以相應方法不會出現在編譯產物中。

可以發現，create_fragment返回的c、m方法用於元件首次渲染。那麼是誰呼叫這些方法呢？

SvelteComponent

每個元件對應一個繼承自SvelteComponent的class，例項化時會呼叫init方法完成元件初始化，create_fragment會在init中呼叫：

class App extends SvelteComponent {
  constructor(options) {
    super();
    init(this, options, null, create_fragment, safe_not_equal, {});
  }
}

總結一下，流程圖中虛線部分在Demo1中的編譯結果為：

  • fragment：編譯為create_fragment方法的返回值
  • UI：create_fragment返回值中m方法的執行結果
  • ctx：代表元件的上下文，由於例子中只包含一個不會改變的狀態count，所以ctx就是count的宣告語句

可以改變狀態的Demo

現在修改Demo，增加update方法，為H1繫結點選事件，點選後count改變：

<h1 on:click="{update}">{count}</h1>

<script>
  let count = 0;
  function update() {
    count++;
  }
</script>
完整程式碼見Demo2 repl

編譯產物發生變化，ctx的變化如下：

// 從module頂層的宣告語句
let count = 0;

// 變為instance方法
function instance($$self, $$props, $$invalidate) {
  let count = 0;

  function update() {
    $$invalidate(0, count++, count);
  }

  return [count, update];
}

count從module頂層的宣告語句變為instance方法內的變數。之所以產生如此變化是因為App可以例項化多個：

// 模版中定義3個App
<App/>
<App/>
<App/>

// 當count不可變時，頁面渲染為：<h1>0</h1>
<h1>0</h1>
<h1>0</h1>

當count不可變時，所有App可以複用同一個count。但是當count可變時，根據不同App被點選次數不同，頁面可能渲染為：

<h1>0</h1>
<h1>3</h1>
<h1>1</h1>

所以每個App需要有獨立的上下文儲存count，這就是instance方法的意義。推廣來說，Svelte編譯器會追蹤<script>內所有變數宣告：

  • 是否包含改變該變數的語句，比如count++
  • 是否包含重新賦值的語句，比如count = 1
  • 等等情況

一旦發現，就會將該變數提取到instance中，instance執行後的返回值就是元件對應ctx。

同時，如果執行如上操作的語句可以通過模版被引用，則該語句會被$$invalidate包裹。

在Demo2中，update方法滿足：

  • 包含改變count的語句 —— count++
  • 可以通過模版被引用 —— 作為點選回撥函式

所以編譯後的update內改變count的語句被$$invalidate方法包裹：

// 原始碼中的update
function update() {
  count++;
}

// 編譯後instance中的update
function update() {
  $$invalidate(0, count++, count);
}

從流程圖可知，$$invalidate方法會執行如下操作：

  • 更新ctx中儲存狀態的值，比如Demo2中count++
  • 標記dirty，即標記App UI中所有和count相關的部分將會發生變化
  • 排程更新，在microtask中排程本次更新，所有在同一個macrotask中執行的$$invalidate都會在該macrotask執行完成後被統一執行，最終會執行元件fragment中的p方法

p方法是Demo2中新的編譯產物，除了p之外，create_fragment已有的方法也產生相應變化：

c() {
  h1 = element("h1");
  // count的值變為從ctx中獲取
  t = text(/*count*/ ctx[0]);
},
m(target, anchor) {
  insert(target, h1, anchor);
  append(h1, t);
  // 事件繫結
  dispose = listen(h1, "click", /*update*/ ctx[1]);
},
p(ctx, [dirty]) {
  // set_data會更新t儲存的文字節點
  if (dirty & /*count*/ 1) set_data(t, /*count*/ ctx[0]);
},
d(detaching) {
  if (detaching) detach(h1);
  // 事件解綁
  dispose();
}

p方法會執行$$invalidate中標記為dirty的項對應的更新函式。

在Demo2中，App UI中只引用了狀態count，所以update方法中只有一個if語句，如果UI中引用了多個狀態，則p方法中也會包含多個if語句：

// UI中引用多個狀態 
<h1 on:click="{count0++}">{count0}</h1>
<h1 on:click="{count1++}">{count1}</h1>
<h1 on:click="{count2++}">{count2}</h1>

對應p方法包含多個if語句：

p(new_ctx, [dirty]) {
  ctx = new_ctx;
  if (dirty & /*count*/ 1) set_data(t0, /*count*/ ctx[0]);
  if (dirty & /*count1*/ 2) set_data(t2, /*count1*/ ctx[1]);
  if (dirty & /*count2*/ 4) set_data(t4, /*count2*/ ctx[2]);
},

Demo2完整的更新步驟如下：

  1. 點選H1觸發回撥函式update
  2. update內呼叫$$invalidate，更新ctx中的count，標記count為dirty，排程更新
  3. 執行p方法，進入dirty的項（即count）對應if語句，執行更新對應DOM Element的方法

總結

Svelte的完整工作流程會複雜的多，但是核心實現便是如此。

我們可以直觀的感受到，藉由模版語法的約束，經過編譯優化，可以直接建立狀態與要改變的DOM節點的對應關係。

在Demo2中，狀態count的變化直接對應p方法中一個if語句，使得Svelte執行細粒度的更新時對比使用虛擬DOM的框架更有效能優勢。

上述效能分析中第四行select row就是一個細粒度的更新。想比較之下，React（倒數第三列）效能就差很多。

歡迎加入人類高質量前端框架群，帶飛

相關文章