彻底揭秘keep-alive原理

原文链接： github.com/qi...

本文介绍的内容包括：

• keep-alive用法：动态组件&vue-router
• keep-alive源码解析
• keep-alive组件及其包裹组件的钩子
• keep-alive组件及其包裹组件的渲染

二、keep-alive介绍与应用

2.1 keep-alive是什么

keep-alive是一个抽象组件：它自身不会渲染一个 DOM 元素，也不会出现在父组件链中；使用keep-alive包裹动态组件时，会缓存不活动的组件实例，而不是销毁它们。

2.2 一个场景

用户在某个列表页面选择筛选条件过滤出一份数据列表，由列表页面进入数据详情页面，再返回该列表页面，我们希望：列表页面可以保留用户的筛选（或选中）状态。keep-alive就是用来解决这种场景。当然keep-alive不仅仅是能够保存页面/组件的状态这么简单，它还可以避免组件反复创建和渲染，有效提升系统性能。 总的来说，keep-alive用于保存组件的渲染状态。

2.3 keep-alive用法

• 在动态组件中的应用

<keep-alive :include="whiteList" :exclude="blackList" :max="amount">
  <component :is="currentComponent"></component>
</keep-alive>
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• 在vue-router中的应用

<keep-alive :include="whiteList" :exclude="blackList" :max="amount">
  <router-view></router-view>
</keep-alive>
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include 定义缓存白名单，keep-alive会缓存命中的组件； exclude 定义缓存黑名单，被命中的组件将不会被缓存； max 定义缓存组件上限，超出上限使用LRU的策略置换缓存数据。

三、源码剖析

keep-alive.js 内部另外还定义了一些 工具 函数，我们按住不表，先看它对外暴露的对象。

// src/core/components/keep-alive.js
export default {
  name: 'keep-alive',
  abstract: true, // 判断当前组件虚拟dom是否渲染成真是dom的关键

  props: {
    include: patternTypes, // 缓存白名单
    exclude: patternTypes, // 缓存黑名单
    max: [String, Number] // 缓存的组件实例数量上限
  },

  created () {
    this.cache = Object.create(null) // 缓存虚拟dom
    this.keys = [] // 缓存的虚拟dom的健集合
  },

  destroyed () {
    for (const key in this.cache) { // 删除所有的缓存
      pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys)
    }
  },

  mounted () {
    // 实时监听黑白名单的变动
    this.$watch('include', val => {
      pruneCache(this, name => matches(val, name))
    })
    this.$watch('exclude', val => {
      pruneCache(this, name => !matches(val, name))
    })
  },

  render () {
    // 先省略...
  }
}
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可以看出，与我们定义组件的过程一样，先是设置组件名为 keep-alive ，其次定义了一个 abstract 属性，值为 true 。这个属性在vue的官方教程并未提及，却至关重要，后面的渲染过程会用到。 props 属性定义了keep-alive组件支持的全部参数。

keep-alive在它生命周期内定义了三个钩子函数：

• created

  初始化两个对象分别缓存VNode（虚拟DOM）和VNode对应的健集合

• destroyed

  删除 this.cache 中缓存的VNode实例。我们留意到，这里不是简单地将 this.cache 至为 null ，而是遍历调用 pruneCacheEntry 函数删除。

// src/core/components/keep-alive.js
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() // 执行组件的destory钩子函数
  }
  cache[key] = null
  remove(keys, key)
}
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删除缓存VNode还要对应执行组件实例的 destory 钩子函数

• mounted

  在 mounted 这个钩子中对 include 和 exclude 参数进行监听，然后实时地更新（删除） this.cache 对象数据。 pruneCache 函数的核心也是去调用 pruneCacheEntry 。

• render

// src/core/components/keep-alive.js
  render () {
    const slot = this.$slots.default
    const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot) // 找到第一个子组件对象
    const componentOptions: ?VNodeComponentOptions = vnode && vnode.componentOptions
    if (componentOptions) { // 存在组件参数
      // check pattern
      const name: ?string = getComponentName(componentOptions) // 组件名
      const { include, exclude } = this
      if ( // 条件匹配
        // 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 // 定义组件的缓存key
        // 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]) { // 已经缓存过该组件
        vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance
        // make current key freshest
        remove(keys, key)
        keys.push(key) // 调整key排序
      } else {
        cache[key] = vnode // 缓存组件对象
        keys.push(key)
        // prune oldest entry
        if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) { // 超过缓存数限制，将第一个删除
          pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode)
        }
      }

      vnode.data.keepAlive = true // 渲染和执行被包裹组件的钩子函数需要用到
    }
    return vnode || (slot && slot[0])
  }
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• 第一步：获取keep-alive包裹着的第一个子组件对象及其组件名；
• 第二步：根据设定的黑白名单（如果有）进行条件匹配，决定是否缓存。不匹配，直接返回组件实例（VNode），否则执行第三步；
• 第三步：根据组件ID和tag生成缓存Key，并在缓存对象中查找是否已缓存过该组件实例。如果存在，直接取出缓存值并更新该 key 在 this.keys 中的位置（更新key的位置是实现LRU置换策略的关键），否则执行第四步；
• 第四步：在 this.cache 对象中存储该组件实例并保存 key 值，之后检查缓存的实例数量是否超过 max 的设置值，超过则根据LRU置换策略删除最近最久未使用的实例（即是下标为0的那个key）。
• 第五步：最后并且很重要，将该组件实例的 keepAlive 属性值设置为 true 。这个在 @ 不可忽视：钩子函数 章节会再次出场。

四、重头戏：渲染

4.1 Vue的渲染过程

借一张图看下Vue渲染的整个过程：

，这是构建组件树（虚拟DOM树），并将VNode转换成真正DOM节点的过程。

简单描述从 render 到 patch 的过程

我们从最简单的 new Vue 开始：

import App from './App.vue'

new Vue({
  render: h => h(App),
}).$mount('#app')
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• Vue在渲染的时候先调用原型上的 _render 函数将组件对象转化为一个VNode实例；而 _render 是通过调用 createElement 和 createEmptyVNode 两个函数进行转化；
• createElement 的转化过程会根据不同的情形选择 new VNode 或者调用 createComponent 函数做VNode实例化；
• 完成VNode实例化后，这时候Vue调用原型上的 _update 函数把VNode渲染为真实DOM，这个过程又是通过调用 __patch__ 函数完成的（这就是pacth阶段了）

用一张图表达：

4.2 keep-alive组件的渲染

我们用过keep-alive都知道，它不会生成真正的DOM节点，这是怎么做到的？

// src/core/instance/lifecycle.js
export function initLifecycle (vm: Component) {
  const options = vm.$options
  // 找到第一个非abstract的父组件实例
  let parent = options.parent
  if (parent && !options.abstract) {
    while (parent.$options.abstract && parent.$parent) {
      parent = parent.$parent
    }
    parent.$children.push(vm)
  }
  vm.$parent = parent
  // ...
}
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Vue在初始化生命周期的时候，为组件实例建立父子关系会根据 abstract 属性决定是否忽略某个组件。在keep-alive中，设置了 abstract: true ，那Vue就会跳过该组件实例。

keep-alive包裹的组件是如何使用缓存的？在 patch 阶段，会执行 createComponent 函数：

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 */)
      }

      if (isDef(vnode.componentInstance)) {
        initComponent(vnode, insertedVnodeQueue)
        insert(parentElm, vnode.elm, refElm) // 将缓存的DOM（vnode.elm）插入父元素中
        if (isTrue(isReactivated)) {
          reactivateComponent(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
        }
        return true
      }
    }
  }
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• 在首次加载被包裹组件时，由 keep-alive.js 中的 render 函数可知， vnode.componentInstance 的值是 undefined ， keepAlive 的值是 true ，因为keep-alive组件作为父组件，它的 render 函数会先于被包裹组件执行；那么就只执行到 i(vnode, false /* hydrating */) ，后面的逻辑不再执行；
• 再次访问被包裹组件时， vnode.componentInstance 的值就是已经缓存的组件实例，那么会执行 insert(parentElm, vnode.elm, refElm) 逻辑，这样就直接把上一次的DOM插入到了父元素中。

五、不可忽视：钩子函数

5.1 只执行一次的钩子

一般的组件，每一次加载都会有完整的生命周期，即生命周期里面对应的钩子函数都会被触发，为什么被keep-alive包裹的组件却不是呢？ 我们在 @ 源码剖析 章节分析到，被缓存的组件实例会为其设置 keepAlive = true ，而在初始化组件钩子函数中：

// 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)
    }
  }
  // ...
}
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可以看出，当 vnode.componentInstance 和 keepAlive 同时为truly值时，不再进入 $mount 过程，那 mounted 之前的所有钩子函数（ beforeCreate 、 created 、 mounted ）都不再执行。

5.2 可重复的activated

在 patch 的阶段，最后会执行 invokeInsertHook 函数，而这个函数就是去调用组件实例（VNode）自身的 insert 钩子：

function invokeInsertHook (vnode, queue, initial) {
    if (isTrue(initial) && isDef(vnode.parent)) {
      vnode.parent.data.pendingInsert = queue
    } else {
      for (let i = 0; i < queue.length; ++i) {
        queue[i].data.hook.insert(queue[i])  // 调用VNode自身的insert钩子函数
      }
    }
  }
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再看 insert 钩子：

// src/core/vdom/create-component.js
const componentVNodeHooks = {
  // init()
  insert (vnode: MountedComponentVNode) {
    const { context, componentInstance } = vnode
    if (!componentInstance._isMounted) {
      componentInstance._isMounted = true
      callHook(componentInstance, 'mounted')
    }
    if (vnode.data.keepAlive) {
      if (context._isMounted) {
        queueActivatedComponent(componentInstance)
      } else {
        activateChildComponent(componentInstance, true /* direct */)
      }
    }
  // ...
}
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在这个钩子里面，调用了 activateChildComponent 函数递归地去执行所有子组件的 activated 钩子函数：

// src/core/instance/lifecycle.js
export function activateChildComponent (vm: Component, direct?: boolean) {
  if (direct) {
    vm._directInactive = false
    if (isInInactiveTree(vm)) {
      return
    }
  } else if (vm._directInactive) {
    return
  }
  if (vm._inactive || vm._inactive === null) {
    vm._inactive = false
    for (let i = 0; i < vm.$children.length; i++) {
      activateChildComponent(vm.$children[i])
    }
    callHook(vm, 'activated')
  }
}
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相反地， deactivated 钩子函数也是一样的原理，在组件实例（VNode）的 destroy 钩子函数中调用 deactivateChildComponent 函数。

参考

• Vue技术揭秘|keep-alive
• Vue源码