Cookbook組件形式：優(yōu)化 Vue 組件的運行時性能

更新時間：2018年11月25日 11:02:03 作者：前端小透明

本文仿照Vue Cookbook 組織形式，對優(yōu)化 Vue 組件的運行時性能進行闡述。通過基本的示例代碼給大家講解，需要的朋友參考下

Vue 2.0 在發(fā)布之初，就以其優(yōu)秀的運行時性能著稱，你可以通過這個第三方 benchmark 來對比其他框架的性能。Vue 使用了 Virtual DOM 來進行視圖渲染，當(dāng)數(shù)據(jù)變化時，Vue 會對比前后兩棵組件樹，只將必要的更新同步到視圖上。

Vue 幫我們做了很多，但對于一些復(fù)雜場景，特別是大量的數(shù)據(jù)渲染，我們應(yīng)當(dāng)時刻關(guān)注應(yīng)用的運行時性能。

本文仿照Vue Cookbook 組織形式，對優(yōu)化 Vue 組件的運行時性能進行闡述。

基本的示例

在下面的示例中，我們開發(fā)了一個樹形控件，支持基本的樹形結(jié)構(gòu)展示以及節(jié)點的展開與折疊。

我們定義 Tree 組件的接口如下。 data 綁定了樹形控件的數(shù)據(jù)，是若干顆樹組成的數(shù)組， children 表示子節(jié)點。 expanded-keys 綁定了展開的節(jié)點的 key 屬性，使用 sync 修飾符來同步組件內(nèi)部觸發(fā)的節(jié)點展開狀態(tài)的更新。

<template>
 <tree :data="data" expanded-keys.sync="expandedKeys"></tree>
</template>

<script>
export default {
 data() {
 return {
 data: [{
 key: '1',
 label: '節(jié)點 1',
 children: [{
  key: '1-1',
  label: '節(jié)點 1-1'
 }]
 }, {
 key: '2',
 label: '節(jié)點 2'
 }]
 }
 }
};
</script>

Tree 組件的實現(xiàn)如下，這是個稍微復(fù)雜的例子，需要花幾分鐘時間閱讀一下。

<template>
 <ul class="tree">
 <li
 v-for="node in nodes"
 v-show="status[node.key].visible"
 :key="node.key"
 class="tree-node"
 :style="{ 'padding-left': `${node.level * 16}px` }"
 >
 <i
 v-if="node.children"
 class="tree-node-arrow"
 :class="{ expanded: status[node.key].expanded }"
 @click="changeExpanded(node.key)"
 >
 </i>
 {{ node.label }}
 </li>
 </ul>
</template>

<script>
export default {
 props: {
 data: Array,
 expandedKeys: {
 type: Array,
 default: () => [],
 },
 },
 computed: {
 // 將 data 轉(zhuǎn)為一維數(shù)組，方便 v-for 進行遍歷
 // 同時添加 level 和 parent 屬性
 nodes() {
 return this.getNodes(this.data);
 },
 // status 是一個 key 和節(jié)點狀態(tài)的一個 Map 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
 status() {
 return this.getStatus(this.nodes);
 },
 },
 methods: {
 // 對 data 進行遞歸，返回一個所有節(jié)點的一維數(shù)組
 getNodes(data, level = 0, parent = null) {
 let nodes = [];
 data.forEach((item) => {
 const node = {
  level,
  parent,
  ...item,
 };
 nodes.push(node);
 if (item.children) {
  const children = this.getNodes(item.children, level + 1, node);
  nodes = [...nodes, ...children];
  node.children = children.filter(child => child.level === level + 1);
 }
 });
 return nodes;
 },
 // 遍歷 nodes，計算每個節(jié)點的狀態(tài)
 getStatus(nodes) {
 const status = {};
 nodes.forEach((node) => {
 const parentStatus = status[node.parent && node.parent.key] || {};
 status[node.key] = {
  expanded: this.expandedKeys.includes(node.key),
  visible: node.level === 0 || (parentStatus.expanded && parentStatus.visible),
 };
 });
 return status;
 },
 // 切換節(jié)點的展開狀態(tài)
 changeExpanded(key) {
 const index = this.expandedKeys.indexOf(key);
 const expandedKeys = [...this.expandedKeys];
 if (index >= 0) {
 expandedKeys.splice(index, 1);
 } else {
 expandedKeys.push(key);
 }
 this.$emit('update:expandedKeys', expandedKeys);
 },
 },
};
</script>

展開或折疊節(jié)點時，我們只需更新 expanded-keys ， status 計算屬性便會自動更新，保證關(guān)聯(lián)子節(jié)點可見狀態(tài)的正確。

一切準(zhǔn)備就緒，為了度量 Tree 組件的運行性能，我們設(shè)定了兩個指標(biāo)。

初次渲染時間節(jié)點展開 / 折疊時間

在 Tree 組件中添加代碼如下，使用 console.time 和 console.timeEnd 可以輸出某個操作的具體耗時。

export default {
 // ...
 methods: {
 // ...
 changeExpanded(key) {
 // ...
 this.$emit('update:expandedKeys', expandedKeys);

 console.time('expanded change');

 this.$nextTick(() => {
 console.timeEnd('expanded change');
 });
 },
 },
 beforeCreate() {
 console.time('first rendering');
 },
 mounted() {
 console.timeEnd('first rendering');
 },
};

同時，為了放大可能存在的性能問題，我們編寫了一個方法來生成可控數(shù)量的節(jié)點數(shù)據(jù)。

<template>
 <tree :data="data" :expanded-keys.sync="expandedKeys"></tree>
</template>

<script>
export default {
 data() {
 return {
 // 生成一個有 3 層，每層 10 個共 1000 個節(jié)點的節(jié)點樹
 data: this.getRandomData(3, 10),
 expandedKeys: [],
 };
 },
 methods: {
 getRandomData(layers, count, parent) {
 return Array.from({ length: count }, (v, i) => {
 const key = (parent ? `${parent.key}-` : '') + (i + 1);
 const node = {
  key,
  label: `節(jié)點 ${key}`,
 };
 if (layers > 1) {
  node.children = this.getRandomData(layers - 1, count, node);
 }
 return node;
 });
 },
 },
};
<script>

你可以通過這個CodeSandbox 完整示例來實際觀察下性能損耗。點擊箭頭展開或折疊某個節(jié)點，在 Chrome DevTools 的控制臺（不要使用 CodeSandbox 的控制臺，不準(zhǔn)確）中輸出如下。

first rendering: 406.068115234375ms
expanded change: 231.623779296875ms

在筆者的低功耗筆記本下，初次渲染耗時 400+ms，展開或折疊節(jié)點 200+ms。下面我們來優(yōu)化 Tree 組件的運行性能。

若你的設(shè)備性能強勁，可修改生成的節(jié)點數(shù)量，如 this.getRandomData(4, 10) 生成 10000 個節(jié)點。

使用 Chrome Performance 查找性能瓶頸

Chrome 的 Performance 面板可以錄制一段時間內(nèi)的 js 執(zhí)行細節(jié)及時間。使用 Chrome 開發(fā)者工具分析頁面性能的步驟如下。

打開 Chrome 開發(fā)者工具，切換到 Performance 面板點擊 Record 開始錄制刷新頁面或展開某個節(jié)點點擊 Stop 停止錄制

console.time 輸出的值也會顯示在 Performance 中，幫助我們調(diào)試。更多關(guān)于 Performance 的內(nèi)容可以點擊這里查看。

優(yōu)化運行時性能

條件渲染

我們往下翻閱 Performance 分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大部分耗時都在 render 函數(shù)上，并且下面還有很多其他函數(shù)的調(diào)用。

在遍歷節(jié)點時，對于節(jié)點的可見性我們使用的是 v-show 指令，不可見的節(jié)點也會渲染出來，然后通過樣式使其不可見。因此嘗試使用 v-if 指令來進行條件渲染。

<li
 v-for="node in nodes"
 v-if="status[node.key].visible"
 :key="node.key"
 class="tree-node"
 :style="{ 'padding-left': `${node.level * 16}px` }"
>
 ...
</li>

v-if 在 render 函數(shù)中表現(xiàn)為一個三目表達式：

visible ? h('li') : this._e() // this._e() 生成一個注釋節(jié)點

即 v-if 只是減少每次遍歷的時間，并不能減少遍歷的次數(shù)。且Vue.js 風(fēng)格指南中明確指出不要把 v-if 和 v-for 同時用在同一個元素上，因為這可能會導(dǎo)致不必要的渲染。

我們可以更換為在一個可見節(jié)點的計算屬性上進行遍歷：

<li
 v-for="node in visibleNodes"
 :key="node.key"
 class="tree-node"
 :style="{ 'padding-left': `${node.level * 16}px` }"
>
 ...
</li>

<script>
export {
 // ...
 computed: {
 visibleNodes() {
 return this.nodes.filter(node => this.status[node.key].visible);
 },
 },
 // ...
}
</script>

優(yōu)化后的性能耗時如下：

first rendering: 194.7890625ms
expanded change: 204.01904296875ms

你可以通過改進后的示例 (Demo2) 來觀察組件的性能損耗，相比優(yōu)化前有很大的提升。

雙向綁定

在前面的示例中，我們使用 .sync 對 expanded-keys 進行了“雙向綁定”，其實際上是 prop 和自定義事件的語法糖。這種方式能很方便地讓 Tree 的父組件同步展開狀態(tài)的更新。

但是，使用 Tree 組件時，不傳 expanded-keys ，會導(dǎo)致節(jié)點無法展開或折疊，即使你不關(guān)心展開或折疊的操作。這里把 expanded-keys 作為外界的副作用了。

<!-- 無法展開 / 折疊節(jié)點 -->
<tree :data="data"></tree>

這里還存在一些性能問題，展開或折疊某一節(jié)點時，觸發(fā)父組件的副作用更新 expanded-keys 。Tree 組件的 status 依賴了 expanded-keys ，會調(diào)用 this.getStatus 方法獲取新的 status 。即使只是單個節(jié)點的狀態(tài)改變，也會導(dǎo)致重新計算所有節(jié)點的狀態(tài)。

我們考慮將 status 作為一個 Tree 組件的內(nèi)部狀態(tài)，展開或折疊某個節(jié)點時，直接對 status 進行修改。同時定義默認的展開節(jié)點 default-expanded-keys 。 status 只在初始化時依賴 default-expanded-keys 。

export default {
 props: {
 data: Array,
 // 默認展開節(jié)點
 defaultExpandedKeys: {
 type: Array,
 default: () => [],
 },
 },
 data() {
 return {
 status: null, // status 為局部狀態(tài)
 };
 },
 computed: {
 nodes() {
 return this.getNodes(this.data);
 },
 },
 watch: {
 nodes: {
 // nodes 改變時重新計算 status
 handler() {
 this.status = this.getStatus(this.nodes);
 },
 // 初始化 status
 immediate: true,
 },
 // defaultExpandedKeys 改變時重新計算 status
 defaultExpandedKeys() {
 this.status = this.getStatus(this.nodes);
 },
 },
 methods: {
 getNodes(data, level = 0, parent = null) {
 // ...
 },
 getStatus(nodes) {
 // ...
 },
 // 展開或折疊節(jié)點時直接修改 status，并通知父組件
 changeExpanded(key) {
 console.time('expanded change');

 const node = this.nodes.find(n => n.key === key); // 找到該節(jié)點
 const newExpanded = !this.status[key].expanded; // 新的展開狀態(tài)
 
 // 遞歸該節(jié)點的后代節(jié)點，更新 status
 const updateVisible = (n, visible) => {
 n.children.forEach((child) => {
  this.status[child.key].visible = visible && this.status[n.key].expanded;
  if (child.children) updateVisible(child, visible);
 });
 };

 this.status[key].expanded = newExpanded;

 updateVisible(node, newExpanded);

 // 觸發(fā)節(jié)點展開狀態(tài)改變事件
 this.$emit('expanded-change', node, newExpanded, this.nodes.filter(n => this.status[n.key].expanded));

 this.$nextTick(() => {
 console.timeEnd('expanded change');
 });
 },
 },
 beforeCreate() {
 console.time('first rendering');
 },
 mounted() {
 console.timeEnd('first rendering');
 },
};

使用 Tree 組件時，即使不傳 default-expanded-keys ，節(jié)點也能正常地展開或收起。

<!-- 節(jié)點可以展開或收起 -->
<tree :data="data"></tree>

<!-- 配置默認展開的節(jié)點 -->
<tree
 :data="data"
 :default-expanded-keys="['1', '1-1']"
 @expanded-change="handleExpandedChange"
>
</tree>

優(yōu)化后的性能耗時如下。

first rendering: 91.48193359375ms
expanded change: 20.4287109375ms

你可以通過改進后的示例 (Demo3) 來觀察組件的性能損耗。

凍結(jié)數(shù)據(jù)

到此為止，Tree 組件的性能問題已經(jīng)不是很明顯了。為了進一步擴大性能問題，查找優(yōu)化空間。我們把節(jié)點數(shù)量增加到 10000 個。

// 生成 10000 個節(jié)點
this.getRandomData(4, 1000)

這里，我們故意制造一個可能存在性能問題的改動。雖然這不是必須的，當(dāng)它能幫助我們了解接下來所要介紹的問題。

將計算屬性 nodes 修改為在 data 的 watcher 中去獲取 nodes 的值。

export default {
 // ...
 watch: {
 data: {
 handler() {
 this.nodes = this.getNodes(this.data);
 this.status = this.getStatus(this.nodes);
 },
 immediate: true,
 },
 // ...
 },
 // ...
};

這種修改對于實現(xiàn)的功能是沒有影響的，那么性能情況如何呢。

first rendering: 490.119140625ms
expanded change: 183.94189453125ms

使用 Performance 工具嘗試查找性能瓶頸。

我們發(fā)現(xiàn)，在 getNodes 方法調(diào)用之后，有一段耗時很長的 proxySetter 。這是 Vue 在為 nodes 屬性添加響應(yīng)式，讓 Vue 能夠追蹤依賴的變化。 getStatus 同理。

當(dāng)你把一個普通的 JavaScript 對象傳給 Vue 實例的 data 選項，Vue 將遍歷此對象所有的屬性，并使用 Object.defineProperty 把這些屬性全部轉(zhuǎn)為 getter/setter。

對象越復(fù)雜，層級越深，這個過程消耗的時間越長。當(dāng)我們存在 1w 個節(jié)點時， proxySetter 的時間就會非常長了。

這里存在一個問題，我們不會對 nodes 某個具體的屬性做修改，而是每當(dāng) data 變化時重新去計算一次。因此，這里為 nodes 添加的響應(yīng)式是無用的。那么怎么把不需要的 proxySetter 去掉呢？一種方法是將 nodes 改回計算屬性，一般情況下計算屬性沒有賦值行為。另一種方法就是凍結(jié)數(shù)據(jù)。

使用 Object.freeze() 來凍結(jié)數(shù)據(jù)，這會阻止修改現(xiàn)有的屬性，也意味著響應(yīng)系統(tǒng)無法再追蹤變化。

this.nodes = Object.freeze(this.getNodes(this.data));

查看 Performance 工具， getNodes 方法后已經(jīng)沒有 proxySetter 了。

性能指標(biāo)如下，對于初次渲染的提升還是很可觀的。

first rendering: 312.22998046875ms
expanded change: 179.59326171875ms

你可以通過改進后的示例 (Demo4) 來觀察組件的性能損耗。

那我們能否用同樣的辦法優(yōu)化 status 的跟蹤呢？答案是否定的，因為我們需要去更新 status 中的屬性值 ( changeExpanded )。因此，這種優(yōu)化只適用于其屬性不會被更新，只會更新整個對象的數(shù)據(jù)。且對于結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、層級越深的數(shù)據(jù)，優(yōu)化效果越明顯。

替代方案

我們看到，示例中不管是節(jié)點的渲染還是數(shù)據(jù)的計算，都存在大量的循環(huán)或遞歸。對于這種大量數(shù)據(jù)的問題，除了上述提到的針對 Vue 的優(yōu)化外，我們還可以從減少每次循環(huán)的耗時和減少循環(huán)次數(shù)兩個方面進行優(yōu)化。

例如，可以使用字典來優(yōu)化數(shù)據(jù)查找。

// 生成 defaultExpandedKeys 的 Map 對象
const expandedKeysMap = this.defaultExpandedKeys.reduce((map, key) => {
 map[key] = true;
 return map;
}, {});

// 查找時
if (expandedKeysMap[key]) {
 // do something
}

defaultExpandedKeys.includes 的事件復(fù)雜度是 O(n)， expandedKeysMap[key] 的時間復(fù)雜度是 O(1)。

更多關(guān)于優(yōu)化 Vue 應(yīng)用性能可以查看Vue 應(yīng)用性能優(yōu)化指南。

這樣做的價值

應(yīng)用性能對于用戶體驗的提升是非常重要的，也往往是容易被忽視的。試想一下，一個在某臺設(shè)備運行良好的應(yīng)用，到了另一臺配置較差的設(shè)備上導(dǎo)致用戶瀏覽器崩潰了，這一定是一個不好的體驗。又或者你的應(yīng)用在常規(guī)數(shù)據(jù)下正常運行，卻在大數(shù)據(jù)量下需要相當(dāng)長的等待時間，也許你就因此錯失了一部分用戶。

總結(jié)

性能優(yōu)化是一個長久不衰的話題，沒有一種通用的辦法能夠解決所有的性能問題。性能優(yōu)化是可以持續(xù)不端地進行下去的，但隨著問題的深入，性能瓶頸會越來越不明顯，優(yōu)化也越困難。

本文的示例具有一定的特殊性，但它為我們指引了性能優(yōu)化的方法論。