keep-alive组件的作用与原理分析

什么是keep-alive

“keep-alive” 是 Vue.js 中的一个特殊组件，用于缓存组件的状态，以提高应用性能。

在 Vue.js 中，组件通常是动态创建和销毁的，当切换到另一个页面或组件时，之前的组件会被销毁，再次进入时会重新创建和初始化。

这样可能导致组件的状态丢失，需要重新初始化，增加了资源的消耗。

组件解决了这个问题，它可以将组件缓存起来，而不是销毁，使得组件在再次进入时保持之前的状态，以及避免重复的创建和初始化过程。

这样可以大幅度提高组件的加载速度和性能。

keep-alive的作用

<keep-alive> 的作用是在 Vue.js 应用中缓存组件的状态，以提高应用性能和用户体验。

它可以将组件暂时保存在内存中，而不是每次都重新创建和初始化组件。

主要的作用有以下几点：

• 组件状态保持：通过使用 <keep-alive>，在组件被切换时，其状态会被保留。这意味着组件内部的数据、状态以及一些计算结果都会被缓存，不会因为组件的销毁而丢失。当再次进入该组件时，它会恢复到之前的状态，而不需要重新初始化。这对于用户在不同页面或组件间切换时提供了更流畅的体验。
• 减少资源消耗：如果没有使用 <keep-alive>，每次切换到一个组件时，都需要重新创建和初始化组件。对于复杂的组件，这可能会导致不必要的资源消耗，例如重新加载数据、执行复杂的计算等。而使用 <keep-alive>，组件被缓存起来，下次再次进入时直接从缓存中恢复，避免了重复的初始化过程，大大减少了资源消耗。
• 优化性能：由于避免了重复的创建和初始化过程，使用 <keep-alive> 可以显著提高组件的加载速度，加快页面响应时间，从而提供更好的用户体验。

需要注意的是，<keep-alive> 并不是适用于所有组件的，特别是对于一些动态变化的组件，如果希望每次进入时都重新初始化，或者希望释放组件占用的资源，就不应该使用 <keep-alive>。

要使用 <keep-alive>，只需将需要缓存的组件包裹在 <keep-alive> 标签中即可，Vue.js 会自动管理缓存和组件的生命周期。这是一个简单但强大的功能，可在合适的场景下大幅度提升应用性能。

原理

<keep-alive> 的原理主要涉及两个方面：组件缓存和生命周期的管理。

组件缓存

• 当一个组件被包裹在 <keep-alive> 标签中时，Vue.js 会将该组件的实例缓存起来，而不是销毁它。
• 组件的缓存是通过一个名为 cache 的对象来管理的，该对象会保存被缓存的组件实例。
• 当切换到一个被缓存的组件时，Vue.js 首先检查 cache 对象中是否已经有该组件的缓存实例。如果有，就直接从缓存中取出该实例；如果没有，就创建一个新的组件实例并将其缓存起来。

生命周期的管理

• 在切换到一个被缓存的组件时，组件的生命周期钩子函数并不会被触发，而是会触发 <keep-alive> 自己的生命周期钩子函数。
• <keep-alive> 组件有两个主要的生命周期钩子函数：created 和 destroyed。
• 在组件第一次被缓存时，created 钩子函数会被触发，表示 <keep-alive> 组件已经创建，此时会创建被缓存组件的实例并将其缓存起来。
• 在切换到其他组件时，destroyed 钩子函数会被触发，表示 <keep-alive> 组件将被销毁，此时会销毁所有缓存的组件实例。

需要注意的是，被包裹在 <keep-alive> 标签中的组件，必须具有唯一的标识，否则会导致缓存冲突。

默认情况下，Vue.js 使用组件的名称作为缓存的标识，但也可以通过 key 属性来指定唯一的标识。

使用 <keep-alive> 时，要注意以下几点：

• 不是所有组件都适合使用 <keep-alive>，对于一些动态变化的组件，或者需要每次进入时重新初始化的组件，应该避免使用 <keep-alive>。
• 缓存的组件仍然会触发 activated 和 deactivated 生命周期钩子函数，可以在这两个钩子函数中处理一些特定的逻辑。
• 如果被缓存的组件包含了一些依赖于外部状态（如路由参数、Vuex 状态等）的逻辑，需要特别注意在重新进入组件时是否需要重新更新这些状态。

总的来说，<keep-alive> 提供了一种简单且强大的机制来优化 Vue.js 应用的性能，特别是在频繁切换组件的场景下。

使用

当您使用 <keep-alive> 组件时，通常需要将需要缓存的组件包裹在 <keep-alive> 标签中，并为每个被缓存的组件设置一个唯一的 key 属性，以确保缓存的正确性。

下面是一个使用 <keep-alive> 组件的示例：

假设我们有两个组件，一个是用于显示用户信息的组件 <UserProfile>，另一个是用于显示用户订单信息的组件 <UserOrders>。

我们希望在用户切换到 <UserProfile> 组件时，保持该组件的状态，并且在用户切换到 <UserOrders> 组件后再切换回来时，不重新初始化 <UserProfile> 组件。

<template>
  <div>
    <keep-alive>
      <!-- 使用 key 属性确保组件的正确缓存 -->
      <component :is="currentComponent" :key="currentComponent" />
    </keep-alive>

    <button @click="showUserProfile">Show User Profile</button>
    <button @click="showUserOrders">Show User Orders</button>
  </div>
</template>

<script>
import UserProfile from './UserProfile.vue';
import UserOrders from './UserOrders.vue';

export default {
  components: {
    UserProfile,
    UserOrders,
  },
  data() {
    return {
      currentComponent: 'UserProfile', // 初始显示用户信息组件
    };
  },
  methods: {
    showUserProfile() {
      this.currentComponent = 'UserProfile';
    },
    showUserOrders() {
      this.currentComponent = 'UserOrders';
    },
  },
};
</script>

在上面的示例中，使用了动态组件 <component :is="currentComponent"> 来动态地切换显示 <UserProfile> 和 <UserOrders> 组件。

同时，将 <keep-alive> 标签包裹在动态组件外部，这样 <keep-alive> 会缓存当前被显示的组件。

在切换组件时，使用 key 属性来确保缓存的正确性。当切换到不同的组件时，key 的值会变化，这会触发 <keep-alive> 的重新缓存行为。

注意，key 属性应该是唯一的，以确保每个组件都能被正确地缓存。在实际应用中，可能需要根据组件的具体情况设置不同的 key 值。

理解源码

<keep-alive> 组件的源码相对比较复杂，涉及到 Vue.js 的虚拟 DOM、组件实例管理、生命周期管理等方面。

下面简要介绍 <keep-alive> 的关键源码部分，以便了解其基本原理。

在 Vue.js 的源码中，<keep-alive> 组件是由一个特殊的内置组件 KeepAlive 实现的。它的主要作用是处理组件的缓存和管理缓存组件的生命周期。

组件的缓存实现

• KeepAlive 组件内部维护了一个名为 cache 的对象，用于存储缓存的组件实例。
• 在切换到一个被缓存的组件时，KeepAlive 组件首先会检查 cache 对象，是否已经有该组件的缓存实例。
• 如果缓存中有该组件实例，KeepAlive 直接返回缓存的组件实例；如果没有，KeepAlive 会创建一个新的组件实例，并将其缓存起来。

组件生命周期的管理

• KeepAlive 组件有两个重要的生命周期钩子函数：created 和 destroyed。
• 在 created 钩子函数中，KeepAlive 会监听父组件的 include 和 exclude 属性的变化，以决定是否缓存某个组件。
• 在切换到被缓存组件时，KeepAlive 会触发 activated 生命周期钩子函数，并从 cache 中取出对应的缓存组件实例。如果没有缓存实例，会触发被缓存组件的 created 生命周期。
• 在切换到其他组件时，KeepAlive 会触发 deactivated 生命周期钩子函数，并将当前缓存的组件实例暂时从 cache 中移除。如果需要缓存，则缓存的组件实例并不会被销毁。

组件销毁时的处理

• 在 destroyed 钩子函数中，KeepAlive 会销毁所有缓存的组件实例，并清空 cache 对象。

如果想深入了解 <keep-alive> 的源码实现，可以查阅 Vue.js 的 GitHub 仓库并浏览相关代码 keep-alive源码。

这个是从github拿的源码，有兴趣可以研究一下。

import { isRegExp, isArray, remove } from 'shared/util'
import { getFirstComponentChild } from 'core/vdom/helpers/index'
import type VNode from 'core/vdom/vnode'
import type { VNodeComponentOptions } from 'types/vnode'
import type { Component } from 'types/component'
import { getComponentName } from '../vdom/create-component'

type CacheEntry = {
  name?: string
  tag?: string
  componentInstance?: Component
}

type CacheEntryMap = Record<string, CacheEntry | null>

function _getComponentName(opts?: VNodeComponentOptions): string | null {
  return opts && (getComponentName(opts.Ctor.options as any) || opts.tag)
}

function matches(
  pattern: string | RegExp | Array<string>,
  name: string
): boolean {
  if (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)
  }
  /* istanbul ignore next */
  return false
}

function pruneCache(
  keepAliveInstance: { cache: CacheEntryMap; keys: string[]; _vnode: VNode },
  filter: Function
) {
  const { cache, keys, _vnode } = keepAliveInstance
  for (const key in cache) {
    const entry = cache[key]
    if (entry) {
      const name = entry.name
      if (name && !filter(name)) {
        pruneCacheEntry(cache, key, keys, _vnode)
      }
    }
  }
}

function pruneCacheEntry(
  cache: CacheEntryMap,
  key: string,
  keys: Array<string>,
  current?: VNode
) {
  const entry = cache[key]
  if (entry && (!current || entry.tag !== current.tag)) {
    // @ts-expect-error can be undefined
    entry.componentInstance.$destroy()
  }
  cache[key] = null
  remove(keys, key)
}

const patternTypes: Array<Function> = [String, RegExp, Array]

// TODO defineComponent
export default {
  name: 'keep-alive',
  abstract: true,

  props: {
    include: patternTypes,
    exclude: patternTypes,
    max: [String, Number]
  },

  methods: {
    cacheVNode() {
      const { cache, keys, vnodeToCache, keyToCache } = this
      if (vnodeToCache) {
        const { tag, componentInstance, componentOptions } = vnodeToCache
        cache[keyToCache] = {
          name: _getComponentName(componentOptions),
          tag,
          componentInstance
        }
        keys.push(keyToCache)
        // prune oldest entry
        if (this.max && keys.length > parseInt(this.max)) {
          pruneCacheEntry(cache, keys[0], keys, this._vnode)
        }
        this.vnodeToCache = null
      }
    }
  },

  created() {
    this.cache = Object.create(null)
    this.keys = []
  },

  destroyed() {
    for (const key in this.cache) {
      pruneCacheEntry(this.cache, key, this.keys)
    }
  },

  mounted() {
    this.cacheVNode()
    this.$watch('include', val => {
      pruneCache(this, name => matches(val, name))
    })
    this.$watch('exclude', val => {
      pruneCache(this, name => !matches(val, name))
    })
  },

  updated() {
    this.cacheVNode()
  },

  render() {
    const slot = this.$slots.default
    const vnode = getFirstComponentChild(slot)
    const componentOptions = vnode && vnode.componentOptions
    if (componentOptions) {
      // check pattern
      const name = _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 =
        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 {
        // delay setting the cache until update
        this.vnodeToCache = vnode
        this.keyToCache = key
      }

      // @ts-expect-error can vnode.data can be undefined
      vnode.data.keepAlive = true
    }
    return vnode || (slot && slot[0])
  }
}

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。