新兴前端框架 Svelte 从入门到原理

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-11-06 05:54 211阅读 0赞

在这篇文章中，我们将会介绍 Svelte 框架的特性、优缺点和底层原理。

> 本文尽量不会涉及 Svelte 的语法，大家可以放心食用。因为 Svelte 的语法极其简单，而且官方教程学习曲线平缓https://www.sveltejs.cn/，相信大家很快就会上手语法的，这里就不做官网搬运工了。

前端领域是发展迅速，各种轮子层出不穷的行业。最近这些年，随着三大框架`React`、`Vue`、`Angular`版本逐渐稳定，前端技术栈的迭代似乎缓慢下来，React 16版本推出了 Fiber， Vue 3.0 也已经在襁褓之中。

如果我们把目光拉伸到未来十年的视角，前端行业会出现哪些框架有可能会挑战`React`或者`Vue`呢？我们认为，崭露头角的 Svelte 应该是其中的选项之一。

## Svelte 简介 ##

`Svelte`叫法是`[Svelte]`, 本意是苗条纤瘦的，是一个新兴热门的前端框架。

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在最新的《State of JS survey of 2020》中，它被预测为未来十年可能取代React和Vue等其他框架的新兴技术。如果你不确定自己是否该了解 Svelte，可以先看一下 Svelte 的一些发展趋势。

#### 开发者满意度 ####

从2019年开始, Svelte出现在榜单中。刚刚过去的2020年，Svelte在满意度排行榜中超越了react，跃升到了第一位。

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#### 开发者兴趣度 ####

在开发者兴趣度方面，Svelte 蝉联了第一。

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#### 市场占有率 ####

如果你在19年还没有听说过Svelte，不用紧张，因为`svelte` 当时仍是小众的开发框架，在社区里仍然没有流行开来。

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2020年，Svelte 的市场占有率从第6名跃升到第4名，仅次于 React、Angular、Vue 老牌前端框架。

## svelte作者——Rich Harris ##

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`Svelte`作者是前端轮子哥 Rich Harris，同时也是 Rollup 的作者。Rich Harris 作者本人在介绍 Svelte 时，有一个非常精彩的演讲《Rethinking reactivity》，油管连接：https://www.youtube.com/watch?v=AdNJ3fydeao&t=1900s，感兴趣的同学不要错过。

他设计 Svelte 的核心思想在于『通过静态编译减少框架运行时的代码量』，也就是说，vue 和 react 这类传统的框架，都必须引入运行时 (runtime) 代码，用于虚拟dom、diff 算法。Svelted完全溶入JavaScript，应用所有需要的运行时代码都包含在`bundle.js`里面了，除了引入这个组件本身，你不需要再额外引入一个运行代码。

## Svelte 优势有哪些 ##

我们先来看一下 Svelte 和React，Vue 相比，有哪些优势。

### No Runtime —— 无运行时代码 ###

React 和 Vue 都是基于运行时的框架，当用户在你的页面进行各种操作改变组件的状态时，框架的运行时会根据新的组件状态（state）计算（diff）出哪些DOM节点需要被更新，从而更新视图。

这就意味着，框架本身所依赖的代码也会被打包到最终的构建产物中。这就不可避免增加了打包后的体积，有一部分的体积增加是不可避免的，那么这部分体积大约是多少呢？请看下面的数据：

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常用的框架中，最小的`Vue`都有`58k`，`React`更有`97.5k`。我们使用React开发一个小型组件，即使里面的逻辑代码很少，但是打包出来的bundle size轻轻松松都要100k起步。对于大型后台管理系统来说，100k 不算什么，但是对于特别注重用户端加载性能的场景来说，一个组件100k 多，还是太大了。

如果你特别在意打包出来的体积，Svelte 就是一个特别好的选择。下面是`Jacek Schae`大神的统计，使用市面上主流的框架，来编写同样的Realword 应用的体积：

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从上图的统计，Svelte简直是神奇！竟然只有 9.7 KB ! 果然魔法消失 UI 框架，无愧其名。

可以看出，`Svelte`的`bundle size`大小是`Vue`的1/4，是`React`的1/20，体积上的优势还是相当明显的。

### Less-Code ——写更少的代码 ###

在写`svelte`组件时，你就会发现，和 Vue 或 React 相比只需要更少的代码。开发者的梦想之一，就是敲更少的代码。因为更少的代码量，往往意味着有更好的语义性，也有更少的几率写出bug。

下面的例子，可以看出`Svelte`和`React`的不同：

1.  `React` 的代码

const [count, setCount] = useState(0);
    
    function increment() {
      setCount(count + 1);
    }

1.  `Svelte` 的代码

let count = 0;
    
    function increment() {
      count += 1;
    }

虽然用上了16版本最新的 hooks，但是和`svelte`相比，代码还是很冗余。

在`React`中，我们要么使用`useState`钩子，要么使用`setState`设置状态。而在`Svelte`中，可以直接使用赋值操作符更新状态。

如果说上面的例子太简单了，可以看下面的统计，分别使用 React 和 Svelte 实现下面的组件所需要的代码行数

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下面还是 Jacek Schae 老哥的统计，编写同样的Realword 应用，各个框架所需要的行数

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Vue 和 React 打了平手，Svelte 遥遥领先，可以少些 1000 行代码耶！早日下班，指日可待。

### Hight-Performance ——高性能 ###

在`Virtual Dom`已经是前端框架标配的今天， Svelte 声称自己是没有`Virtual Dom`加持的， 怎么还能保证高性能呢？

不急，慢慢看。

#### 性能测评 ####

Jacek Schae 在《A RealWorld Comparison of Front-End Frameworks with Benchmarks》中用主流的前端框架来编写 RealWorld 应用，使用 Chrome 的Lighthouse Audit测试性能，得出数据是**Svelte 略逊于Vue, 但好于 React。**

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是不是很惊奇？另外一个前端框架性能对比的项目也给出了同样的答案：https://github.com/krausest/js-framework-benchmark。

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为什么 Svelte 性能还不错，至少没有我们预期的那么糟糕？我们接下来会在原理那一小结来介绍。

## Svelte 劣势 ##

说完了 Svelte 的优势，我们也要考虑到 Svelte 的劣势。

#### 和Vue， React框架的对比 ####

在构建大型前端项目时，我们在选择框架的时候就需要考虑更多的事情。Svelte 目前尚处在起步阶段，对于大型项目必要的**单元测试**并没有完整的方案。目前在大型应用中使用 Svelte , 需要谨慎评。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类目</th> 
   <th>Svelte</th> 
   <th>Vue</th> 
   <th>React</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>UI 组件库</td> 
   <td>Material design ( 坦率的说，不好用 )</td> 
   <td>Element UI / AntD</td> 
   <td>AntD / Material design</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>状态管理</td> 
   <td>官网自带</td> 
   <td>Vuex</td> 
   <td>Redux/MobX</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>路由</td> 
   <td>Svelte-router</td> 
   <td>Vue-router</td> 
   <td>React-router</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>服务端渲染</td> 
   <td>支持</td> 
   <td>支持</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>测试工具</td> 
   <td>官方网站没有相关内容</td> 
   <td>@vue/test-utils</td> 
   <td>Jest</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

我们在用 Svelte 开发公司级别中大型项目时，也发现了其他的一些主要注意的点

*  没有像AntD那样成熟的UI库。比如说需求方想加一个toast提示，或者弹窗，pm：”很简单的，不用出UI稿，就直接用之前的样式好啦~“

但是 Svelte 需要从0开始 ”抄“ 出来一个toast或者弹窗组件出来，可能会带来额外的开发量和做好加班的准备。

*  Svelte 原生不支持预处理器，比如说`less`/`scss`，需要自己单独的配置 webpack loader。
 *  Svelte 原生脚手架没有目录划分
 *  暂时不支持typescript，虽然官方说了会支持, 但是不知道什么时候.

还需要注意的一点是，React / Vue等框架自带的`runtime`虽然会增加首屏加载的`bundle.js`，可是当项目变得越来越大的时候，框架的`runtime`在`bundle.js`里面占据的比例也会越来越小，这个时候我们就得考虑一下是不是存在一个Svelte生成的代码大于React和Vue生成的代码的阈值了。

## 原理篇 ##

Svelte 原理相对于 React 和 Vue 来说，相对比较简单，大家可以放心的往下看。

首先，我们从一个问题出发：

### Virtual Dom 真的高效吗 ###

Rich Harris 在设计 Svelte 的时候没有采用 Virtual DOM 是因为觉得Virtual DOM Diff 的过程是非常低效的。

在他的一文《Virtual DOM is pure overhead》原文连接：https://www.sveltejs.cn/blog/virtual-dom-is-pure-overhead，感兴趣的同学可以翻一下。

人们觉得 Virtual DOM高效的一个理由，就是它不会直接操作原生的DOM节点。**在浏览器当中，JavaScript的运算在现代的引擎中非常快，但DOM本身是非常缓慢的东西**。当你调用原生DOM API的时候，浏览器需要在JavaScript引擎的语境下去接触原生的DOM的实现，这个过程有相当的性能损耗。

但其实 Virtual DOM 有时候会做很多无用功，这体现在很多组件会被“无缘无故”进行重渲染（re-render）。

比如说，下面的例子中，React 为了更新掉message 对应的DOM 节点，需要做n多次遍历，才能找到具体要更新哪些节点。

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为了解决这个问题，React 提供`pureComponent`,`shouldComponentUpdate`，`useMemo`,`useCallback`让开发者来操心哪些`subtree`是需要重新渲染的，哪些是不需要重新渲染的。究其本质，是因为 React 采用 jsx 语法过于灵活，不理解开发者写出代码所代表的意义，没有办法做出优化。

所以，React 为了解决这个问题，在 v16.0 带来了全新的 Fiber 架构，Fiber 思路是不减少渲染工作量，把渲染工作拆分成小任务思路是不减少渲染工作量。渲染过程中，留出时间来处理用户响应，让用户感觉起来变快了。这样会带来额外的问题，不得不加载额外的代码，用于处理复杂的运行时调度工作

#### 那么 Svelte 是如何解决这个问题的？ ####

React 采用 jsx 语法本质不理解数据代表的意义，没有办法做出优化。Svelte 采用了`Templates`语法（类似于 Vue 的写法），更加严格和具有语义性，可以在编译的过程中就进行优化操作。

那么，为什么`Templates`语法可以解决这个问题呢？

#### Template 带来的优势 ####

关于 JSX 与 Templates ，可以看成是两种不同的前端框架渲染机制，有兴趣的同学可以翻一下尤雨溪的演讲《在框架设计中寻求平衡》：https://www.bilibili.com/video/av80042358/。

一方面， JSX 的代表框架有 React 以及所有 react-like 库，比如 preact、 stencil, infernal 等；另一方面， Templates 代表性的解决方案有 Vue、Svelte、 ember，各有优缺点。

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##### JSX 优缺点    #####

jsx 具有 JavaScript 的完整表现力，非常具有表现力，可以构建非常复杂的组件。

**但是灵活的语法，也意味着引擎难以理解，无法预判开发者的用户意图，从而难以优化性能。你很可能会写出下面的代码：**

![format_png 13][]

在使用 JavaScript 的时候，编译器不可能hold住所有可能发生的事情，因为 JavaScript 太过于动态化。也有人对这块做了很多尝试，但从本质上来说很难提供安全的优化。

##### Template优缺点 #####

Template模板是一种非常有约束的语言，你只能以某种方式去编写模板。

例如，当你写出这样的代码的时候，编译器可以立刻明白：**”哦！这些 p 标签的顺序是不会变的，这个 id 是不会变的，这些 class 也不会变的，唯一会变的就是这个“**。

![format_png 14][]

在编译时，编译器对你的意图可以做更多的预判，从而给它更多的空间去做执行优化。

![format_png 15][]

左侧 template 中，其他所有内容都是静态的，只有 name 可能会发生改变。

右侧 p 函数是编译生成的最终的产物，是原生的js可以直接运行在浏览器里，会在有脏数据时被调用。p 函数唯一做的事情就是，当 name 发生变更的时候，调用原生方法把 t1 这个原生DOM节点更新。这里的 set\_data 可不是 React 的 setState 或者小程序的 setData ，这里的set\_data 就是封装的原生的 javascript 操作DOM 节点的方法。

![format_png 16][]

如果我们仔细观察上面的代码，发现问题的关键在于 if 语句的判断条件——`changed.name`， 表示有哪些变量被更新了，这些被更新的变量被称为脏数据。

任何一个现代前端框架，都需要记住哪些**数据更新**了，根据更新后的数据渲染出最新的DOM

### Svelte 记录脏数据的方式：位掩码（bitMask） ###

Svelte使用**位掩码（bitMask）** 的技术来跟踪哪些值是脏的，即自组件最后一次更新以来，哪些数据发生了哪些更改。

**位掩码是一种将多个布尔值存储在单个整数中的技术，一个比特位存放一个数据是否变化，一般`1`表示脏数据，`0`表示是干净数据。**

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用大白话来讲，你有A、B、C、D 四个值，那么二进制`0000 0001`表示第一个值`A`发生了改变，`0000 0010`表示第二个值`B`发生了改变，`0000 0100`表示第三个值`C`发生了改变，`0000 1000`表示第四个`D`发生了改变。

这种表示法，可以最大程度的利用空间。为啥这么说呢？

比如说，十进制数字`3`就可以表示 A、B是脏数据。先把十进制数字`3`， 转变为二进制`0000 0011`。从左边数第一位、第二位是1，意味着第一个值A 和第二个值B是脏数据；其余位都是0，意味着其余数据都是干净的。

![format_png 18][]

### JS 的限制 ###

那么，是不是用二进制比特位就可以记录各种无穷无尽的变化了呢？

JS 的二进制有31位限制，number 类型最长是32位，减去1位用来存放符号。也就是说，如果 Svelte 采用二进制位存储的方法，那么只能存 31个数据。

但肯定不能这样，对吧？

**Svelte 采用数组来存放**，数组中一项是二进制`31`位的比特位。假如超出`31`个数据了，超出的部分放到数组中的下一项。

**这个数组就是`component.$.dirty`数组，二进制的`1`位表示该对应的数据发生了变化，是脏数据，需要更新；二进制的`0`位表示该对应的数据没有发生变化，是干净的**。

### 一探究竟`component.$.dirty` ###

上文中，我们说到`component.$.dirty`是数组，具体这个数组长什么样呢？

我们模拟一个 Svelte 组件，这个 Svelte 组件会修改33个数据。

**我们打印出每一次`make_dirty`之后的`component.$.dirty`， 为了方便演示，转化为二进制打印出来，如下面所示：**

![format_png 19][]

**上面数组中的每一项中的每一个比特位，如果是1，则代表着该数据是否是脏数据。如果是脏数据，则意味着更新。**

*  第一行`["0000000000000000000000000000001", "0000000000000000000000000000000"]`, 表示第一个数据脏了，需要更新第一个数据对应的dom节点
 *  第二行`["0000000000000000000000000000011", "0000000000000000000000000000000"]`, 表示第一个、第二个数据都脏了，需要更新第一个，第二个数据对应的dom节点。
 *  ……

当一个组件内，数据的个数，超出了`31`的数量限制，就数组新增一项来表示。

这样，我们就可以通过`component.$.dirty`这个数组，清楚的知道有哪些数据发生了变化。那么具体应该更新哪些DOM 节点呢？

### 数据和DOM节点之间的对应关系 ###

我们都知道， React 和 Vue 是通过 Virtual Dom 进行 diff 来算出来更新哪些 DOM 节点效率最高。Svelte 是在编译时候，就记录了数据 和 DOM 节点之间的对应关系，并且保存在 p 函数中。

![format_png 20][]

这里说的`p 函数`，就是 Svelte 的更新方法，本质上就是一大堆`if`判断，逻辑非常简单

if ( A 数据变了 ) {
      更新A对应的DOM节点
    }
    if ( B 数据变了 ) {
      更新B对应的DOM节点
    }

为了更加直观的理解，我们模拟更新一下33个数据的组件，编译得到的`p 函数`打印出来，如：

![format_png 21][]

我们会发现，里面就是一大堆`if`判断，但是`if`判断条件比较有意思，我们从上面摘取一行仔细观察一下：

![format_png 22][]

首先要注意，`&`不是逻辑与，而是按位与，会把两边数值转为二进制后进行比较，只有相同的二进制位都为1 才会为真。

**这里的`if`判断条件是：拿`compoenent.$.dirty[0]`(`00000000000000000000000000000100`)和`4`（4 转变为二进制是`0000 0100`）做`按位并`操作。那么我们可以思考一下了，这个`按位并`操作什么时候会返回`1`呢？**

4是一个常量，转变为二进制是`0000 0100`， 第三位是`1`。那么也就是，只有`dirty[0]`的二进制的第三位也是`1`时, 表达式才会返回真。换句话来说，只有第三个数据是脏数据，才会走入到这个`if`判断中，执行`set_data(t5, ctx[2])`， 更新`t5`这个 DOM 节点。

当我们分析到这里，已经看出了一些眉目，让我们站在更高的一个层次去看待这 30多行代码：**它们其实是保存了这33个变量 和 真实DOM 节点之间的对应关系，哪些变量脏了，Svelte 会走入不同的`if`体内直接更新对应的DOM节点，而不需要复杂 Virtual DOM DIFF 算出更新哪些DOM节点**；

**这 30多行代码，是Svelte 编译了我们写的Svelte 组件之后的产物，在Svelte 编译时，就已经分析好了，数据 和 DOM 节点之间的对应关系，在数据发生变化时，可以非常高效的来更新DOM节点。**

Vue 曾经也是想采取这样的思路，但是 Vue 觉得保存每一个脏数据太消耗内存了，于是没有采用那么细颗粒度，而是以组件级别的中等颗粒度，只监听到组件的数据更新，组件内部再通过 DIFF 算法计算出更新哪些 DOM 节点。Svelte 采用了比特位的存储方式，解决了保存脏数据会消耗内存的问题。

### 整体流程 ###

上面就是Svelte 最核心更新DOM机制，下面我们串起来整个的流程。

下面是非常简单的一个 Svelte 组件，点击`<button>`会触发`onClick`事件，从而改变name 变量。

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上面代码背后的整体流程如下图所示，我们一步一步来看：

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第一步，Svelte 会编译我们的代码，下图中左边是我们的源码，右边是 Svelte 编译生成的。Svelte 在编译过程中发现，『咦，这里有一行代码 name 被重新赋值了，我要插入一条`make_dirty`的调用』，于是当我们改写 name 变量的时候，就会调用`make_dirty`方法把 name 记为脏数据。

![format_png 25][]

第二步，我们来看`make_diry`方法究竟做了什么事情：

1.  把对应数据的二进制改为1
2.  把对应组件记为脏组件，推入到 dirty\_components 数组中
3.  调用`schedule_update()`方法把`flush`方法推入到一帧中的微任务阶段执行。因为这样既可以做频繁更新 的截流，又避免了阻塞一帧中的 layout， repaint 阶段的渲染。

![format_png 26][]

schedule\_update 方法其实就是一个`promise.then()`，

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一帧大概有 16ms, 大概会经历 layout, repaint的阶段后，就可以开始执行微任务的回调了。

flush 方法做的事情也比较简单，就是遍历脏组件，依次调用`update`方法去更新对应的组件。

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`update`方法除了执行一些生命周期的方法外，最核心的一行代码是调用`p`方法，`p`方法我们已经在上文中介绍过很熟悉了。

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p 方法的本质就是走入到不同的if 判断里面，调用`set_data`原生的 javascript 方法更新对应的 DOM节点。

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至此，我们的页面的DOM节点就已经更新好了。

> 上面的代码均是剔除了分支逻辑的伪代码。  
>   
> Svelte 在处理子节点列表的时候，还是有优化的算法在的。比如说\[a,b,c,d\] 变成 \[d, a, b, c\] ，但是只是非常简单的优化，简单来说，是比较节点移动距离的绝对值，绝对值最小的节点被移动。  
>   
> 所以，严格意义上来说，Svelte 并不是100%无运行时，还是会引入额外的算法逻辑，只是量很少罢了。

## 总结 ##

一个前端框架，不管是`vue`还是`react`更新了数据之后，需要考虑更新哪个dom节点，也就是，需要知道，脏数据和待更新的真实dom之间的映射。vue, react 是通过 virtualDom 来 diff 计算出更新哪些dom节点更划算，而`svelte`dom 是把数据和真实dom之间的映射关系，在编译的时候就通过AST等算出来，保存在`p`函数中。

Svelte 作为新兴的前端框架，采用了和 React， Vue 不同的设计思路，其独特的特性在某些场景下还是很值得尝试的。

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