【工程化】刨根问底，揭开 Vue 中 Scope CSS 实现的幕后（原理）

前言

我想大家应该都对 Vue 的 Scope CSS 耳熟能详了，但是说起 Vue 的 Scope CSS 实现的原理，很多人应该会说不就是给 HTML、CSS 添加属性吗 🙃️？

确实是这样的，不过这只是最终 Scope CSS 呈现的结果。而这个过程又是如何实现的？我想能回答上一二的同学应该不多。

那么，回到今天本文，我将会围绕以下 3 点，和大家一起从 Vue 的 Scope CSS 的最终呈现结果出发，深入浅出一番其实现的底层原理：

• 什么是 Scope CSS
• vue-loader 处理组件（.vue 文件）
• Patch 阶段应用 ScopeId 生成 HTML 的属性

1 什么是 Scope CSS

Scope CSS 即作用域 CSS，组件化所密不可分的一部分。Scope CSS 使得我们可以在各组件中定义的 CSS 不产生污染。例如，我们在 Vue 中定义一个组件：

<!-- App.vue -->
<template>
  <div class="box">scoped css</div>
</template>
<script>
  export default {};
</script>
<style scoped>
  .box {
    width: 200px;
    height: 200px;
    background: #aff;
  }
</style>

通常情况下，在开发环境我们的组件会先经过 vue-loader^[1] 的处理，然后结合运行时的框架代码渲染到页面上。相应地，它们对应的 HTML 和 CSS 分别会是这样：

HTML 部分：

<div data-v-992092a6>scoped css</div>

CSS 部分：

.box[data-v-992092a6] {
  width: 200px;
  height: 200px;
  background: #aff;
}

可以看到 Scope CSS 的本质是基于 HTML 和 CSS 选择器的属性，通过分别给 HTML 标签和 CSS 选择器添加 data-v-xxxx 属性的方式实现。

2 vue-loader 处理组件（.vue 文件）

前面，我们也提及了在开发环境下一个组件（.vue 文件）会先由 vue-loader 来处理。那么，针对 Scope CSS 而言，vue-loader 会做这 3 件事：

• 解析组件，提取出 template、script、style 对应的代码块
• 构造并导出 export 组件实例，在组件实例的选项上绑定 ScopId
• 对 style 的 CSS 代码进行编译转化，应用 ScopId 生成选择器的属性

注意，这里讲的只是 vue-loader 对 .vue 文件的处理部分，不涉及 HMR、配合 Devtool 的逻辑，有兴趣的同学可以自行了解～

然而，之所以 vue-loader 有这么多的能力，主要是因为 vue-loader 的底层使用了 Vue 官方提供的包（package） @vue/component-compiler-utils^[2]，其提供了解析组件（.vue 文件）、编译模版 template、编译 style等 3 种能力。

那么，下面我们就先来看一下 vue-loader 是如何使用 @vue/component-compiler-utils 来解析组件提取 template、script、style 的。

2.1 提取 template、script、style

vue-loader 提取 template、script、style 的过程主要是使用了 @vue/component-compiler-utils 的 parse 方法，这个过程对应的代码（伪代码）会是这样：

// vue-loader/lib/index.js
const { parse } = require("@vue/component-compiler-utils");

module.exports = function (source) {
  const loaderContext = this;
  const { sourceMap, rootContext, resourcePath } = loaderContext;
  const sourceRoot = path.dirname(path.relative(context, resourcePath));
  const descriptor = parse({
    source,
    compiler: require("vue-template-compiler"),
    filename,
    sourceRoot,
    needMap: sourceMap,
  });
};

我们来逐点分析一下这段代码，首先，会获取当前上下文 loaderContext，它会包含 webpack 打包过程核心对象 compiler、compilation 等。

其次，再构建文件资源入口 sourceRoot，一般情况下它指的是 src 文件目录，它主要用于构建 source-map 使用。

最后，则会使用 @vue/component-compiler-utils 提供的 parse 方法来解析 source（组件代码）。这里，我们来看一下 parse 方法的几个参数：

• soruce 源代码块，这里是组件对应的代码，即包含了 template、style、script
• compiler 编译核心对象，它是一个 CommonJS 模块（vue-template-compiler^[3]），parse 方法内部会使用它提供的 parseComponent 方法来解析组件
• filename 当前组件的文件名，例如 App.vue
• sourceRoot 文件资源入口，用于构建 source-map 使用
• needMap 是否需要 source-map，parse 方法内部会根据 needMap 的值（true 或 false，默认为 true）来判断是否生成 script、style 对应的 source-map

而 parse 方法的执行则会返回一个对象给 desciptor，它会包含 template、style、script 分别对应的代码块。

那么，可以看到的是 vue-loader 解析组件的过程，几乎外包给了 Vue 提供的工具包（package）。并且，我想这个时候肯定会有同学问：这些和 Vue 的 Scope CSS 有几毛钱关系 🙃️？

有很大的关系！因为 Vue 的 Scope CSS 可不是无米之炊，它实现的前提是组件被解析了，然后再分别处理 template 和 style 部分的代码！

那么，显然到这里我们已经完成了对组件的解析。接着，则需要构造和导出组件实例～

2.2 构造和导出组件实例

vue-loader 在解析完组件后，会分别处理并生成 template、script、style 的导入 import 语句，再调用 normalizer 方法正常化（normalizer）组件，最后将它们拼接成代码字符串：

let templateImport = `var render, staticRenderFns`;
if (descriptor.template) {
  // 构造 template 的 import 语句
}
let scriptImport = `var script = {}`;
if (descriptor.script) {
  // 构造 script 的 import 语句
}
let stylesCode = ``;
if (descriptor.styles.length) {
  // 构造 style 的 import 语句
}
let code =
  `
${templateImport}
${scriptImport}
${stylesCode}

import normalizer from ${stringifyRequest(`!${componentNormalizerPath}`)}
var component = normalizer(
  script,
  render,
  staticRenderFns,
  ${hasFunctional ? `true` : `false`},
  ${/injectStyles/.test(stylesCode) ? `injectStyles` : `null`},
  ${hasScoped ? JSON.stringify(id) : `null`},
  ${isServer ? JSON.stringify(hash(request)) : `null`}
  ${isShadow ? `,true` : ``}
)
  `.trim() + `\n`;

其中，templateImport、scriptImport、stylesCode 等构造好的 template、script、style 部分的导入 import 语句看起来会是这样：

import {
  render,
  staticRenderFns,
} from "./App.vue?vue&type=template&id=7ba5bd90&scoped=true&";
import script from "./App.vue?vue&type=script&lang=js&";
// 兼容命名方式的导出
export * from "./App.vue?vue&type=script&lang=js&";
import style0 from "./App.vue?vue&type=style&index=0&id=7ba5bd90&scoped=true&lang=css&";

不知道同学们注意 ⚠️ 到没，template 和 style 的导入 import 语句都有这么一个共同的部分 id=7ba5bd90&scoped=true，这表示此时组件的 template 和 style 是需要 Scope CSS 的，并且 scopeId 为 7ba5bd90。

当然，这仅仅是告知后续的 template 和 style 编译时需要注意生成 Scope CSS，也是实现 Scope CSS 的第一步！那么，接着则会调用 normalizer 方法来对该组件进行正常化（Normalizer）处理：

import normalizer from "!../node_modules/vue-loader/lib/runtime/componentNormalizer.js";
var component = normalizer(
  script,
  render,
  staticRenderFns,
  false,
  null,
  "7ba5bd90",
  null
);
export default component.exports;

注意，normalizer 是重命名了原方法 normalizeComponent，以下统称 normalizeComponent~

我想同学们应该都注意到了，此时 scopeId 会作为参数传给 normalizeComponent 方法，而传给 normalizeComponent 的目的则是为了在组件实例的 options 上绑定 scopeId。那么，我们来看一下 normalizeComponent 方法（伪代码）：

function normalizeComponent (
  scriptExports,
  render,
  staticRenderFns,
  functionalTemplate,
  injectStyles,
  scopeId,
  moduleIdentifier, /* server only */
  shadowMode /* vue-cli only */
) {
  ...
  var options = typeof scriptExports === 'function'
    ? scriptExports.options
    : scriptExports
  // scopedId
  if (scopeId) {
    options._scopeId = 'data-v-' + scopeId
  }
  ...
}

可以看到，这里的 options._scopeId 会等于 data-v-7ba5bd90，而它的作用主要是用于在 patch 的时候，为当前组件的 HTML 标签添加名为 data-v-7ba5bd90 的属性。因此，这也是 template 为什么会形成带有 scopeId 的真正所在！

2.3 编译样式 Style，应用 ScopId 生成选择器的属性

在构造完 Style 对应的导入语句后，由于此时 import 语句中的 query 包含 vue，则会被 vue-loader 内部的 Pitching Loader 处理。而 Pitching Loader 则会重写 import 语句，拼接上内联（inline）的 Loader，这看起来会是这样：

export * from '
"-!../node_modules/vue-style-loader/index.js??ref--6-oneOf-1-0
!../node_modules/css-loader/dist/cjs.js??ref--6-oneOf-1-1
!../node_modules/vue-loader/lib/loaders/stylePostLoader.js
!../node_modules/postcss-loader/src/index.js??ref--6-oneOf-1-2
!../node_modules/cache-loader/dist/cjs.js??ref--0-0
!../node_modules/vue-loader/lib/index.js??vue-loader-options!./App.vue?vue&type=style&index=0&id=7ba5bd90&scoped=true&lang=css&"
'

然后，webpack 会解析出模块所需要的 Loader，显然这里会解析出 6 个 Loader：

[
  { loader: "vue-style-loader", options: "?ref--6-oneOf-1-0" },
  { loader: "css-loader", options: "?ref--6-oneOf-1-1" },
  { loader: "stylePostLoader", options: undefined },
  { loader: "postcss-loader", options: "?ref--6-oneOf-1-2" },
  { loader: "cache-loader", options: "?ref--0-0" },
  { loader: "vue-loader", options: "?vue-loader-options" }
]

那么，此时 webpack 则会执行这 6 个 Loader（当然还有解析模块本身）。并且，这里会忽略 webpack.config.js 中符合规则的 Normal Loader（vue-style-loader 还会忽略前置 Loader）。

不了解内联 Loader 的同学，可以看一下这篇文章【webpack进阶】你真的掌握了loader么？- loader十问^[4]

而对于 Scope CSS 而言，密切相关的就是 stylePostLoader。下面，我们来看一下 stylePostLoader 的定义：

const { compileStyle } = require("@vue/component-compiler-utils");
module.exports = function (source, inMap) {
  const query = qs.parse(this.resourceQuery.slice(1));
  const { code, map, errors } = compileStyle({
    source,
    filename: this.resourcePath,
    id: `data-v-${query.id}`,
    map: inMap,
    scoped: !!query.scoped,
    trim: true,
  });

  if (errors.length) {
    this.callback(errors[0]);
  } else {
    this.callback(null, code, map);
  }
};

从 stylePostLoader 的定义中，我们知道它是使用了 @vue/component-compiler-utils 提供的 compileStyle 方法来完成对组件 style 的编译。并且，此时会传入参数 id 为 data-v-${query.id}，即 data-v-7ba5bd90，而这也是 style 中声明的选择器的属性为 scopeId 的关键点！

而在 compileStyle 函数内部，则是使用的我们所熟知 postcss^[5] 来完成对 style 代码的编译和构造选择器的 scopeId 属性。至于如何使用 postcss 完成这个过程，这里就不做过多介绍，有兴趣的同学自行了解哈～

3 Patch 阶段应用 ScopeId 生成 HTML 的属性

不知道同学们是否还记得在 2.2 构造并导出组件实例的时候，我们讲了在组件实例的 options 上绑定 _scopeId 是实现 template 的 Scope 的关键点！但是，当时我们并没有介绍这个 _scopeId 到底是如何应用到 template 上的元素的 😲？

如果，你想在 vue-loader 或者 @vue/component-compiler-utils 的代码中找到这个答案，我可以和你说找一万年都找不到！ 因为，真正应用 _scopeId 的过程是发生在 Vue 运行时的框架代码中（没想到吧 😵）。

了解过 Vue 模版编译过程的同学，我想应该都知道 template 会被编译成 render 函数，然后会根据 render 函数创建对应的 VNode，最后再根据 VNode 渲染成真实的 DOM 在页面上：

而 VNode 到真实 DOM 这个过程是由 patch 方法完成的。假设，此时我们是第一次渲染 DOM，这在 patch 方法中会命中 isUndef(oldVnode) 为 true 的逻辑：

function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  if (isUndef(oldVnode)) {
    // empty mount (likely as component), create new root element
    isInitialPatch = true
    createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
  } 
}

因为第一次渲染 DOM，所以压根不存在什么 oldVnode 😶

可以看到，此时会执行 createElm 方法。而在 createElm 方法中则会创建 VNode 对应的真实 DOM，并且它还做了一件很重要的事，调用 setScope 方法应用 _scopeId 在 DOM 上生成 data-v-xxx 的属性！对应的代码（伪代码）：

// packages/src/core/vdom/patch.js
function createElm(
  vnode,
  insertedVnodeQueue,
  parentElm,
  refElm,
  nested,
  ownerArray,
  index
) {
  ...
  setScope(vnode);
  ...
}

在 setScope 方法中则会使用组件实例的 options._scopeId 作为属性来添加到 DOM 上，从而生成了 template 中的 HTML 标签上名为 data-v-xxx 的属性。并且，这个过程会由 Vue 封装好的工具函数 nodeOps.setStyleScope 完成，它的本质是调用 DOM 对象的 setAttribute 方法：

// src/platforms/web/runtime/node-ops.js
export function setStyleScope (node: Element, scopeId: string) {
  node.setAttribute(scopeId, '')
}

结语

如果，有在网上查找过关于 vue-loader 和 Scope CSS 的文章的同学会发现，很多文章都是说在 @vue/component-compiler-utils 的 compilerTemplate 方法中应用 scopeId 生成了 template 中 HTML 标签的属性。但是，通过阅读本文，我们会发现这两者压根没有任何关系（SSR 的情况除外）！

并且，我想同学们也注意到了一点，本文中提及的 Vue 运行时框架的代码是 Vue 2.x 版本的（不是 Vue3）。所以，有兴趣的同学可以借助本文提供的路线推敲一下 Vue3 中 Scope CSS 的过程，相信你会收获满满 😎。最后，如果本文中存在表达不当或错误的地方，欢迎各位同学提 Issue～

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参考资料