深入Vue2.x的虚拟DOM diff原理

技术文章 来源:小时光茶社 发布:2017-10-11 浏览:150

摘要:Vue的核心是双向绑定和虚拟DOM(下文我们简称为vdom),关于双向绑定可以参阅木琴的文章《剖析Vue原理&实现双向绑定MVVM》,vdom是树状结构,其节点为vnode,vnode和浏览器DOM中的Node一一对应,通过vnode的elm属性可以访问到对应的Node。vdom因为是纯粹的JS对象,所以操作它会很高效,但是vdom的变更最终会转换成DOM操作,为了实现高效的DOM操作,一套高效的虚拟DOM diff算法显得很有必要。

作者简介:汪玉林,高级工程师,增值产品部前端Leader,目前团队负责手Q游戏中心、手Q游戏运营、手Q阅读等项目,有丰富的Web前端架构经验。 

一、前言

Vue的核心是双向绑定和虚拟DOM(下文我们简称为vdom),关于双向绑定可以参阅木琴的文章《剖析Vue原理&实现双向绑定MVVM》,vdom是树状结构,其节点为vnode,vnode和浏览器DOM中的Node一一对应,通过vnode的elm属性可以访问到对应的Node。

vdom因为是纯粹的JS对象,所以操作它会很高效,但是vdom的变更最终会转换成DOM操作,为了实现高效的DOM操作,一套高效的虚拟DOM diff算法显得很有必要。

Vue的diff算法是基于snabbdom改造过来的,感兴趣的朋友可以选择查阅。

这是一张很经典的图,出自《React’s diff algorithm》,Vue的diff算法也同样,即仅在同级的vnode间做diff,递归地进行同级vnode的diff,最终实现整个DOM树的更新。那同级vnode diff的细节又是怎样的呢?正是本文所要讲的。

二、例子

我们在下文中将使用这个简化的例子来讲述diff的过程

如上图的例子,更新前是1到10排列的Node列表,更新后是乱序排列的Node列表。罗列一下图中有以下几种类型的节点变化情况:

(1)、头部相同、尾部相同的节点:如1、10

(2)、头尾相同的节点:如2、9(处理完头部相同、尾部相同节点之后)

(3)、新增的节点:11

(4)、删除的节点:8

(5)、其他节点:3、4、5、6、7

三、简单的diff

简单的diff算法可以这样设计:

逐个遍历newVdom的节点,找到它在oldVdom中的位置,如果找到了就移动对应的DOM元素,如果没找到说明是新增节点,则新建一个节点插入。遍历完成之后如果oldVdom中还有没处理过的节点,则说明这些节点在newVdom中被删除了,删除它们即可。

仔细思考一下,几乎每一步都要做移动DOM的操作,这在DOM整体结构变化不大时的开销是很大的,实际上DOM变化不大的情况现实中经常发生,很多时候我们只需要变更某个节点的文本而已。

接下来我们看一下Vue的diff实现

四、Vue的diff实现

上图例子中我画上了oldStart+oldEnd,newStart+newEnd这样2对指针,分别对应oldVdom和newVdom的起点和终点。起止点之前的节点是待处理的节点,Vue不断对vnode进行处理同时移动指针直到其中任意一对起点和终点相遇。处理过的节点Vue会在oldVdom和newVdom中同时将它标记为已处理(标记方法后文中有介绍)。Vue通过以下措施来提升diff的性能。

(一)、优先处理特殊场景

(1)、头部的同类型节点、尾部的同类型节点

这类节点更新前后位置没有发生变化,所以不用移动它们对应的DOM

(2)、头尾/尾头的同类型节点

这类节点位置很明确,不需要再花心思查找,直接移动DOM就好

处理了这些场景之后,一方面一些不需要做移动的DOM得到快速处理,另一方面待处理节点变少,缩小了后续操作的处理范围,性能也得到提升

(二)、“原地复用”

“原地复用”是指Vue会尽可能复用DOM,尽可能不发生DOM的移动。Vue在判断更新前后指针是否指向同一个节点,其实不要求它们真实引用同一个DOM节点,实际上它仅判断指向的是否是同类节点(比如2个不同的div,在DOM上它们是不一样的,但是它们属于同类节点),如果是同类节点,那么Vue会直接复用DOM,这样的好处是不需要移动DOM。再看上面的实例,假如10个节点都是div,那么整个diff过程中就没有移动DOM的操作了。

“原地复用”在Vue的官方文档中有提到,虽然带来了好处,但是也会产生一些问题,朋友们可以复习一下

https://cn.vuejs.org/v2/guide/list.html#key

https://cn.vuejs.org/v2/guide/conditional.html#用-key-管理可复用的元素

五、按步解剖实例

(一)、整体视图

先看一张整体视图,整个diff分两部分:

(1)、第一部分是一个循环,循环内部是一个分支逻辑,每次循环只会进入其中的一个分支,每次循环会处理一个节点,处理之后将节点标记为已处理(oldVdom和newVdom都要进行标记,如果节点只出现在其中某一个vdom中,则另一个vdom中不需要进行标记),标记的方法有2种,当节点正好在vdom的指针处,移动指针将它排除到未处理列表之外即可,否则就要采用其他方法,Vue的做法是将节点设置为undefined。

(2)、循环结束之后,可能newVdom或者oldVdom中还有未处理的节点,如果是newVdom中有未处理节点,则这些节点是新增节点,做新增处理。如果是oldVdom中有这类节点,则这些是需要删除的节点,相应在DOM树中删除之

整个过程是逐步找到更新前后vdom的差异,然后将差异反应到DOM树上(也就是patch),特别要提一下Vue的patch是即时的,并不是打包所有修改最后一起操作DOM(React则是将更新放入队列后集中处理),朋友们会问这样做性能很差吧?实际上现代浏览器对这样的DOM操作做了优化,并无差别。

(二)、逐步解析

(1)、处理头部的同类型节点,即oldStart和newStart指向同类节点的情况,如下图中的节点1

这种情况下,将节点1的变更更新到DOM,然后对其进行标记,标记方法是oldStart和newStart后移1位即可,过程中不需要移动DOM(更新DOM或许是要的,比如属性变更了,文本内容变更了等等)

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(2)、处理尾部的同类型节点,即oldEnd和newEnd指向同类节点的情况,如下图中的节点10

与情况(1)类似,这种情况下,将节点10的变更更新到DOM,然后oldEnd和newEnd前移1位进行标记,同样也不需要移动DOM

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(3)、处理头尾/尾头的同类型节点,即oldStart和newEnd,以及oldEnd和newStart指向同类节点的情况,如下图中的节点2和节点9

先看节点2,其实是往后移了,移到哪里?移到oldEnd指向的节点(即节点9)后面,移动之后标记该节点,将oldStart后移1位,newEnd前移一位

操作结束之后情况如下图

同样地,节点9也是类似的处理,处理完之后成了下面这样

(4)、处理新增的节点

newStart来到了节点11的位置,在oldVdom中找不到节点11,说明它是新增的

那么就创建一个新的节点,插入DOM树,插到什么位置?插到oldStart指向的节点(即节点3)前面,然后将newStart后移1位标记为已处理(注意oldVdom中没有节点11,所以标记过程中它的指针不需要移动),处理之后如下图

(5)、处理更新的节点

经过第(4)步之后,newStart来到了节点7的位置,在oldVdom中能找到它而且不在指针位置(查找oldVdom中oldStart到oldEnd区间内的节点),说明它的位置移动了

那么需要在DOM树中移动它,移到哪里?移到oldStart指向的节点(即节点3)前面,与此同时将节点标记为已处理,跟前面几种情况有点不同,newVdom中该节点在指针下,可以移动newStart进行标记,而在oldVdom中该节点不在指针处,所以采用设置为undefined的方式来标记(一定要标记吗?后面会提到)

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处理之后就成了下面这样

未命名1507695491.png

(6)、处理3、4、5、6节点

经过第(5)步处理之后,我们看到了令人欣慰的一幕,newStart和oldStart又指向了同一个节点(即都指向节点3),很简单,按照(1)中的做法只需移动指针即可,非常高效,3、4、5、6都如此处理,处理完之后如下图

未命名1507695175.png

(7)、处理需删除的节点

经过前6步处理之后(实际上前6步是循环进行的),朋友们看newStart跨过了newEnd,它们相遇啦!而这个时候,oldStart和oldEnd还没有相遇,说明这2个指针之间的节点(包括它们指向的节点,即上图中的节点7、节点8)是此次更新中被删掉的节点。

OK,那我们在DOM树中将它们删除,再回到前面我们对节点7做了标记,为什么标记是必需的?标记的目的是告诉Vue它已经处理过了,是需要出现在新DOM中的节点,不要删除它,所以在这里只需删除节点8。

在应用中也可能会遇到oldVdom的起止点相遇了,但是newVdom的起止点没有相遇的情况,这个时候需要对newVdom中的未处理节点进行处理,这类节点属于更新中被加入的节点,需要将他们插入到DOM树中。

至此,整个diff过程结束了

Vue的diff算法与动态规划算法中的经典案例“计算a到b的最小编辑距离”看上去有些相似,实际完全不同,Vue的diff相对来说轻量很多,感兴趣的朋友可以查阅相关资料进行了解。

好啦,感谢你的阅读,希望能帮助你理解Vue的diff算法,在阅读过程中遇到的问题也欢迎一起交流!

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原    文:小时光茶社
作    者:tomszwang

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