详解vue的diff算法原理

我的目标是写一个非常详细的关于diff的干货,所以本文有点长。也会用到大量的图片以及代码举例,目的让看这篇文章的朋友一定弄明白diff的边边角角。

先来了解几个点...

1. 当数据发生变化时,vue是怎么更新节点的?

要知道渲染真实DOM的开销是很大的,比如有时候我们修改了某个数据,如果直接渲染到真实dom上会引起整个dom树的重绘和重排,有没有可能我们只更新我们修改的那一小块dom而不要更新整个dom呢?diff算法能够帮助我们。

我们先根据真实DOM生成一颗 virtual DOM ,当 virtual DOM 某个节点的数据改变后会生成一个新的 Vnode ,然后 VnodeoldVnode 作对比,发现有不一样的地方就直接修改在真实的DOM上,然后使 oldVnode 的值为 Vnode

diff的过程就是调用名为 patch 的函数,比较新旧节点,一边比较一边给 真实的DOM 打补丁。

2. virtual DOM和真实DOM的区别?

virtual DOM是将真实的DOM的数据抽取出来,以对象的形式模拟树形结构。比如dom是这样的:

<div>
 <p>123</p>
</div>

对应的virtual DOM(伪代码):

var Vnode = {
 tag: 'div',
 children: [
  { tag: 'p', text: '123' }
 ]
};

(温馨提示: VNodeoldVNode 都是对象,一定要记住)

3. diff的比较方式?

在采取diff算法比较新旧节点的时候,比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较。

<div>
 <p>123</p>
</div>

<div>
 <span>456</span>
</div>

上面的代码会分别比较同一层的两个div以及第二层的p和span,但是不会拿div和span作比较。在别处看到的一张很形象的图:

diff流程图

当数据发生改变时,set方法会让调用 Dep.notify 通知所有订阅者Watcher,订阅者就会调用 patch 给真实的DOM打补丁,更新相应的视图。

具体分析

patch

来看看 patch 是怎么打补丁的(代码只保留核心部分)

function patch (oldVnode, vnode) {
 // some code
 if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
  patchVnode(oldVnode, vnode)
 } else {
  const oEl = oldVnode.el // 当前oldVnode对应的真实元素节点
  let parentEle = api.parentNode(oEl) // 父元素
  createEle(vnode) // 根据Vnode生成新元素
  if (parentEle !== null) {
   api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl)) // 将新元素添加进父元素
   api.removeChild(parentEle, oldVnode.el) // 移除以前的旧元素节点
   oldVnode = null
  }
 }
 // some code 
 return vnode
}

patch函数接收两个参数 oldVnodeVnode 分别代表新的节点和之前的旧节点

判断两节点是否值得比较,值得比较则执行 patchVnode

function sameVnode (a, b) {
 return (
 a.key === b.key && // key值
 a.tag === b.tag && // 标签名
 a.isComment === b.isComment && // 是否为注释节点
 // 是否都定义了data,data包含一些具体信息,例如onclick , style
 isDef(a.data) === isDef(b.data) && 
 sameInputType(a, b) // 当标签是<input>的时候,type必须相同
 )
}

不值得比较则用 Vnode 替换 oldVnode

如果两个节点都是一样的,那么就深入检查他们的子节点。如果两个节点不一样那就说明 Vnode 完全被改变了,就可以直接替换 oldVnode

虽然这两个节点不一样但是他们的子节点一样怎么办?别忘了,diff可是逐层比较的,如果第一层不一样那么就不会继续深入比较第二层了。(我在想这算是一个缺点吗?相同子节点不能重复利用了...)

patchVnode

当我们确定两个节点值得比较之后我们会对两个节点指定 patchVnode 方法。那么这个方法做了什么呢?

patchVnode (oldVnode, vnode) {
 const el = vnode.el = oldVnode.el
 let i, oldCh = oldVnode.children, ch = vnode.children
 if (oldVnode === vnode) return
 if (oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text) {
  api.setTextContent(el, vnode.text)
 }else {
  updateEle(el, vnode, oldVnode)
  if (oldCh && ch && oldCh !== ch) {
   updateChildren(el, oldCh, ch)
  }else if (ch){
   createEle(vnode) //create el's children dom
  }else if (oldCh){
   api.removeChildren(el)
  }
 }
}

这个函数做了以下事情:

  1. 找到对应的真实dom,称为 el
  2. 判断 VnodeoldVnode 是否指向同一个对象,
  3. 如果是,那么直接 return 如果他们都有文本节点并且不相等,那么将 el 的文本节点设置为 Vnode 的文本节点。
  4. 如果 oldVnode 有子节点而 Vnode 没有,则删除 el 的子节点
  5. 如果 oldVnode 没有子节点而 Vnode 有,则将 Vnode 的子节点真实化之后添加到 el 如果两者都有子节点,则执行 updateChildren 函数比较子节点,这一步很重要

其他几个点都很好理解,我们详细来讲一下updateChildren

updateChildren

代码量很大,不方便一行一行的讲解,所以下面结合一些示例图来描述一下。

updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
 let oldStartIdx = 0, newStartIdx = 0
 let oldEndIdx = oldCh.length - 1
 let oldStartVnode = oldCh[0]
 let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
 let newEndIdx = newCh.length - 1
 let newStartVnode = newCh[0]
 let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
 let oldKeyToIdx
 let idxInOld
 let elmToMove
 let before
 while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
  if (oldStartVnode == null) { // 对于vnode.key的比较,会把oldVnode = null
   oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] 
  }else if (oldEndVnode == null) {
   oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
  }else if (newStartVnode == null) {
   newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
  }else if (newEndVnode == null) {
   newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
  }else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
   patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
   oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
   newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
  }else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
   patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode)
   oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
   newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
  }else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
   patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode)
   api.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.el, api.nextSibling(oldEndVnode.el))
   oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
   newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
  }else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
   patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
   api.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.el, oldStartVnode.el)
   oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
   newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
  }else {
   // 使用key时的比较
   if (oldKeyToIdx === undefined) {
    oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx) // 有key生成index表
   }
   idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
   if (!idxInOld) {
    api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
   }
   else {
    elmToMove = oldCh[idxInOld]
    if (elmToMove.sel !== newStartVnode.sel) {
     api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
    }else {
     patchVnode(elmToMove, newStartVnode)
     oldCh[idxInOld] = null
     api.insertBefore(parentElm, elmToMove.el, oldStartVnode.el)
    }
    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
   }
  }
 }
 if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
  before = newCh[newEndIdx + 1] == null ? null : newCh[newEndIdx + 1].el
  addVnodes(parentElm, before, newCh, newStartIdx, newEndIdx)
 }else if (newStartIdx > newEndIdx) {
  removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
 }
}

先说一下这个函数做了什么

  1. Vnode 的子节点 VcholdVnode 的子节点 oldCh 提取出来
  2. oldChvCh 各有两个头尾的变量 StartIdxEndIdx ,它们的2个变量相互比较,一共有4种比较方式。如果4种比较都没匹配,如果设置了 key ,就会用 key 进行比较,在比较的过程中,变量会往中间靠,一旦 StartIdx>EndIdx 表明 oldChvCh 至少有一个已经遍历完了,就会结束比较。

图解updateChildren

终于来到了这一部分,上面的总结相信很多人也看得一脸懵逼,下面我们好好说道说道。(这都是我自己画的,求推荐好用的画图工具...)

粉红色的部分为oldCh和vCh

我们将它们取出来并分别用s和e指针指向它们的头child和尾child

现在分别对 oldS、oldE、S、E 两两做 sameVnode 比较,有四种比较方式,当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置,这句话有点绕,打个比方

  1. 如果是oldS和E匹配上了,那么真实dom中的第一个节点会移到最后
  2. 如果是oldE和S匹配上了,那么真实dom中的最后一个节点会移到最前,匹配上的两个指针向中间移动
  3. 如果四种匹配没有一对是成功的,那么遍历 oldChildS 挨个和他们匹配,匹配成功就在真实dom中将成功的节点移到最前面,如果依旧没有成功的,那么将 S对应的节点 插入到dom中对应的 oldS 位置, oldSS 指针向中间移动。

再配个图

第一步

oldS = a, oldE = d;
S = a, E = b;

oldSS 匹配,则将dom中的a节点放到第一个,已经是第一个了就不管了,此时dom的位置为:a b d

第二步

oldS = b, oldE = d;
S = c, E = b;

oldSE 匹配,就将原本的b节点移动到最后,因为 E 是最后一个节点,他们位置要一致,这就是上面说的: 当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置 ,此时dom的位置为:a d b

第三步

oldS = d, oldE = d;
S = c, E = d;

oldEE 匹配,位置不变此时dom的位置为:a d b

第四步

oldS++;
oldE--;
oldS > oldE;

遍历结束,说明 oldCh 先遍历完。就将剩余的 vCh 节点根据自己的的index插入到真实dom中去,此时dom位置为:a c d b

一次模拟完成。

这个匹配过程的结束有两个条件:

oldS > oldE 表示 oldCh 先遍历完,那么就将多余的 vCh 根据index添加到dom中去(如上图) S > E 表示vCh先遍历完,那么就在真实dom中将区间为 [oldS, oldE] 的多余节点删掉

下面再举一个例子,可以像上面那样自己试着模拟一下

当这些节点 sameVnode 成功后就会紧接着执行 patchVnode 了,可以看一下上面的代码

if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
 patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
}

就这样层层递归下去,直到将oldVnode和Vnode中的所有子节点比对完。也将dom的所有补丁都打好啦。那么现在再回过去看updateChildren的代码会不会容易很多呢?

总结

以上为diff算法的全部过程,放上一张文章开始就发过的总结图,可以试试看着这张图回忆一下diff的过程。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持编程小技巧。

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