虛擬DOM和Diff演算法 - 入門級

摘要： 我們知道我們平時的頁面都是有很多Dom組成，那虛擬Dom(virtual dom)到底是什麼，簡單來講，就是將真實的dom節點用JavaScript來模擬出來，而Dom變化的對比，放到 Js 層來做。 下面是一個傳統的dom節點，大家肯定都不陌生。 而這個dom對應...

我們知道我們平時的頁面都是有很多Dom組成，那虛擬Dom(virtual dom)到底是什麼，簡單來講，就是將真實的dom節點用JavaScript來模擬出來，而Dom變化的對比，放到 Js 層來做。

下面是一個傳統的dom節點，大家肯定都不陌生。

而這個dom對應的虛擬dom，可以表示成下面的樣子

很簡單，大家都能看懂， tag 表示標籤名， attrs

就是dom的屬性，每個dom如果有children的話，就會在children中以陣列的形式展示，陣列的每一項就又是一個虛擬dom結構。

這裡使用 Js 來實現虛擬dom的原因是 Js 在前端領域，是唯一一門 圖靈完備 的語言；所謂圖靈完備語言，就是指可以進行復雜邏輯操作，實現各種邏輯演算法語言。

為何使用虛擬Dom

有人會問，dom挺好啊，我們剛學前端的時候肯定會接觸JQuery，JQuery就是典型的操作dom的一個框架工具庫，我們拿JQuery來設計一個場景，來解釋一下虛擬dom的用處及價值。

這有一個需求場景

var data = [
{
name: '張三',
age: '20',
address: '杭州'
},
{
name: '李四',
age: '22',
address: '北京'
},
{
name: '隔壁老王',
age: '24',
address: "西溪水岸"
}
]
複製程式碼

我們現在想要將這個資料渲染成一個表格，並點選頁面上的按鈕更換我們的部分資料，我們使用Jquery來做。

<div id="container"></div>
<button id="btn-change">change</button>

<script src="https://cdn.bootcss.com/jquery/3.3.1/jquery.min.js"></script>
<script>
var data = [
{
name: '張三',
age: '20',
address: '杭州'
},
{
name: '李四',
age: '22',
address: '北京'
},
{
name: '隔壁老王',
age: '24',
address: "西溪水岸"
}
]

function render(data) {
var $container = $('#container')

//清空現有內容
$container.html('')

// 拼接 table
var $table = $('<table>')
$table.append($('<tr><td>name</td><td>age</td><td>address</td></tr>'))
data.forEach(function (item) {
$table.append($('<tr><td>'+ item.name +'</td><td>'+item.age+'</td><td>'+item.address+'</td></tr>'))
})

// 渲染到頁面
$container.append($table)
}

$('#btn-change').click(function () {
data[1].age = 30
data[2].address = '上海'
render(data)
})

// 初始化時候渲染
render(data)
複製程式碼

可以看到，我們將 data 的第2項的 age 和 第3項的 address 資料更換了，點選change按鈕：

vdom解決的問題

我們可以從圖中看到，我們只是更改了表格的部分資料，但是整個 tabel 節點就全部閃爍，說明整個 table 都被替換了一遍。

這個合乎常理的JQuery操，及時是web頁面效能的巨大殺手。因為它更改了不需要更改的dom節點，如果你還不能事情的嚴重性，可以繼續往下看。

下面的程式碼的操作很簡單，建立一個空的 div 標籤，迴圈遍歷其中的屬性並將其拼打印出來

var div = document.createElement('div')
var item ,result = ''
for (item in div) {
result += ' | ' + item
}
console.log(result)
複製程式碼

密密麻麻的屬性，更何況這還只是一級屬性，可想而知直接操作dom的方式是有多麼費時，dom操作是費時的，但是Js作為一門語言，執行速度是非常快的，我們如果在Js層做dom對比，儘量減少不必要的dom操作，而不是每一次都全部翻修，我們的效率就會大大增加。而vdom就可以完美解決這個問題。

如何使用虛擬dom

說了這麼多虛擬dom的好，有同學會問，如何使用虛擬dom呢？

要了解如何使用vdom，我們可以藉助現有的vdom實現庫，來了解其API，進而瞭解如何將vdom運用於開發中。

這裡我們選擇一個Vue2中使用的虛擬dom庫 snabbdom ，下面圖是截得它github主頁的示範案例：

仔細觀察後我們可以發現，這個snabbdom官方案例中，核心內容就是兩個函式 -- h函式 和 patch函式

h函式

可以看到 h 函式，有三個引數

• 標籤選擇器
• 屬性
• 子節點

比如說第一個 h函式 生成的vnode，就是一個 div 標籤，綁定了click事件為 someFn ,第一個child為帶有style的 span ， sapn 裡是一個文字節點 This is bold ,第二個child就直接是一個文字節點，第三個child就是一個帶有 herf 的 a 連結

patch函式

patch 分為兩種情況

• 第一種是第一次渲染的時候 patch 將vnode丟到 container 空容器中

  var vnode = h('ul#list',{},[
  h('li.item',{},'大冰哥'),
  h('li.item',{},'倫哥'),
  h('li.item',{},'阿孔')
  ])
  
  patch(container, vnode) // vnode 將 container 節點替換
  複製程式碼

第一次patch渲染的時候，是將生成的vnode往空容器裡丟 可以對比之前的Jquery第一次渲染表格的時候，將table html append到容器中去

• 第二種是更新節點的時候， newVnode 將 oldVnode 替換

  btn.addEventListener('click',function() {
  var newVnode = h('ul#list',{},[
  h('li.item',{},'大冰哥'),
  h('li.item',{},'倫哥'),
  h('li.item',{},'孔祥宇'),
  h('li.item',{},'小老弟'),
  ])
  patch(vnode, newVnode)
  })
  複製程式碼

這裡的patch就會將的vonde和之前的vnode進行比對，只修改改動的地方，沒動的地方保持不變，這裡的核心就是涉及的diff演算法

我們可以清楚的看到，相對於之前的JQuery整個頁面dom全部替換的情況，用vdom的 pathc 函式只修改了我們相對老的vnode變動的地方，沒改動的地方就沒用動(從頁面的閃爍可以看出來)

使用vdom重做之前Jq案例

vdom核心的api h 函式和 patch 函式我們已經有個基本的瞭解了，為了鞏固對其的認識，我們接下來用 snabbdom 重做我們之前的JQuery案例

直接先上程式碼

<div id="container"></div>
<button id="btn-change">change</button>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.3/snabbdom.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.2/snabbdom-class.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.2/snabbdom-props.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.2/snabbdom-style.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.2/snabbdom-eventlisteners.js"></script>
<script src="https://cdn.bootcss.com/snabbdom/0.7.3/h.js"></script>
<script>
let container = document.getElementById('container')
let btn = document.getElementById('btn-change')
let snabbdom = window.snabbdom
let patch = snabbdom.init([
snabbdom_class,
snabbdom_props,
snabbdom_style,
snabbdom_eventlisteners
])
let h = snabbdom.h
let data = [
{
name: '張三',
age: '20',
address: '杭州'
},
{
name: '李四',
age: '22',
address: '北京'
},
{
name: '隔壁老王',
age: '24',
address: "西溪水岸"
}
]
data.unshift({
name: '姓名',
age: '年齡',
address: '地址'
})
let vnode
function render(data) {
// 建立虛擬table節點 第三個引數，也就是虛擬table的孩子 應該是虛擬的 行節點
let newVnode = h('table', {}, data.map(item => {
let tds = [] // 列，作為虛擬行的子項
let i
for(i in item) {
if (item.hasOwnProperty(i)) {
tds.push(h('td', {}, item[i]+''))
}
}
return h('tr', {}, tds) // 虛擬行節點的 孩子 應該是虛擬的 列節點
}))

if (vnode) {
patch(vnode,newVnode)
} else {
// 初次渲染
patch(container,newVnode)
}
vnode = newVnode
}

btn.addEventListener('click', function(){
data[1].age = 30,
data[3].name = '一個女孩',
render(data)
})

// 初始化時候渲染
render(data)
</script>
</body>
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程式碼有點長，其實內容還是我們之前講的，程式碼主要乾了下面的事情

• 引入snabbdom核心檔案，初始化h函式和patch函式
• 第一次載入的時候render 其實本質就是 patch(container,newVnode)
• 之後點選 change 的時候，生成新的vnode，再 patch(vnode,newVnode)

這裡的 render 函式重點講解一下

• newVnode生成的時候，第三個引數是childs
• 而 table 的childs是行節點
• tr 行節點也是vnode，它再生成的時候也要使用 h 函式，第三個引數是 td 列vnode
• td 列vnode的第三個引數，就直接是文字節點啦，遍歷item的每一項push到 tds 陣列中就可以了

  

到了這裡，你對vdom應該有個大體的認識了，其實，與其說vdom快，更準確的說是相比於Jquer這種推翻dom的方式等，保證不慢而已。

總結

vdom的核心api

• h('標籤名', '屬性', [子元素])
• h('標籤名', '屬性', '文字')
• patch(container, vnode)
• patch(oldVnode,newVnode)

簡單介紹diff演算法

什麼是diff演算法

我們在平時工作中，其實很多時候都會使用到diff演算法

比如你在git提交程式碼的時候使用的 git diff 命令，再或者是網上的一些程式碼比對工具，而我們的虛擬dom，核心就是diff演算法，我們前面講過，找出有必要更新的節點更新，沒有更新的節點就不要動。這其中的核心就是如何找出哪些更新哪些不更新，這個過程就需要diff演算法來完成

通過 patch 簡單講diff

我們趁熱打鐵，還是使用之前的snabbdom庫來簡單的講下diff演算法的大體思路，在snabbdom中diff主要體現在 patch 中，我們接下來看一下patch的兩種情況 patch(container, vnode) 和 patch(vnode, newVnode)

篇幅有限，(其實是能力有限), 這裡就簡單的講解，因為涉及到完成的diff演算法的話東西實在是太多太多，有興趣的可以去看一下snabbdom的原始碼

patch(container, vnode)

我們知道這個patch的過程是將一個vnode(vdom)新增到空容器生成真實dom的過程，主要的程式碼流程如下：

function creatElement(vnode) {
let tag = vnode.tag
let attrs = vnode.attrs || {}
let children = vnode.children || []
// 無標籤 直接跳出
if (!tag) {
return null
}
// 建立元素
let elem = document.createElement(tag)
// 新增屬性
for(let attrName in attrs) {
if (attrs.hasOwnProperty(attrName)) {
elem.setAttribute(arrtName, arrts[attrName])
}
}
// 遞迴建立子元素
children.forEach((childVnode) => {
elem.appendChild(createElement(childVnode))
})

return elem
}
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簡化後的程式碼很簡單，大家也都能夠理解，其中的一個重要的點就是 自遞迴呼叫生成孩子節點 ，終止條件就是 tag 為 null 的情況

patch(vnode, newVnode)

這個patch過程就是比較差異的過程，我們這裡就只模擬最簡單的場景

第三個item改變，又新增第四個item

// 簡化流程 假設跟標籤相同的兩個虛擬dom
function updateChildren (vnode, newVnode) {
let children = vnode.children || []
let newChildren = newVnode.children || []

// 遍歷現有的孩子
children.forEach((oldChild, index) => {
let newChild = newChildren[index]
if (newChild === null) {
return
}
// 兩者tag一樣，值得比較
if (oldChild.tag === newChild.tag) {
// 遞迴繼續比較子項
updateChildren(oldchild, newChild)
} else {
// 兩者tag不一樣
replaceNode(oldChild, newChild)
}
})
}
複製程式碼

這裡面的點就也遞迴，這裡只是簡單的拿 tag 來判斷更新條件，其實實際的比這複雜很多很多； 而 replace 函式實際的操作就是將 newVnode 新生成的真實dom將老的dom替換掉，這裡涉及更多的是原生dom操作，就不在贅述了。

到這裡，基本的diff概念應該大家有個認識了，再次強調，這裡為了便於理解，將diff演算法的流程簡化了很多，實際的diff演算法的複雜程度遠遠高於以上這些，比如說

• 節點的新增和刪除
• 重新排序時以及這個過程的優化
• 節點屬性樣式事件等的變化
• 還有怎麼將演算法優化到極致等等。。

大家感興趣可以去深入瞭解。

總結

本文知識拋磚引玉，通過閱讀本文，讓不瞭解虛擬dom的同學對虛擬dom有一個很好的認知，對diff演算法有一個大體的認識。能達到這個效果，我覺得這篇文章就很有價值了。想要深入瞭解虛擬dom或者diff演算法的同學可以翻閱snabbdom的 patch.js 的原始碼，加深學習。

番外 Vue的key

寫文章的時候碰到有vue key繫結的問題，這裡就藉助這股熱勁，結合虛擬dom和diff演算法，來了解一下Vue中的key

Vue 中的 key

首先Vue官網的解釋：

當 Vue.js 用 v-for 正在更新已渲染過的元素列表時，它預設用“就地複用”策略。如果資料項的順序被改變，Vue 將不會移動 DOM 元素來匹配資料項的順序， 而是簡單複用此處每個元素，並且確保它在特定索引下顯示已被渲染過的每個元素。

這裡的就地複用的策略複用的是沒有發生改變的元素，其他的還要依次重排。

為了給 Vue 一個提示，以便它能跟蹤每個節點的身份，從而重用和重新排序現有元素，你需要為每項提供一個唯一 key 屬性。理想的 key 值是每項都有的唯一 id。

我們在使用的使用經常會使用 index (即陣列的下標)來作為 key ,但其實這是不推薦的一種使用方法

如何理解，我們看下面一個例子：

這裡有一個數組資料

const list = [
{
id: 1,
name: 'test1',
},
{
id: 2,
name: 'test2',
},
{
id: 3,
name: 'test3',
},
]
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我們現在想要在其後面追加一條資料

const list = [
{
id: 1,
name: 'test1',
},
{
id: 2,
name: 'test2',
},
{
id: 3,
name: 'test3',
},
{
id: 4,
name: '新增到最後的一條資料',
},
]
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這個時候用 index 作為 key , 是沒有問題的，因為 index 在後面累加了1

但是如果插入的資料是插在中間而不是最後，

const list = [
{
id: 1,
name: 'test1',
},
{
id: 4,
name: '不甘落後跑到第二的的一條資料',
}
{
id: 2,
name: 'test2',
},
{
id: 3,
name: 'test3',
},
]
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這個時候就會會出現一個情況：

之前的資料之後的資料

key: 0index: 0 name: test1key: 0index: 0 name: test1
key: 1index: 1 name: test2key: 1index: 1 name: 不甘落後跑到第二的的一條資料
key: 2index: 2 name: test3key: 2index: 2 name: test2
key: 3index: 3 name: test3
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這樣一來，追加資料以後，除了第一條資料能夠 就地複用 ，後三條都要重新渲染，這顯然不是我們想要的結果。

用 唯一key 來改善：

這次我們把每一項的 key 繫結成唯一標示id

之前的資料之後的資料

key: 1id: 1 index: 0 name: test1key: 1id: 1 index: 0name: test1
key: 2id: 2 index: 1 name: test2key: 4id: 4 index: 1name: 不甘落後的一條資料
key: 3id: 3 index: 2 name: test3key: 2id: 2 index: 2name: test2
key: 3id: 3 index: 3name: test3
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現在除了新增了 id為4的不甘落後的資料 是新加入的，其他的都複用了之前的dom，因為這裡通過 唯一key 來進行關聯，不會隨著順序的改變而重新渲染。

所以我們需要使用key來給每個節點做一個唯一標識，Vue的Diff演算法就可以正確的識別此節點，找到正確的位置區插入新的節點，所以一句話， key的作用主要是為了高效的更新虛擬DOM

靈魂畫手上線：

可以看到，當我們老的資料轉為新的資料時 [a,b,c,d] --> [a,e,b,c,d]

如果我們沒有使用一個正確的 key ，可能除了a資料可以複用以外，後面的四個資料都要重新渲染

而如果使用了一個正確的 key 的時候，就可以實現要更改的只有一處，也就是新增資料 e,其他的就會如箭頭所示，繼續對應複用。