Vue實現(xiàn)virtual-dom的原理簡析
virtual-dom(后文簡稱vdom)的概念大規(guī)模的推廣還是得益于react出現(xiàn)，virtual-dom也是react這個框架的非常重要的特性之一。相比于頻繁的手動去操作dom而帶來性能問題，vdom很好的將dom做了一層映射關系，進而將在我們本需要直接進行dom的一系列操作，映射到了操作vdom，而vdom上定義了關于真實dom的一些關鍵的信息，vdom完全是用js去實現(xiàn)，和宿主瀏覽器沒有任何聯(lián)系，此外得益于js的執(zhí)行速度，將原本需要在真實dom進行的創(chuàng)建節(jié)點,刪除節(jié)點,添加節(jié)點等一系列復雜的dom操作全部放到vdom中進行，這樣就通過操作vdom來提高直接操作的dom的效率和性能。
Vue在2.0版本也引入了vdom。其vdom算法是基于snabbdom算法所做的修改。
在Vue的整個應用生命周期當中，每次需要更新視圖的時候便會使用vdom。那么在Vue當中，vdom是如何和Vue這個框架融合在一起工作的呢？以及大家常常提到的vdom的diff算法又是怎樣的呢？接下來就通過這篇文章簡單的向大家介紹下Vue當中的vdom是如何去工作的。
首先，我們還是來看下Vue生命周期當中初始化的最后階段：將vm實例掛載到dom上，源碼在src/core/instance
Vue.prototype._init = function () {
...
vm.$mount(vm.$options.el) // 實際上是調用了mountComponent方法
...
}
mountComponent函數(shù)的定義是：
export function mountComponent (
vm: Component,
el: ?Element,
hydrating?: boolean
): Component {
// vm.$el為真實的node
vm.$el = el
// 如果vm上沒有掛載render函數(shù)
if (!vm.$options.render) {
// 空節(jié)點
vm.$options.render = createEmptyVNode
}
// 鉤子函數(shù)
callHook(vm, 'beforeMount')
let updateComponent
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && config.performance && mark) {
...
} else {
// updateComponent為監(jiān)聽函數(shù), new Watcher(vm, updateComponent, noop)
updateComponent = () => {
// Vue.prototype._render 渲染函數(shù)
// vm._render() 返回一個VNode
// 更新dom
// vm._render()調用render函數(shù)，會返回一個VNode，在生成VNode的過程中，會動態(tài)計算getter,同時推入到dep里面
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
}
// 新建一個_watcher對象
// vm實例上掛載的_watcher主要是為了更新DOM
// vm/expression/cb
vm._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop)
hydrating = false
// manually mounted instance, call mounted on self
// mounted is called for render-created child components in its inserted hook
if (vm.$vnode == null) {
vm._isMounted = true
callHook(vm, 'mounted')
}
return vm
}
注意上面的代碼中定義了一個updateComponent函數(shù)，這個函數(shù)執(zhí)行的時候內部會調用vm._update(vm._render(), hyddrating)方法，其中vm._render方法會返回一個新的vnode，(關于vm_render是如何生成vnode的建議大家看看vue的關于compile階段的代碼)，然后傳入vm._update方法后，就用這個新的vnode和老的vnode進行diff，最后完成dom的更新工作。那么updateComponent都是在什么時候去進行調用呢？
vm._watcher = new Watcher(vm, updateComponent, noop)
實例化一個watcher，在求值的過程中this.value = this.lazy ? undefined : this.get()，會調用this.get()方法，因此在實例化的過程當中Dep.target會被設為這個watcher，通過調用vm._render()方法生成新的Vnode并進行diff的過程中完成了模板當中變量依賴收集工作。即這個watcher被添加到了在模板當中所綁定變量的依賴當中。一旦model中的響應式的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，這些響應式的數(shù)據(jù)所維護的dep數(shù)組便會調用dep.notify()方法完成所有依賴遍歷執(zhí)行的工作，這里面就包括了視圖的更新即updateComponent方法的調用。
updateComponent方法的定義是：
updateComponent = () => {
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
完成視圖的更新工作事實上就是調用了vm._update方法，這個方法接收的第一個參數(shù)是剛生成的Vnode，調用的vm._update方法的定義是
Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
const vm: Component = this
if (vm._isMounted) {
callHook(vm, 'beforeUpdate')
}
const prevEl = vm.$el
const prevVnode = vm._vnode
const prevActiveInstance = activeInstance
activeInstance = vm
// 新的vnode
vm._vnode = vnode
// Vue.prototype.__patch__ is injected in entry points
// based on the rendering backend used.
// 如果需要diff的prevVnode不存在，那么就用新的vnode創(chuàng)建一個真實dom節(jié)點
if (!prevVnode) {
// initial render
// 第一個參數(shù)為真實的node節(jié)點
vm.$el = vm.__patch__(
vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */,
vm.$options._parentElm,
vm.$options._refElm
)
} else {
// updates
// 如果需要diff的prevVnode存在，那么首先對prevVnode和vnode進行diff,并將需要的更新的dom操作已patch的形式打到prevVnode上，并完成真實dom的更新工作
vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
}
activeInstance = prevActiveInstance
// update __vue__ reference
if (prevEl) {
prevEl.__vue__ = null
}
if (vm.$el) {
vm.$el.__vue__ = vm
}
// if parent is an HOC, update its $el as well
if (vm.$vnode && vm.$parent && vm.$vnode === vm.$parent._vnode) {
vm.$parent.$el = vm.$el
}
}
在這個方法當中最為關鍵的就是vm.__patch__方法，這也是整個virtaul-dom當中最為核心的方法，主要完成了prevVnode和vnode的diff過程并根據(jù)需要操作的vdom節(jié)點打patch，最后生成新的真實dom節(jié)點并完成視圖的更新工作。
接下來就讓我們看下vm.__patch__里面到底發(fā)生了什么：
function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly, parentElm, refElm) {
// 當oldVnode不存在時
if (isUndef(oldVnode)) {
// 創(chuàng)建新的節(jié)點
createElm(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)
} else {
const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
// patch existing root node
// 對oldVnode和vnode進行diff，并對oldVnode打patch
patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly)
}
}
}
在對oldVnode和vnode類型判斷中有個sameVnode方法，這個方法決定了是否需要對oldVnode和vnode進行diff及patch的過程。
function sameVnode (a, b) {
return (
a.key === b.key &&
a.tag === b.tag &&
a.isComment === b.isComment &&
isDef(a.data) === isDef(b.data) &&
sameInputType(a, b)
)
}
sameVnode會對傳入的2個vnode進行基本屬性的比較，只有當基本屬性相同的情況下才認為這個2個vnode只是局部發(fā)生了更新，然后才會對這2個vnode進行diff，如果2個vnode的基本屬性存在不一致的情況，那么就會直接跳過diff的過程，進而依據(jù)vnode新建一個真實的dom，同時刪除老的dom節(jié)點。
vnode基本屬性的定義可以參見源碼:src/vdom/vnode.js里面對于vnode的定義。
constructor (
tag?: string,
data?: VNodeData, // 關于這個節(jié)點的data值，包括attrs,style,hook等
children?: ?Array<VNode>, // 子vdom節(jié)點
text?: string, // 文本內容
elm?: Node, // 真實的dom節(jié)點
context?: Component, // 創(chuàng)建這個vdom的上下文
componentOptions?: VNodeComponentOptions
) {
this.tag = tag
this.data = data
this.children = children
this.text = text
this.elm = elm
this.ns = undefined
this.context = context
this.functionalContext = undefined
this.key = data && data.key
this.componentOptions = componentOptions
this.componentInstance = undefined
this.parent = undefined
this.raw = false
this.isStatic = false
this.isRootInsert = true
this.isComment = false
this.isCloned = false
this.isOnce = false
}
// DEPRECATED: alias for componentInstance for backwards compat.
/* istanbul ignore next */
get child (): Component | void {
return this.componentInstance
}
}
每一個vnode都映射到一個真實的dom節(jié)點上。其中幾個比較重要的屬性:
- tag 屬性即這個vnode的標簽屬性
- data 屬性包含了最后渲染成真實dom節(jié)點后，節(jié)點上的class,attribute,style以及綁定的事件
- children 屬性是vnode的子節(jié)點
- text 屬性是文本屬性
- elm 屬性為這個vnode對應的真實dom節(jié)點
- key 屬性是vnode的標記，在diff過程中可以提高diff的效率，后文有講解
比如，我定義了一個vnode，它的數(shù)據(jù)結構是:
{
tag: 'div'
data: {
id: 'app',
class: 'page-box'
},
children: [
{
tag: 'p',
text: 'this is demo'
}
]
}
最后渲染出的實際的dom結構就是:
<div id="app" class="page-box">
<p>this is demo</p>
</div>
讓我們再回到patch函數(shù)當中，在當oldVnode不存在的時候，這個時候是root節(jié)點初始化的過程，因此調用了createElm(vnode, insertedVnodeQueue, parentElm, refElm)方法去創(chuàng)建一個新的節(jié)點。而當oldVnode是vnode且sameVnode(oldVnode, vnode)2個節(jié)點的基本屬性相同，那么就進入了2個節(jié)點的diff過程。
diff的過程主要是通過調用patchVnode方法進行的:
function patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
...
}
if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
// cbs保存了hooks鉤子函數(shù): 'create', 'activate', 'update', 'remove', 'destroy'
// 取出cbs保存的update鉤子函數(shù)，依次調用，更新attrs/style/class/events/directives/refs等屬性
for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
}
更新真實dom節(jié)點的data屬性，相當于對dom節(jié)點進行了預處理的操作
接下來:
...
const elm = vnode.elm = oldVnode.elm
const oldCh = oldVnode.children
const ch = vnode.children
// 如果vnode沒有文本節(jié)點
if (isUndef(vnode.text)) {
// 如果oldVnode的children屬性存在且vnode的屬性也存在
if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
// updateChildren，對子節(jié)點進行diff
if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)
} else if (isDef(ch)) {
// 如果oldVnode的text存在，那么首先清空text的內容
if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
// 然后將vnode的children添加進去
addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)
} else if (isDef(oldCh)) {
// 刪除elm下的oldchildren
removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)
} else if (isDef(oldVnode.text)) {
// oldVnode有子節(jié)點，而vnode沒有，那么就清空這個節(jié)點
nodeOps.setTextContent(elm, '')
}
} else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
// 如果oldVnode和vnode文本屬性不同，那么直接更新真是dom節(jié)點的文本元素
nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
}
這其中的diff過程中又分了好幾種情況，oldCh為oldVnode的子節(jié)點，ch為Vnode的子節(jié)點：
- 首先進行文本節(jié)點的判斷，若oldVnode.text !== vnode.text，那么就會直接進行文本節(jié)點的替換；
- 在vnode沒有文本節(jié)點的情況下，進入子節(jié)點的diff；
- 當oldCh和ch都存在且不相同的情況下，調用updateChildren對子節(jié)點進行diff；
- 若oldCh不存在，ch存在，首先清空oldVnode的文本節(jié)點，同時調用addVnodes方法將ch添加到elm真實dom節(jié)點當中；
- 若oldCh存在，ch不存在，則刪除elm真實節(jié)點下的oldCh子節(jié)點；
- 若oldVnode有文本節(jié)點，而vnode沒有，那么就清空這個文本節(jié)點。
這里著重分析下updateChildren方法，它也是整個diff過程中最重要的環(huán)節(jié):
function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
// 為oldCh和newCh分別建立索引，為之后遍歷的依據(jù)
let oldStartIdx = 0
let 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, idxInOld, elmToMove, refElm
// 直到oldCh或者newCh被遍歷完后跳出循環(huán)
while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
if (isUndef(oldStartVnode)) {
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
} else if (isUndef(oldEndVnode)) {
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
} else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
} else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
// 插入到老的開始節(jié)點的前面
canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} else {
// 如果以上條件都不滿足，那么這個時候開始比較key值，首先建立key和index索引的對應關系
if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
idxInOld = isDef(newStartVnode.key) ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] : null
// 如果idxInOld不存在
// 1. newStartVnode上存在這個key,但是oldKeyToIdx中不存在
// 2. newStartVnode上并沒有設置key屬性
if (isUndef(idxInOld)) { // New element
// 創(chuàng)建新的dom節(jié)點
// 插入到oldStartVnode.elm前面
// 參見createElm方法
createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} else {
elmToMove = oldCh[idxInOld]
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !elmToMove) {
warn(
'It seems there are duplicate keys that is causing an update error. ' +
'Make sure each v-for item has a unique key.'
)
// 將找到的key一致的oldVnode再和newStartVnode進行diff
if (sameVnode(elmToMove, newStartVnode)) {
patchVnode(elmToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
oldCh[idxInOld] = undefined
// 移動node節(jié)點
canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, newStartVnode.elm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} else {
// same key but different element. treat as new element
// 創(chuàng)建新的dom節(jié)點
createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
}
}
}
}
// 如果最后遍歷的oldStartIdx大于oldEndIdx的話
if (oldStartIdx > oldEndIdx) { // 如果是老的vdom先被遍歷完
refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
// 添加newVnode中剩余的節(jié)點到parentElm中
addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
} else if (newStartIdx > newEndIdx) { // 如果是新的vdom先被遍歷完，則刪除oldVnode里面所有的節(jié)點
// 刪除剩余的節(jié)點
removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
}
}
在開始遍歷diff前，首先給oldCh和newCh分別分配一個startIndex和endIndex來作為遍歷的索引，當oldCh或者newCh遍歷完后(遍歷完的條件就是oldCh或者newCh的startIndex >= endIndex)，就停止oldCh和newCh的diff過程。接下來通過實例來看下整個diff的過程(節(jié)點屬性中不帶key的情況):
首先從第一個節(jié)點開始比較，不管是oldCh還是newCh的起始或者終止節(jié)點都不存在sameVnode，同時節(jié)點屬性中是不帶key標記的，因此第一輪的diff完后，newCh的startVnode被添加到oldStartVnode的前面，同時newStartIndex前移一位；
第二輪的diff中，滿足sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)，因此對這2個vnode進行diff，最后將patch打到oldStartVnode上，同時oldStartVnode和newStartIndex都向前移動一位
第三輪的diff中，滿足sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)，那么首先對oldEndVnode和newStartVnode進行diff，并對oldEndVnode進行patch，并完成oldEndVnode移位的操作，最后newStartIndex前移一位，oldStartVnode后移一位；
第四輪的diff中，過程同步驟3；
第五輪的diff中，同過程1；
遍歷的過程結束后，newStartIdx > newEndIdx，說明此時oldCh存在多余的節(jié)點，那么最后就需要將這些多余的節(jié)點刪除。
在vnode不帶key的情況下，每一輪的diff過程當中都是起始和結束節(jié)點進行比較，直到oldCh或者newCh被遍歷完。而當為vnode引入key屬性后，在每一輪的diff過程中，當起始和結束節(jié)點都沒有找到sameVnode時，首先對oldCh中進行key值與索引的映射:
if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx) idxInOld = isDef(newStartVnode.key) ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] : null
createKeyToOldIdx方法，用以將oldCh中的key屬性作為鍵，而對應的節(jié)點的索引作為值。然后再判斷在newStartVnode的屬性中是否有key，且是否在oldKeyToIndx中找到對應的節(jié)點。
如果不存在這個key，那么就將這個newStartVnode作為新的節(jié)點創(chuàng)建且插入到原有的root的子節(jié)點中:
if (isUndef(idxInOld)) { // New element
// 創(chuàng)建新的dom節(jié)點
// 插入到oldStartVnode.elm前面
// 參見createElm方法
createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
}
如果存在這個key，那么就取出oldCh中的存在這個key的vnode，然后再進行diff的過程:
elmToMove = oldCh[idxInOld]
/* istanbul ignore if */
if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !elmToMove) {
// 將找到的key一致的oldVnode再和newStartVnode進行diff
if (sameVnode(elmToMove, newStartVnode)) {
patchVnode(elmToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
// 清空這個節(jié)點
oldCh[idxInOld] = undefined
// 移動node節(jié)點
canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, newStartVnode.elm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} else {
// same key but different element. treat as new element
// 創(chuàng)建新的dom節(jié)點
createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
}
通過以上分析，給vdom上添加key屬性后，遍歷diff的過程中，當起始點, 結束點的搜尋及diff出現(xiàn)還是無法匹配的情況下時，就會用key來作為唯一標識，來進行diff，這樣就可以提高diff效率。
帶有Key屬性的vnode的diff過程可見下圖：
注意在第一輪的diff過后oldCh上的B節(jié)點被刪除了，但是newCh上的B節(jié)點上elm屬性保持對oldCh上B節(jié)點的elm引用。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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