Vue如何实现虚拟DOM和Diff算法？-猿码集

Vue是一款非常流行的JavaScript框架，它的MVVM模式、响应式数据绑定、虚拟DOM以及Diff算法等特性使其在前端开发中得到了广泛应用和高度的认可。在本篇文章中，我们将深入探讨Vue是如何实现虚拟DOM和Diff算法的。

1. 虚拟DOM的产生

1.1 前置知识：DOM

在介绍虚拟DOM之前，我们需要先了解一下什么是DOM（Document Object Model 文档对象模型）。DOM是一种用于描述文档内容的编程接口，是浏览器将HTML或XML转换为JavaScript对象的API。它将整个HTML文档解析成一棵DOM树，每个节点代表着一个HTML元素，而JavaScript可以通过DOM API对这些元素进行访问和操作。

然而，在DOM操作中，每次修改DOM都意味着对页面进行重排和重绘，这个开销是非常大的。例如，在一个表格中修改一行数据可能会导致整个DOM树的重新构建，这会影响整个页面的性能。因此，为了提高性能，我们引入了虚拟DOM的概念。

1.2 什么是虚拟DOM

在Vue中，虚拟DOM是一个轻量级的JavaScript对象，用来描述真实的DOM。当视图发生变化时，Vue会先通过比较虚拟DOM树来计算出最小的DOM操作，然后再将这些操作批量处理，最后一次性修改真实的DOM。由于虚拟DOM与真实DOM相比更轻量级，因此在视图变化频繁的情况下可以提高页面的性能，减少不必要的DOM操作。

1.3 Vue中的虚拟DOM

在Vue中，每个组件都有自己的虚拟DOM树，当组件的数据发生变化时，Vue会通过调用update方法来计算出最小的DOM操作。在update方法中，Vue会通过createElm方法来创建真实的DOM节点，并通过patch方法来对比新旧节点的差异，并将差异应用到真实的DOM上。


function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
  let oldStartIdx = 0
  let newStartIdx = 0
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  let newStartVnode = newCh[0]
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (!oldStartVnode) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
    } else if (!oldEndVnode) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } 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)
      parentElm.insertBefore(oldStartVnode.elm, oldEndVnode.elm.nextSibling)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
      parentElm.insertBefore(oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      const oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      const idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
      if (!idxInOld) {
        parentElm.insertBefore(createElm(newStartVnode), oldStartVnode.elm)
      } else {
        const elmToMove = oldCh[idxInOld]
        patchVnode(elmToMove, newStartVnode)
        oldCh[idxInOld] = undefined
        parentElm.insertBefore(elmToMove.elm, oldStartVnode.elm)
      }
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
}

2. Diff算法的实现

2.1 前置知识：Diff算法

Diff算法是用于比较两个树（通常是虚拟DOM树）结构的一种算法，它的目的是为了找到最小的操作，以达到尽可能少地修改DOM的目的。Vue中的Diff算法主要是针对虚拟DOM树进行的比较，通常分为三个阶段：同层比较、子节点的Diff、Dom操作。

2.2 同层比较

同层比较是指对比新旧虚拟DOM树的同一层节点，判断它们是否是同一个节点，并且只比较同一个节点类型的节点。当发现同一节点存在差异时，会接着进行子节点的比较，这个过程可以通过vnode的isSameNode方法来实现。


function isSameNode (oldVnode, vnode) {
  return (
    oldVnode.key === vnode.key && 
    oldVnode.tag === vnode.tag && 
    oldVnode.isComment === vnode.isComment && 
    isDef(oldVnode.data) === isDef(vnode.data) && 
    sameInputType(oldVnode, vnode)
  )
}

2.3 子节点的Diff

子节点的Diff是指对比新旧虚拟DOM树的子节点，判断它们是否存在差异，并找出最小的修改方案。在这个过程中，我们需要对子节点数量进行判断，如果新旧虚拟DOM子节点数量不一致，则需要进行节点的添加、删除和移动操作。


function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
  let oldStartIdx = 0
  let newStartIdx = 0
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  let newStartVnode = newCh[0]
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } else if (isUndef(newStartVnode)) {
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (isUndef(newEndVnode)) {
      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)
      parentElm.insertBefore(oldStartVnode.elm, oldEndVnode.elm.nextSibling)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
      parentElm.insertBefore(oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      const idxInOld = findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      if (isUndef(idxInOld)) {
        const elm = createElm(newStartVnode)
        parentElm.insertBefore(elm, oldStartVnode.elm)
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      } else {
        const oldVnode = oldCh[idxInOld]
        patchVnode(oldVnode, newStartVnode)
        oldCh[idxInOld] = undefined
        parentElm.insertBefore(oldVnode.elm, oldStartVnode.elm)
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      }
    }
  }
}

2.4 DOM操作

当对比完新旧虚拟DOM树之后，我们需要将差异应用到真实的DOM上。这个过程主要是通过调用DOM API来实现节点的添加、删除和移动等操作。


function patch (oldVnode, vnode) {
  if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
    patchVnode(oldVnode, vnode)
  } else if (isDef(vnode.text)) {
    api.setTextContent(elm, vnode.text)
  } else if (isDef(oldVnode)) {
    api.removeChild(parentElm, oldVnode.elm)
  }
  return vnode.elm
}

3. 总结

虚拟DOM和Diff算法是Vue中最重要的特性之一，它们大大提高了页面的性能和响应速度。通过使用虚拟DOM和Diff算法，Vue可以避免无谓的DOM操作，只需要对发生变化的部分进行修改，提高了页面的渲染效率，让用户体验更加流畅和优美。同时，也让开发者们更加专注于业务逻辑的开发，而不是过多地关注页面性能上的问题。（完）

Vue如何实现虚拟DOM和Diff算法？