詳解vue的diff演算法

windlany發表於2019-03-04
Vue演算法

前言

目標是寫一個非常詳細的關於diff的乾貨，所以本文有點長。也會用到大量的圖片以及程式碼舉例，一起來get吧。

先來了解幾個點...

1. 當資料發生變化時，vue是怎麼更新節點的？

要知道渲染真實DOM的開銷是很大的，比如有時候我們修改了某個資料，如果直接渲染到真實dom上會引起整個dom樹的重繪和重排，有沒有可能我們只更新我們修改的那一小塊dom而不要更新整個dom呢？diff演算法能夠幫助我們。

我們先根據真實DOM生成一顆virtual DOM，當virtual DOM某個節點的資料改變後會生成一個新的Vnode，然後Vnode和oldVnode作對比，發現有不一樣的地方就直接修改在真實的DOM上，然後使oldVnode的值為Vnode。

diff的過程就是呼叫名為patch的函式，比較新舊節點，一邊比較一邊給真實的DOM打補丁。

2. virtual DOM和真實DOM的區別？

virtual DOM是將真實的DOM的資料抽取出來，以物件的形式模擬樹形結構。比如dom是這樣的：

<div>
    <p>123</p>
</div>
複製程式碼

對應的virtual DOM（虛擬碼）：

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

（溫馨提示：VNode和oldVNode都是物件，一定要記住）

3. diff的比較方式？

在採取diff演算法比較新舊節點的時候，比較只會在同層級進行, 不會跨層級比較。

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

<div>
    <span>456</span>
</div>
複製程式碼

上面的程式碼會分別比較同一層的兩個div以及第二層的p和span，但是不會拿div和span作比較。在別處看到的一張很形象的圖：

詳解vue的diff演算法

diff流程圖

當資料發生改變時，set方法會讓呼叫Dep.notify通知所有訂閱者Watcher，訂閱者就會呼叫patch給真實的DOM打補丁，更新相應的檢視。

詳解vue的diff演算法

具體分析

patch

來看看patch是怎麼打補丁的（程式碼只保留核心部分）

function patch (oldVnode, vnode) {
    // some code
    if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
    	patchVnode(oldVnode, vnode)
    } else {
    	const oEl = oldVnode.el // 當前oldVnode對應的真實元素節點
    	let parentEle = api.parentNode(oEl)  // 父元素
    	createEle(vnode)  // 根據Vnode生成新元素
    	if (parentEle !== null) {
            api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl)) // 將新元素新增進父元素
            api.removeChild(parentEle, oldVnode.el)  // 移除以前的舊元素節點
            oldVnode = null
    	}
    }
    // some code 
    return vnode
}
複製程式碼

patch函式接收兩個引數oldVnode和Vnode分別代表新的節點和之前的舊節點

  • 判斷兩節點是否值得比較，值得比較則執行patchVnode
function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&  // key值
    a.tag === b.tag &&  // 標籤名
    a.isComment === b.isComment &&  // 是否為註釋節點
    // 是否都定義了data，data包含一些具體資訊，例如onclick , style
    isDef(a.data) === isDef(b.data) &&  
    sameInputType(a, b) // 當標籤是<input>的時候，type必須相同
  )
}
複製程式碼
  • 不值得比較則用Vnode替換oldVnode

如果兩個節點都是一樣的，那麼就深入檢查他們的子節點。如果兩個節點不一樣那就說明Vnode完全被改變了，就可以直接替換oldVnode。

雖然這兩個節點不一樣但是他們的子節點一樣怎麼辦？別忘了，diff可是逐層比較的，如果第一層不一樣那麼就不會繼續深入比較第二層了。（我在想這算是一個缺點嗎？相同子節點不能重複利用了...）

patchVnode

當我們確定兩個節點值得比較之後我們會對兩個節點指定patchVnode方法。那麼這個方法做了什麼呢？

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)
    	}
    }
}
複製程式碼

這個函式做了以下事情：

  • 找到對應的真實dom，稱為el
  • 判斷Vnode和oldVnode是否指向同一個物件，如果是，那麼直接return
  • 如果他們都有文字節點並且不相等，那麼將el的文字節點設定為Vnode的文字節點。
  • 如果oldVnode有子節點而Vnode沒有，則刪除el的子節點
  • 如果oldVnode沒有子節點而Vnode有，則將Vnode的子節點真實化之後新增到el
  • 如果兩者都有子節點，則執行updateChildren函式比較子節點，這一步很重要

其他幾個點都很好理解，我們詳細來講一下updateChildren

updateChildren

程式碼量很大，不方便一行一行的講解，所以下面結合一些示例圖來描述一下。

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) {   // 對於vnode.key的比較，會把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時的比較
            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)
    }
}
複製程式碼

先說一下這個函式做了什麼

  • 將Vnode的子節點Vch和oldVnode的子節點oldCh提取出來
  • oldCh和vCh各有兩個頭尾的變數StartIdx和EndIdx，它們的2個變數相互比較，一共有4種比較方式。如果4種比較都沒匹配，如果設定了key，就會用key進行比較，在比較的過程中，變數會往中間靠，一旦StartIdx>EndIdx表明oldCh和vCh至少有一個已經遍歷完了，就會結束比較。

圖解updateChildren

終於來到了這一部分，上面的總結相信很多人也看得一臉懵逼，下面我們好好說道說道。（這都是我自己畫的，求推薦好用的畫圖工具...）

.

粉紅色的部分為oldCh和vCh

詳解vue的diff演算法

我們將它們取出來並分別用s和e指標指向它們的頭child和尾child

詳解vue的diff演算法

現在分別對oldS、oldE、S、E兩兩做sameVnode比較，有四種比較方式，當其中兩個能匹配上那麼真實dom中的相應節點會移到Vnode相應的位置，這句話有點繞，打個比方

  • 如果是oldS和E匹配上了，那麼真實dom中的第一個節點會移到最後
  • 如果是oldE和S匹配上了，那麼真實dom中的最後一個節點會移到最前，匹配上的兩個指標向中間移動
  • 如果四種匹配沒有一對是成功的，分為兩種情況
    • 如果新舊子節點都存在key，那麼會根據oldChild的key生成一張hash表，用S的key與hash表做匹配，匹配成功就判斷S和匹配節點是否為sameNode，如果是，就在真實dom中將成功的節點移到最前面，否則，將S生成對應的節點插入到dom中對應的oldS位置，oldS和S指標向中間移動。
    • 如果沒有key,則直接將S生成新的節點插入真實DOM（ps：這下可以解釋為什麼v-for的時候需要設定key了，如果沒有key那麼就只會做四種匹配，就算指標中間有可複用的節點都不能被複用了）

再配個圖（假設下圖中的所有節點都是有key的，且key為自身的值）

詳解vue的diff演算法

  • 第一步
oldS = a, oldE = d；
S = a, E = b;
複製程式碼

oldS和S匹配，則將dom中的a節點放到第一個，已經是第一個了就不管了，此時dom的位置為：a b d

  • 第二步
oldS = b, oldE = d；
S = c, E = b;
複製程式碼

oldS和E匹配，就將原本的b節點移動到最後，因為E是最後一個節點，他們位置要一致，這就是上面說的：當其中兩個能匹配上那麼真實dom中的相應節點會移到Vnode相應的位置，此時dom的位置為：a d b

  • 第三步
oldS = d, oldE = d；
S = c, E = d;
複製程式碼

oldE和E匹配，位置不變此時dom的位置為：a d b

  • 第四步
oldS++;
oldE--;
oldS > oldE;
複製程式碼

遍歷結束，說明oldCh先遍歷完。就將剩餘的vCh節點根據自己的的index插入到真實dom中去，此時dom位置為：a c d b

一次模擬完成。

這個匹配過程的結束有兩個條件：

  • oldS > oldE表示oldCh先遍歷完，那麼就將多餘的vCh根據index新增到dom中去（如上圖）
  • S > E表示vCh先遍歷完，那麼就在真實dom中將區間為[oldS, oldE]的多餘節點刪掉
    詳解vue的diff演算法

下面再舉一個例子，可以像上面那樣自己試著模擬一下

詳解vue的diff演算法

當這些節點sameVnode成功後就會緊接著執行patchVnode了，可以看一下上面的程式碼

if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
    patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
}
複製程式碼

就這樣層層遞迴下去，直到將oldVnode和Vnode中的所有子節點比對完。也將dom的所有補丁都打好啦。那麼現在再回過去看updateChildren的程式碼會不會容易很多呢？

總結

以上為diff演算法的全部過程，放上一張文章開始就發過的總結圖，可以試試看著這張圖回憶一下diff的過程。

詳解vue的diff演算法

歡迎在評論區多多交流。

參考文章

解析vue2.0的diff演算法

VirtualDOM與diff(Vue實現)

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