一起理解 Virtual DOM

前言

React 好像已經火了很久很久，以致於我們對於 Virtual DOM 這個詞都已經很熟悉了，網上也有非常多的介紹 React、Virtual DOM 的文章。但是直到前不久我專門花時間去學習 Virtual DOM，才讓我對 Virtual DOM 有了一定的理解，以致於要懷疑起很久之前看過的那些文章來。倒不是這些文章講得不對，而是現在在我看來角度不太好，說得越多，越說不清。

讓我能夠有所開竅（自認為）的，是這篇文章：

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Change And Its Detection In JavaScript Frameworks
Monday Mar 2, 2015 by Tero Parviainen
http://teropa.info/blog/2015/03/02/change-and-its-detection-in-javascript-frameworks.html

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作者看問題的角度很棒，從資料變更與UI同步的角度來介紹各個典型框架，特別是對於 React 的 Virtual DOM，從這個角度理解起來更容易些。

感興趣的同學，如果沒有讀過這篇文章，推薦去看一看，不感興趣就算了。不過接下來我要講的東西，部分整理自這篇文章，特別是從這篇文章中引用的圖片，非常棒。當然還有我自己的一些思考，以及一些對於目前 Virtual DOM 實現的開源庫的分析。

如果讀了上面推薦的這篇文章，我倒是不介意你不再繼續把本文讀下去，因為有些東西你已經領會到了。當然，也不反對。

變化這件事

談論頁面的變化之前，我們們先看下資料和頁面（視覺層面的頁面）的關係。資料是隱藏在頁面底下，通過渲染展示給使用者。同樣的資料，按照不同的頁面設計和實現，會以不同形式、樣式的頁面呈現出來。有時候在一個頁面內的不同位置，也會有相同資料的不同表現。

Web 的早期，這些頁面通常是靜態的，頁面內容不會變化。而如果資料發生了變化，通常需要重新請求頁面，得到基於新的資料渲染出的新的頁面。

至少，這個模式理解起來挺簡單不是嗎。

直到 Web 應用複雜起來，開發者們開始關注使用者體驗，開始將大量的處理向前端遷移，頁面變得動態、靈活起來。一個顯著的特徵是，資料發生變化之後，不再需要重新整理頁面就能看到頁面上的內容隨之更新了。

前端需要做的事情變得多了起來，前端工程師們也就修煉了起來，各種前端技術也就出現了。

首先，聰明的工程師們發現既然是在前端渲染頁面，如果只是部分資料發生了變化，就要把頁面整體或一大塊區域重新渲染就有點笨了。為什麼不把事情做得更極致些，只更新變化的資料對應的頁面的內容呢？

怎麼做呢？操作 DOM 唄。DOM 就是瀏覽器提供給開發者用於操作頁面的模型嘛，直接通過指令碼來呼叫 DOM 的各種介面就 OK 了。而且我們還有了像 jQuery 這樣的棒棒的工具，操作 DOM 變得 so easy。

然而，頁面越來越複雜，聰明的工程師們發現資料變化之後，老是需要手動編碼去操作對應的 DOM 節點執行更新，有點煩，不夠懶啊。於是各種框架如雨後春筍般出現了，紛紛表示可以簡化這個過程。

稍微早期的框架有這樣的：

開發者藉助框架，監聽資料的變更，在資料變更後更新對應的 DOM 節點。雖然還是要寫一些程式碼，但是寫出來的程式碼好像很有條理的樣子，至少更容易理解和維護了，也不錯嘛。

更進一步，MVVM 框架出現了，以 AngularJS 為代表：

仍然是資料變化後更新對應 DOM 節點的方式，但是建立這種繫結關係的過程被框架所處理，開發者要寫的程式碼變少了，而且程式碼更易讀和維護了。

再然後呢，大家就在這個棒棒的模式上繼續深耕，紛紛表示還可以在效能上做得更好，前端領域一片繁榮。

再後來 React 出現了，它不僅不是 MVVM 框架，甚至連 MV 框架都不是。這年頭，不是個 MV 框架還好意思出門？可 React 還真的帶來了新的思路！

什麼思路呢？

就是回到過去，回到那個簡單而美好的時候。具體而言，就是每次資料發生變化，就重新執行一次整體渲染。的確這樣更簡單，不用去琢磨到底是資料的哪一部分變化了，需要更新頁面的哪一部分。但是壞處太明顯，體驗不好啊。而 React 給出瞭解決方案，就是 Virtual DOM。

Virtual DOM 概況來講，就是在資料和真實 DOM 之間建立了一層緩衝。對於開發者而言，資料變化了就呼叫 React 的渲染方法，而 React 並不是直接得到新的 DOM 進行替換，而是先生成 Virtual DOM，與上一次渲染得到的 Virtual DOM 進行比對，在渲染得到的 Virtual DOM 上發現變化，然後將變化的地方更新到真實 DOM 上。

簡單來說，React 在提供給開發者簡單的開發模式的情況下，藉助 Virtual DOM 實現了效能上的優化，以致於敢說自己“不慢”。

Virtual DOM

React 基於 Virtual DOM 的資料更新與UI同步機制：

初始渲染時，首先將資料渲染為 Virtual DOM，然後由 Virtual DOM 生成 DOM。

資料更新時，渲染得到新的 Virtual DOM，與上一次得到的 Virtual DOM 進行 diff，得到所有需要在 DOM 上進行的變更，然後在 patch 過程中應用到 DOM 上實現UI的同步更新。

Virtual DOM 作為資料結構，需要能準確地轉換為真實 DOM，並且方便進行對比。除了 Virtual DOM 外，React 還實現了其他的特性，為了專注於 Virtual DOM，我另外找了兩個比較 Virtual DOM 來學習：

• virtual-dom
• Snabbdom

這裡也推薦給感興趣且還沒有讀過兩個庫原始碼的同學。

由於只關注 Virtual DOM，通過閱讀兩個庫的原始碼，對於 Virtual DOM 的定位有了更深一步的理解。

首先看資料結構。

Virtual DOM 資料結構

DOM 通常被視為一棵樹，元素則是這棵樹上的節點（node），而 Virtual DOM 的基礎，就是 Virtual Node 了。

在 virtual-dom 中，給 Virtual Node 宣告瞭對應的類 VirtualNode，基本是用於儲存資料，包括：

• tagName
• properties
• children
• key
• namespace
• count
• hasWidgets
• hasThunks
• hooks
• descendantHooks

Snabbdom 的 Virtual Node 則是純資料物件，通過 vnode 模組來建立，物件屬性包括：

• sel
• data
• children
• text
• elm
• key

雖然有所差別，除去實現上的差別和庫本身的額外特性，可以看到 Virtual Node 用於建立真實節點的資料包括：

• 元素型別
• 元素屬性
• 元素的子節點

有了這些其實就可以建立對應的真實節點了。

建立 Virtual DOM

巢狀 Virtual Node 就可以得到一棵樹了。virtual-dom 和 Snabbdom 都提供了函式呼叫的方式來建立 Virtual Tree，這個過程就是渲染了：

React 提供 JSX 這顆糖，使得我們可以用類似 HTML 的語法來編寫，不過編譯後實質還是通過函式呼叫來得到一棵巢狀的 Virtual Tree。而且這對於理解 Virtual DOM 機制來說不是特別重要，先不管這個。

使用 Virtual DOM

首先來看初始化，virtual-dom 提供了 createElement 函式：

根據 Virtual Node 建立真實 DOM 元素，然後再追加到頁面上。

再來看更新。virtual-dom 有明確的兩步操作，首先 diff，然後 patch：

而 Snabbdom 則簡單些，只有一個 patch 函式，內部在進行比對的同時將更新應用到了真實 DOM 上，而且初始化也是用的 patch 函式：

效能優化

關於效能優化，除了 Virtual DOM 機制本身提供的特性以外，再就是不同的 Virtual DOM 庫自身的優化方案了，這個可以看上面兩個庫的文件，不再贅述。

其實提到 Virtual DOM 的差異比對，有人會對其內部如何處理陣列感興趣。的確，如果陣列元素的位置發生了改變，這個要識別起來是有點麻煩。為此，上面兩個庫和 React 其實都在 Virtual Node 上額外記錄了一個屬性“key”，就是用來輔助進行 Virtual Node 的比對的。

簡單來說，如果兩個 Virtual Node 的位置不同，但是 key 屬性相同，那麼會將這兩個節點視為由相同資料渲染得到的，然後進一步進行差異分析。所以，並不是僅僅按照位置進行比對，具體的實現可以檢視各個庫的原始碼。

小結

OK，以上就是我要講的全部所有內容了。

相信很多同學之前對 Virtual DOM 已經很熟悉了，比我理解得更深入的同學相信也不會少。不過從“資料變化與UI同步更新”這個角度來理解 Virtual DOM，在我看來是比較好的，所以整理在這裡了。

有個問題挺常見，AngularJS 和 React 哪個更好？

如果說各有千秋的話，估計大家就“呵呵”了。但是這兩個框架/庫從“資料變化與UI同步更新”的角度來看，的確都解決了問題，而且解決問題的方式大家都挺認可（至少在喜歡它們的同學眼裡是這樣的）。

而且，如果大家關注 Vue 的話，可以看到，這個 MVVM 框架已經發布了 2.0，其中就採用了 Virtual DOM 實現其UI同步更新！所以，這的確不矛盾啊。

第二個而且，技術本身不是目的，能夠更好地解決問題才是王道嘛。

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