虛擬DOM和Diff演算法 – 入門級

什麼是虛擬Dom

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列印出來

    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，繫結了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>
複製程式碼

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
}
複製程式碼

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：

這裡有一個陣列資料

const list = [
    {
        id: 1,
        name: `test1`,
    },
    {
        id: 2,
        name: `test2`,
    },
    {
        id: 3,
        name: `test3`,
    },
]
複製程式碼

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: 0  index: 0 name: test1     key: 0  index: 0 name: test1
key: 1  index: 1 name: test2     key: 1  index: 1 name: 不甘落後跑到第二的的一條資料
key: 2  index: 2 name: test3     key: 2  index: 2 name: test2
                                 key: 3  index: 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: 1  id: 1 index: 0 name: test1   key: 1  id: 1 index: 0  name: test1
key: 2  id: 2 index: 1 name: test2   key: 4  id: 4 index: 1  name: 不甘落後的一條資料
key: 3  id: 3 index: 2 name: test3   key: 2  id: 2 index: 2  name: test2
                                     key: 3  id: 3 index: 3  name: test3
複製程式碼

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。