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《Vue源码解读》深入浅出Vue的Diff算法(一)

程序开发 2023-09-26 12:57:55

各位小伙伴新年好啊~新的一年又要开始了,继续努力加油…

求关注,求收藏,求点赞,如果发现博主有写的不合理的地方请及时告知,谢谢~

前言

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最近在看Vue2.6.14版本的源码,本系列博文主要以记录个人源码学习相关心得,希望我个人的学习心得能对正在学习的你有一点点帮助;本文主要记录了关于Diff算法相关的学习,明白了Diff算法大致的运行逻辑以及Virtual-DOM的来龙去脉; 注意的是本文不涉及Diff算法的源码,源码的分析将放在下一篇博文仔细分解…

耐心看完,一定有所收获;

Virtual-dom

在开始学习Diff算法相关内容前,必须先了解为什么会有Diff算法,以及Diff算法的存在是为了解决什么问题,这一切得从盘古…不对,得从MVVM开始说起;

MVC和MVVM

当今的前端领域里MVVM模式大行其势,使得原来的MVC开发模式几近绝迹,而在MVVM的开发模式里最出名的框架就是:React,Vue,Angular,之前我有个小伙伴问我:MVVM模式相比MVC究竟优势在哪里,网上搜来搜去就是在解释什么是MVVM,什么是MVC,也没看出个所以然来

放在前端领域,MVC的含义差不多就是:M(Model)数据,V(View)代表视图,C(Controller)业务逻辑,有点像是这样

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比如MVC中的JQuery举例:

在这个模式中C也就是Controller这一层其实非常薄弱,职能不强,View这一层倒反正非常厚,所有对DOM处理的操作都在这一层,一旦数据变动了就要去重新操作DOM,用设计模式的话说就是 耦合度非常高,如果业务有变动往往代码就要重写,并且还写不好…所以也就有了MVVM这种模式,那么这两种模式最大的区别是什么?

在回答这个问题之前,我先问个问题,DOM渲染页面之后,什么操作会对浏览器的性能产生较大影响?在我看来GUI 渲染线程中的重绘(Repaint)和回流(reflow)会对浏览器的性能产生较大影响,可能会有小伙伴不大清楚什么是重绘、什么是回流,这里简单说一下吧

了解重绘和回流之后,那么我们就可以来说说为什么会有MVVM这种模式了,先说我的个人结论,我认为MVC和MVVM这两者本质上其实没多大区别,MVVM是脱胎于MVC的一种开发模式,传统MVC设计模式中针对DOM的操作几乎都是手动的,也就是需要开发人员去手动开发相关的控制代码,比如我们更新数据需要先获取到DOM,然后对DOM中的值进行覆盖,这也就导致了开发人员会频繁的去操作DOM,页面会频繁的在重绘和回流,MVVM这种模式就优化了这一步,它将Controller的职能完全放大,并且数据与页面DOM之间原则上不再有直接关联,通通交给Controller,包括对DOM的操作也都是框架自动去渲染,如下示例:
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这么改的好处就是,开发人员可以专注于数据与业务的处理,C这一层就进行了一次进化,将DOM操作这些全部归纳到VM(ViewModel)里,VM的本质也会去操作DOM,但框架有最优秀的一批开发大佬写算法计算如何最优的去动态处理DOM,什么样的操作DOM消耗的性能最小,体验最好,那么 VM里面是如何做优化的呢,那就要说到这一小节的主角了,Virtual-dom

Virtual-dom

Virtual-dom,又叫虚拟DOM,本质上就是用JS对象在描述DOM结构, 为什么要这么干,因为操作DOM就会重绘与回流,就会增加浏览器压力,但是操作DOM却非常简单,举一个简单的例子

// html代码
 

换成虚拟DOM后,差不多就是类似于这种

{tagName:"div",children:[{tagName:"a",href:"oliver.blog.csdn.net"}]
 }
 

每次如果要渲染页面,只需要根据虚拟DOM树就可以去渲染了,因此,在MVVM中每一次变更数据后,对应的虚拟DOM树节点上的属性也会跟着变,最后根据这个树再统一去渲染页面,这样就可以大幅提高性能,可能有小伙伴还是不大明白,使用虚拟DOM后怎么就提高性能了,再举一个实际一点例子吧:

比如在一次操作中,我门需要更新20个DOM节点,浏览器在收到第一个DOM更新的请求后并不知道还有19次更新的操作,因此浏览器会马上执行流程,最终执行20次。例如,第一次计算完,紧接着下一个DOM更新请求,而在第二次DOM更新中这个节点的值就变了,这也就导致了第一次计算结果白白浪费了。即使计算机硬件一直在迭代更新,操作DOM的代价仍旧是昂贵的,频繁操作还是会出现页面卡顿,影响用户体验;

使用虚拟DOM后就会变成这样:
在一次操作中有20次更新DOM的动作,虚拟DOM不会立即操作DOM,而是将这20次更新的diff内容保存到本地一个对象中,最终将这个JS对象一次性更新到DOM树上,再进行后续操作,避免大量无谓的计算量。所以,虚拟DOM节点的好处很明显,页面的更新可以先全部反映在JS对象(虚拟DOM)上,操作内存中的JS对象的速度显然要更快,等更新完成后,再将最终的JS对象映射成真实的DOM,交由浏览器去绘制。
​(注意:这里强调了是一次操作)

到这里,相信小伙伴应该能明白Virtual-dom是什么以及它的优点了吧,在Virtual-dom中如何比对新节点和老节点的算法,就是我们的主角Diff算法;

其他优势

其实Virtual-dom的优势远远不止性能上的提升,甚至正因为它的存在,使得JavaScript的跨端再次提升了一个档次,因为通过虚拟DOM我们完全可以识别到页面元素的组成以及样式
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通过将传统的HTML,CSS,JavaScript转成Virtual-dom,而Virtual-dom就像是一种规范、规则化的标准数据,这种数据描述了整个页面上所有的元素属性,之后在对应的端上反译,达到跨端的目的;

小结

在MVVM的开发模式中引入了Virtual-dom这个概念,它用JS对象描述了整个DOM树,在更新DOM之前先统一由Virtual-dom进行处理,最终一次性更新到DOM上,这样便极大的提升了浏览器性能,这Diff算法便是Virtual-dom中比对新老节点的算法;

Diff算法

简介

总算介绍到Diff算法了,上文我们说到,Diff算法其实是用在Virtual-dom里的,在MVVM的开发模式中新增了一层抽象层用来模拟DOM结构,而Diff算法就是用来比对计算,比对新旧两个Virtual-dom里哪些节点发生了变化,仅针对这些发生变化的DOM节点做出更新即可;

Diff的策略

按层级diff比对

先说说Diff算法在MVVM框架中的比对策略吧,毕竟新旧两个Virtual-dom的比对不是瞎比对,看个图
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在Vue或者说是React中都是遵循的同层级比对的策略,也就是说,旧Virtual-dom第一层蓝色只与新Virtual-dom的第一层做比对,旧Virtual-dom第二层紫色只与新Virtual-dom的第二层做比对,通过统计发现只有很少一部分情况会出现因为操作整个DOM结构都发生了更新,绝大多数情况都是DOM的层级不会变更;

按类型diff比对

这个怎么理解呢,举个例子,在Vue或者React中都有组件,diff算法在比对的时候如果发现组件的类型不一样了,那么这个组件包括其子组件都会被销毁,替换成新组件,而不会费时费力的去继续比对其子组件是否发生变化
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比如这个例子中第一层的组件类型是三角形,它引用了两个子组件,经过变化后第一层的组件类型变成了五边形,但是子组件没有变化,这是diff不会去说因为只要第一层变化了,子组件都没有变因此只改变第一层的组件,保留第二次的三角,它会销毁整个蓝色三角以及其所有子组件,整体替换成五边形,并且新建了两个子组件;

执行流程分析

现在还不看源码,还是先弄明白Diff算法的执行过程,源码可以放到下一篇博文进行逐行分析,先看一下图例吧,图例里就是假设需要比对的新旧节点
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先说一下含义:上面一排,代表的是旧的节点,下面一排,代表的是新的节点,大圆圈代表的Virtual-dom也就是虚拟DOM,小圆圈代表的是虚拟DOM对应的真实DOM;

当比对开始后,Diff算法会分别给这两个节点序列标注oldStartIdx、oldEndIdx、newStartIdx、newEndIdx的指针,标记完大致如下:
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换句话说就是分别标记了起始位置和结束位置,标记结束就是正式开始比对逻辑;

第一步:比对oldStartIdx和newStartIdx

比对是会比对旧Virtual-dom的oldStartIdx和新Virtual-dom的newStartIdx的节点是否是同一个**,也是如下图的比对
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结果发现旧Virtual-dom的oldStartIdx和新Virtual-dom的newStartIdx的节点是同一个,那么oldStartIdx和newStartIdx会都向后移动一位,变成如下所示**
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继续比对第二个节点,也就是节点B和节点E,这是Diff发现节点B和节点E并不是同一个节点,那么此时就会去比对endIdx

第二步:比对oldEndIdx和newEndIdx

和startIdx一样,比对是会比对旧Virtual-dom的oldEndIdx和新Virtual-dom的newEndIdx的节点是否是同一个** ,**也是如下图的比对
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比对结果发现旧Virtual-dom的oldEndIdx和新Virtual-dom的newEndIdx的节点是同一个,那么此时endIdx也会有startIdx一样往前移动1位
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此时会进入第三个循环,继续比对旧Virtual-dom的oldStartIdx和新Virtual-dom的newStartIdx的节点是否是同一个,此时oldStartIdx和newStartIdx不是同一个,那么就继续去比对旧Virtual-dom的oldEndIdx和新Virtual-dom的newEndIdx,发现也不是同一个,那么此时会进行第三种比对,比对oldSatrtIdx和newEndIdx

第三步:比对oldSatrtIdx和newEndIdx

这一步比对也就是会比对oldSatrtIdx和newEndIdx,如图
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比对结果发现oldSatrtIdx和newEndIdx是同一个节点,但是位置变化了,那么此时diff就会将B的位置进行转移重新排序,调整位置如下
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并且,在转移的同时oldSatrtIdx和newEndIdx的位置也会分别移动一位,变成如下所示
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之后继续进行新的一轮比对:

  1. 比对oldSatrtIdx和newStartIdx是否是同一个节点,发现不是,继续比对;
  2. 比对oldEndIdx和newEndIdx是否是同一个节点,发现不是,继续比对;
  3. 比对oldStartIdx和newEndIdx是否是同一个节点,发现不是,继续比对;
  4. 此时会出现一种新的比对方式,比对oldEndIdx和newStartIdx是否是同一个节点

第四步:比对oldEndIdx和newStartIdx

这一步就是比对oldEndIdx和newStartIdx是否是同一个节点,发现还不是,如果啊,如果发现oldEndIdx和newStartIdx是同一个节点,那么Diff会将这个节点调整位置,移动到oldStartIdx这个节点的前面;但是如图所示的例子中oldEndIdx和newStartIdx并不是同一个节点,那么此时会进行遍历操作;

第五步:遍历oldStart到oldEndIdx

变了操作大致就是:Diff会将oldStart到oldEndIdx之间所有的节点与newStartIdx节点进行逐一比对,看看是否有相同的,如果有相同的,调整位置,位置在oldStart的前面;

第六步:新创建节点

这一步是存在于没有相同节点是的操作,如图所示,当比对结束后,发现E节点不存在旧Virtual-dom中,那怎么办,此时diff会创建一个节点,节点的位置在oldStartIdx的位置之前
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在完成这一步之后,newEndIdx会往前移动一位,变成这样
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这时候,发现newEndIdx已经小于newStartIdx了,这就代表旧Virtual-dom与新Virtual-dom之间的比对已经结束了;

第七步:清理旧节点
这一步当中会将oldStartIdx与oldEndIdx之间所有节点删除,并将老的虚拟节点删除,变成这样
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这样,新的结果就出现,比对结束;

key的处理

可能有小伙伴知道,在Vue中还有一个东西是官方强调的,那就是key,先看看官方是怎么说的:

​为了给 Vue 一个提示,以便它能跟踪每个节点的身份,从而重用和重新排序现有元素,你需要为每项提供一个唯一 key attribute:

建议尽可能在使用 v-for 时提供 key attribute,除非遍历输出的 DOM 内容非常简单,或者是刻意依赖默认行为以获取性能上的提升。

原文差不多是这样,那么这个key在执行流程中的作用是什么呢?继续看图吧
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假设节点C与节点D之间存在一个节点E,当我们四步比对都已经比对结束了之后,要进行遍历了,此时在遍历前,diff会先到节点的map中去查询,这个节点之前是否存在过,怎么说呢,就是Vue会给每一个存在的节点都做一个标记,换存起来,大概是这个样子的

var map = {"key-A":0,"key-E":3
 }
 

在遍历前,去查询这个节点是否存在,如果发现存在,那么就可以直接获取到节点的位置,就不再需要对oldStartIdx与oldEndIdx进行遍历了,这一步的性能就大大提升,可以直接将E这个节点移动到oldStartIdx的前面去了
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这下子明白了吧,如果不设置Key,那么算法的复杂度最坏的情况会直接比设置了Key的复杂度大上一倍,所以强烈建议,设置Key;

小结

本小节主要讲述了什么是Diff算法,并且Diff算法的流程到底是怎么一个流程,另外在Vue中key的作用是什么,设置了Key之后的优化到底有多大;


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