深刻解析React的之虛擬DOM

在Web開發中，須要將數據的變化實時反映到UI上，這時就須要對DOM進行操做，可是複雜或頻繁的DOM操做一般是性能瓶頸產生的緣由，爲此，React引入了虛擬DOM（Virtual DOM）的機制。

1、什麼是虛擬DOM？

• 在React中，render執行的結果獲得的並非真正的DOM節點，結果僅僅是輕量級的JavaScript對象，咱們稱之爲virtual DOM。
• 虛擬DOM是React的一大亮點，具備batching(批處理)和高效的Diff算法。這讓咱們能夠無需擔憂性能問題而」毫無顧忌」的隨時「刷新」整個頁面，由虛擬 DOM來確保只對界面上真正變化的部分進行實際的DOM操做。在實際開發中基本無需關心虛擬DOM是如何運做的，可是理解其運行機制不只有助於更好的理解React組件的生命週期，並且對於進一步優化 React程序也會有很大幫助。

2、虛擬DOM VS 直接操做原生DOM？ 若是沒有 Virtual DOM，簡單來講就是直接重置 innerHTML。這樣操做，在一個大型列表全部數據都變了的狀況下，還算是合理，可是，當只有一行數據發生變化時，它也須要重置整個 innerHTML，這時候顯然就形成了大量浪費。 比較innerHTML 和Virtual DOM 的重繪過程以下：

• innerHTML: render html string + 從新建立全部 DOM 元素
• Virtual DOM: render Virtual DOM + diff + 必要的 DOM 更新

和 DOM 操做比起來，js 計算是很是便宜的。Virtual DOM render + diff 顯然比渲染 html 字符串要慢，可是，它依然是純 js 層面的計算，比起後面的 DOM 操做來講，依然便宜了太多。固然，曾有人作過驗證說React的性能不如直接操做真實DOM，代碼以下：

function Raw() {
 var data = _buildData(),
    html = "";
  ...
  for(var i=0; i<data.length; i++) {
    var render = template;
    render = render.replace("{{className}}", "");
    render = render.replace("{{label}}", data[i].label);
    html += render;//歡迎加入全棧開發交流圈一塊兒學習交流：864305860
  }//面向1-3年前端人員
  ...//幫助突破技術瓶頸，提高思惟能力
  container.innerHTML = html;
  ...
}
複製代碼

雖然構造了一個包含1000個Tag的String，並把它添加到DOM樹中，可是隻作了一次DOM操做。然而，在實際開發過程當中，這1000個元素更新可能分佈在20個邏輯塊中，每一個邏輯塊中包含50個元素，當頁面須要更新時，都會引發DOM樹的更新，上述代碼就近似變成了以下格式：

function Raw() {
  var data = _buildData(), 
    html = ""; 
  ... 
  for(var i=0; i<data.length; i++) { 
    var render = template; 
    render = render.replace("{{className}}", ""); 
    render = render.replace("{{label}}", data[i].label); 
    html += render; 
    if(!(i % 50)) {
      container.innerHTML = html;
    }//歡迎加入全棧開發交流圈一塊兒學習交流：864305860
  } //面向1-3年前端人員
  ... //幫助突破技術瓶頸，提高思惟能力
}
複製代碼

React的性能就遠勝於原生DOM操做了。

並且，DOM 徹底不屬於Javascript (也不在Javascript 引擎中存在).。Javascript 實際上是一個很是獨立的引擎，DOM實際上是瀏覽器引出的一組讓Javascript操做HTML文檔的API而已。在即時編譯的時代，調用DOM的開銷是很大的。而Virtual DOM的執行徹底都在Javascript 引擎中，徹底不會有這個開銷。

React.js 相對於直接操做原生DOM有很大的性能優點， 很大程度上都要歸功於virtual DOM的batching 和diff。batching把全部的DOM操做蒐集起來，一次性提交給真實的DOM。diff算法時間複雜度也從**[標準的的Diff算法]**的O(n^3)降到了O(n)。這裏留到下一次博客單獨講。

3、虛擬DOM VS MVVM？

相比起 React，其餘 MVVM 系框架好比 Angular, Knockout 以及 Vue、Avalon 採用的都是數據綁定：經過 Directive/Binding 對象，觀察數據變化並保留對實際 DOM 元素的引用，當有數據變化時進行對應的操做。MVVM 的變化檢查是數據層面的，而 React 的檢查是 DOM 結構層面的。MVVM 的性能也根據變更檢測的實現原理有所不一樣：Angular 的髒檢查使得任何變更都有固定的 O(watcher count) 的代價；Knockout/Vue/Avalon 都採用了依賴收集，在 js 和 DOM 層面都是 O(change)：

1. 髒檢查：scope digest + 必要 DOM 更新
2. 依賴收集：從新收集依賴 + 必要 DOM 更新

能夠看到，Angular 最不效率的地方在於任何小變更都有的和 watcher 數量相關的性能代價。可是！當全部數據都變了的時候，Angular 其實並不吃虧。依賴收集在初始化和數據變化的時候都須要從新收集依賴，這個代價在小量更新的時候幾乎能夠忽略，但在數據量龐大的時候也會產生必定的消耗。

MVVM 渲染列表的時候，因爲每一行都有本身的數據做用域，因此一般都是每一行有一個對應的 ViewModel 實例，或者是一個稍微輕量一些的利用原型繼承的 "scope" 對象，但也有必定的代價。因此，MVVM 列表渲染的初始化幾乎必定比 React 慢，由於建立 ViewModel / scope 實例比起 Virtual DOM 來講要昂貴不少。這裏全部 MVVM 實現的一個共同問題就是在列表渲染的數據源變更時，尤爲是當數據是全新的對象時，如何有效地複用已經建立的 ViewModel 實例和 DOM 元素。假如沒有任何複用方面的優化，因爲數據是 「全新」 的，MVVM 實際上須要銷燬以前的全部實例，從新建立全部實例，最後再進行一次渲染！這就是爲何題目裏連接的 angular/knockout 實現都相對比較慢。相比之下，React 的變更檢查因爲是 DOM 結構層面的，即便是全新的數據，只要最後渲染結果沒變，那麼就不須要作無用功。

Angular 和 Vue 都提供了列表重繪的優化機制，也就是 「提示」 框架如何有效地複用實例和 DOM 元素。好比數據庫裏的同一個對象，在兩次前端 API 調用裏面會成爲不一樣的對象，可是它們依然有同樣的 uid。這時候你就能夠提示 track by uid 來讓 Angular 知道，這兩個對象實際上是同一份數據。那麼原來這份數據對應的實例和 DOM 元素均可以複用，只須要更新變更了的部分。或者，你也能夠直接 track by index 的話，後續重繪是不會比 React 慢多少的。甚至在 dbmonster 測試中，Angular 和 Vue 用了 track by $index 之後都比 React 快:[dbmon] (注意 Angular 默認版本無優化，優化過的在下面）

在比較性能的時候，要分清楚初始渲染、小量數據更新、大量數據更新這些不一樣的場合。Virtual DOM、髒檢查 MVVM、數據收集 MVVM 在不一樣場合各有不一樣的表現和不一樣的優化需求。Virtual DOM 爲了提高小量數據更新時的性能，也須要針對性的優化，好比 shouldComponentUpdate 或是 immutable data。

1. 初始渲染：Virtual DOM > 髒檢查 >= 依賴收集
2. 小量數據更新：依賴收集 >> Virtual DOM + 優化 > 髒檢查（沒法優化） > Virtual DOM 無優化
3. 大量數據更新：髒檢查 + 優化 >= 依賴收集 + 優化 > Virtual DOM（沒法/無需優化）>> MVVM 無優化
4. （該段落借鑑了知乎的相關回答）

4、對React虛擬DOM的誤解？

React 歷來沒有說過 「React 比原生操做 DOM 快」。React給咱們的保證是，在不須要手動優化的狀況下，它依然能夠給咱們提供過得去的性能。

React掩蓋了底層的 DOM 操做，能夠用更聲明式的方式來描述咱們目的，從而讓代碼更容易維護。下面仍是借鑑了知乎上的回答：沒有任何框架能夠比純手動的優化 DOM 操做更快，由於框架的 DOM 操做層須要應對任何上層 API 可能產生的操做，它的實現必須是普適的。針對任何一個 benchmark，我均可以寫出比任何框架更快的手動優化，可是那有什麼意義呢？在構建一個實際應用的時候，你難道爲每個地方都去作手動優化嗎？出於可維護性的考慮，這顯然不可能。 結語

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