揭祕 Vue 中的 Virtual Dom

時間 2019-11-09

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前言

Vue.js 2.0引入Virtual DOM,比Vue.js 1.0的初始渲染速度提高了2-4倍，並大大下降了內存消耗。那麼，什麼是Virtual DOM？爲何須要Virtual DOM？它是經過什麼方式去提高頁面渲染效率的呢？這是本文所要探討的問題。html

模板轉換成視圖的過程

在正式介紹 Virtual Dom以前，咱們有必要先了解下模板轉換成視圖的過程整個過程,以下圖(參考《深刻淺出vue.js》)：前端

Vue.js經過編譯將template 模板轉換成渲染函數(render ) ，執行渲染函數就能夠獲得一個虛擬節點樹
在對 Model 進行操做的時候，會觸發對應 Dep 中的 Watcher 對象。Watcher 對象會調用對應的 update 來修改視圖。這個過程主要是將新舊虛擬節點進行差別對比，而後根據對比結果進行DOM操做來更新視圖。

簡單點講，在Vue的底層實現上，Vue將模板編譯成虛擬DOM渲染函數。結合Vue自帶的響應系統，在狀態改變時，Vue可以智能地計算出從新渲染組件的最小代價並應到DOM操做上。vue

咱們先對上圖幾個概念加以解釋:

渲染函數：渲染函數是用來生成Virtual DOM的。Vue推薦使用模板來構建咱們的應用界面，在底層實現中Vue會將模板編譯成渲染函數，固然咱們也能夠不寫模板，直接寫渲染函數，以得到更好的控制。
VNode 虛擬節點：它能夠表明一個真實的 dom 節點。經過 createElement 方法能將 VNode 渲染成 dom 節點。簡單地說，vnode能夠理解成節點描述對象，它描述了應該怎樣去建立真實的DOM節點。
patch(也叫作patching算法)：虛擬DOM最核心的部分，它能夠將vnode渲染成真實的DOM，這個過程是對比新舊虛擬節點之間有哪些不一樣，而後根據對比結果找出須要更新的的節點進行更新。這點咱們從單詞含義就能夠看出， patch自己就有補丁、修補的意思，其實際做用是在現有DOM上進行修改來實現更新視圖的目的。Vue的Virtual DOM Patching算法是基於Snabbdom的實現，並在些基礎上做了不少的調整和改進。

Virtual DOM 是什麼？

Virtual DOM 其實就是一棵以 JavaScript 對象( VNode 節點)做爲基礎的樹，用對象屬性來描述節點，實際上它只是一層對真實 DOM 的抽象。最終能夠經過一系列操做使這棵樹映射到真實環境上。node

簡單來講，能夠把Virtual DOM 理解爲一個簡單的JS對象，而且最少包含標籤名( tag)、屬性(attrs)和子元素對象( children)三個屬性。不一樣的框架對這三個屬性的命名會有點差異。git

對於虛擬DOM，我們來看一個簡單的實例，就是下圖所示的這個，詳細的闡述了模板 → 渲染函數 → 虛擬DOM樹 → 真實DOM的一個過程 github

Virtual DOM 做用是什麼？

虛擬DOM的最終目標是將虛擬節點渲染到視圖上。可是若是直接使用虛擬節點覆蓋舊節點的話，會有不少沒必要要的DOM操做。例如，一個ul標籤下不少個li標籤，其中只有一個li有變化，這種狀況下若是使用新的ul去替代舊的ul,由於這些沒必要要的DOM操做而形成了性能上的浪費。面試

爲了不沒必要要的DOM操做，虛擬DOM在虛擬節點映射到視圖的過程當中，將虛擬節點與上一次渲染視圖所使用的舊虛擬節點（oldVnode）作對比，找出真正須要更新的節點來進行DOM操做，從而避免操做其餘無需改動的DOM。算法

其實虛擬DOM在Vue.js主要作了兩件事：瀏覽器

提供與真實DOM節點所對應的虛擬節點vnode
將虛擬節點vnode和舊虛擬節點oldVnode進行對比，而後更新視圖

爲什麼須要Virtual DOM？

具有跨平臺的優點

因爲 Virtual DOM 是以 JavaScript 對象爲基礎而不依賴真實平臺環境，因此使它具備了跨平臺的能力，好比說瀏覽器平臺、Weex、Node 等。緩存

操做 DOM 慢，js運行效率高。咱們能夠將DOM對比操做放在JS層，提升效率。

由於DOM操做的執行速度遠不如Javascript的運算速度快，所以，把大量的DOM操做搬運到Javascript中，運用patching算法來計算出真正須要更新的節點，最大限度地減小DOM操做，從而顯著提升性能。

Virtual DOM 本質上就是在 JS 和 DOM 之間作了一個緩存。能夠類比 CPU 和硬盤，既然硬盤這麼慢，咱們就在它們之間加個緩存：既然 DOM 這麼慢，咱們就在它們 JS 和 DOM 之間加個緩存。CPU（JS）只操做內存（Virtual DOM），最後的時候再把變動寫入硬盤（DOM）

提高渲染性能

Virtual DOM的優點不在於單次的操做，而是在大量、頻繁的數據更新下，可以對視圖進行合理、高效的更新。

爲了實現高效的DOM操做，一套高效的虛擬DOM diff算法顯得頗有必要。咱們經過patch 的核心----diff 算法，找出本次DOM須要更新的節點來更新，其餘的不更新。那diff 算法的實現過程是怎樣的？

diff 算法

Vue的diff算法是基於snabbdom改造過來的，僅在同級的vnode間作diff，遞歸地進行同級vnode的diff，最終實現整個DOM樹的更新。由於跨層級的操做是很是少的，忽略不計，這樣時間複雜度就從O(n3)變成O(n)。

diff 算法包括幾個步驟：

用 JavaScript 對象結構表示 DOM 樹的結構；而後用這個樹構建一個真正的 DOM 樹，插到文檔當中
當狀態變動的時候，從新構造一棵新的對象樹。而後用新的樹和舊的樹進行比較，記錄兩棵樹差別
把所記錄的差別應用到所構建的真正的DOM樹上，視圖就更新了

diff 算法的實現過程

diff 算法自己很是複雜，實現難度很大。本文去繁就簡，粗略介紹如下兩個核心函數實現流程：

patch(container,vnode) :初次渲染的時候，將Virtual Dom渲染成真正的DOM而後插入到容器裏面。
patch(vnode,newVnode):再次渲染的時候，將新的vnode和舊的vnode相對比，而後之間差別應用到所構建的真正的DOM樹上。

1.patch(container,vnode)

經過這個函數可讓VNode渲染成真正的DOM，咱們經過如下模擬代碼，能夠了解大體過程：

function createElement(vnode) {    
var tag = vnode.tag  
var attrs = vnode.attrs || {}    
var children = vnode.children || []    
if (!tag) {       
 return null  
  }    
// 建立真實的 DOM 元素    
var elem = document.createElement(tag)   
 // 屬性    
var attrName    
for (attrName in attrs) {    
    if (attrs.hasOwnProperty(attrName)) { 
           // 給 elem 添加屬性
           elem.setAttribute(attrName, attrs[attrName])
        }
    }
    // 子元素
    children.forEach(function (childVnode) {
        // 給 elem 添加子元素，若是還有子節點，則遞歸的生成子節點。
        elem.appendChild(createElement(childVnode))  // 遞歸
    })    // 返回真實的 DOM 元素   
 return elem
}
複製代碼

2.patch(vnode,newVnode)

這裏咱們只考慮vnode與newVnode如何對比的狀況：

function updateChildren(vnode, newVnode) {
    var children = vnode.children || []
    var newChildren = newVnode.children || []
  // 遍歷現有的children
    children.forEach(function (childVnode, index) {
        var newChildVnode = newChildren[index]
  // 二者tag同樣
        if (childVnode.tag === newChildVnode.tag) {
            // 深層次對比，遞歸
            updateChildren(childVnode, newChildVnode)
        } else { 
  // 二者tag不同
           replaceNode(childVnode, newChildVnode) 
       }
    }
)}
複製代碼

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