虛擬dom原理流程的分析與實現

這篇文章帶給大家的內容是關於虛擬dom原理流程的分析與實現，有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有幫助。

背景

大家都知道，在網頁中瀏覽器資源開銷最大便是DOM節點了，DOM很慢而且非常龐大，網頁效能問題大多數都是有JavaScript修改DOM所引起的。我們使用Javascript來操縱DOM，操作效率往往很低，由於DOM被表示為樹結構，每次DOM中的某些內容都會發生變化，因此對DOM的更改非常快，但更改後的元素，並且它的子項目必須經過Reflow / Layout階段，然後瀏覽器必須重新繪製更改，這很慢的。因此，回流/重繪的次數越多，您的應用程式就越卡頓。但是，Javascript運作速度很快，虛擬DOM是放在JS 和 HTML中間的一個層。它可以透過新舊DOM的對比，來獲得對比之後的差異對象，然後有針對性的把差異部分真正地渲染到頁面上，從而減少實際DOM操作，最終達到性能優化的目的。

虛擬dom原理流程

簡單概括有三點：

1. #用JavaScript模擬DOM樹，並且渲染這個DOM樹

2. 比較新舊DOM樹，得到比較的差異物件

3. 把差異物件套用到渲染的DOM樹。

下面是流程圖：

#下面我們用程式碼一步步去實作一個流程圖

用JavaScript模擬DOM樹並渲染到頁面上

其實虛擬DOM，就是用JS物件結構的一種映射，下面我們一步一步實現這個過程。

我們用JS很容易模擬一個DOM樹的結構，例如用這樣的一個函數createEl(tagName, props, children)來建立DOM結構。

tagName標籤名稱、props是屬性的物件、children是子節點。

然後渲染到頁面上，程式碼如下:

const createEl = (tagName, props, children) => new CreactEl(tagName, props, children)

const vdom = createEl('p', { 'id': 'box' }, [
  createEl('h1', { style: 'color: pink' }, ['I am H1']),
  createEl('ul', {class: 'list'}, [createEl('li', ['#list1']), createEl('li', ['#list2'])]),
  createEl('p', ['I am p'])
])

const rootnode = vdom.render()
document.body.appendChild(rootnode)

透過上面的函數，呼叫vdom.render()這樣子我們就很好的建構瞭如下所示的一個DOM樹，然後渲染到頁面上

  
I am H1
  

    
#list1
    
#list2
  
  
I am p

下面我們看看CreactEl.js程式碼流程：

import { setAttr } from './utils'
class CreateEl {
  constructor (tagName, props, children) {
    // 当只有两个参数的时候 例如 celement(el, [123])
    if (Array.isArray(props)) {
      children = props
      props = {}
    }
    // tagName, props, children数据保存到this对象上
    this.tagName = tagName
    this.props = props || {}
    this.children = children || []
    this.key = props ? props.key : undefined

    let count = 0
    this.children.forEach(child => {
      if (child instanceof CreateEl) {
        count += child.count
      } else {
        child = '' + child
      }
      count++
    })
    // 给每一个节点设置一个count
    this.count = count
  }
  // 构建一个 dom 树
  render () {
    // 创建dom
    const el = document.createElement(this.tagName)
    const props = this.props
    // 循环所有属性，然后设置属性
    for (let [key, val] of Object.entries(props)) {
      setAttr(el, key, val)
    }
    this.children.forEach(child => {
      // 递归循环 构建tree
      let childEl = (child instanceof CreateEl) ? child.render() : document.createTextNode(child)
      el.appendChild(childEl)
    })
    return el
  }
}

上面render函數的功能是把節點創建好，然後設定節點屬性，最後遞歸創建。這樣子我們就得到一個DOM樹，然後插入(appendChild)到頁面上。

比較新舊dom樹，得到比較的差異物件

上面，我們已經創建了一個DOM樹，然後在創建一個不同的DOM樹，然後做比較，得到比較的差異對象。

比較兩棵DOM樹的差異，是虛擬DOM的最核心部分，這也是人們常說的虛擬DOM的diff演算法，兩顆完全的樹差異比較一個時間複雜度為O(n^ 3)。但在我們的web中很少用到跨層級DOM樹的比較，所以一個層級跟一個層級對比，這樣演算法複雜度就可以達到 O(n)。如下圖

其實在程式碼中，我們會從根節點開始標誌遍歷，遍歷的時候把每個節點的差異(包括文字不同，屬性不同，節點不同)記錄保存起來。如下圖：

兩個節點之間的差異有總結起來有下面4種

0 直接替换原有节点
1 调整子节点，包括移动、删除等
2 修改节点属性
3 修改节点文本内容

如下列兩棵樹比較，把差異記錄下來。

主要是履歷表一個遍歷index（看圖3），然後從根節點開始比較，比較萬之後記錄差異對象，繼續從左子樹比較，記錄差異，一直遍歷下去。主要流程如下

// 这是比较两个树找到最小移动量的算法是Levenshtein距离，即O（n * m)
// 具体请看 https://www.npmjs.com/package/list-diff2
import listDiff from 'list-diff2'
// 比较两棵树
function diff (oldTree, newTree) {
  // 节点的遍历顺序
  let index = 0
  // 在遍历过程中记录节点的差异
  let patches = {}
  // 深度优先遍历两棵树
  deepTraversal(oldTree, newTree, index, patches)
  // 得到的差异对象返回出去
  return patches
}

function deepTraversal(oldNode, newNode, index, patches) {
  let currentPatch = []
  // ...中间有很多对patches的处理
  // 递归比较子节点是否相同
  diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches, currentPatch)
  if (currentPatch.length) {
    // 那个index节点的差异记录下来
    patches[index] = currentPatch
  }
}

// 子数的diff
function diffChildren (oldChildren, newChildren, index, patches, currentPatch) {
  const diffs = listDiff(oldChildren, newChildren)
  newChildren = diffs.children
  // ...省略记录差异对象
  let leftNode = null
  let currentNodeIndex = index
  oldChildren.forEach((child, i) => {
    const newChild = newChildren[i]
    // index相加
    currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count) ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1 : currentNodeIndex + 1
    // 深度遍历，递归
    deepTraversal(child, newChild, currentNodeIndex, patches)
    // 从左树开始
    leftNode = child
  })
}

然後我們調用完diff(tree, newTree)等到最後的差異物件是這樣子的。

{
  "1": [
    {
      "type": 0,
      "node": {
        "tagName": "h3",
        "props": {
          "style": "color: green"
        },
        "children": [
          "I am H1"
        ],
        "count": 1
      }
    }
  ]
  ...
}

key是代表那個節點，這裡我們是第二個，也就是h1會改成h3，還有省略的兩個差異物件程式碼沒有貼出來~~

然後看diff.js的完整程式碼，如下

import listDiff from 'list-diff2'
// 每个节点有四种变动
export const REPLACE = 0 // 替换原有节点
export const REORDER = 1 // 调整子节点，包括移动、删除等
export const PROPS = 2 // 修改节点属性
export const TEXT = 3 // 修改节点文本内容

export function diff (oldTree, newTree) {
  // 节点的遍历顺序
  let index = 0
  // 在遍历过程中记录节点的差异
  let patches = {}
  // 深度优先遍历两棵树
  deepTraversal(oldTree, newTree, index, patches)
  // 得到的差异对象返回出去
  return patches
}

function deepTraversal(oldNode, newNode, index, patches) {
  let currentPatch = []
  if (newNode === null) { // 如果新节点没有的话直接不用比较了
    return
  }
  if (typeof oldNode === 'string' && typeof newNode === 'string') {
    // 比较文本节点
    if (oldNode !== newNode) {
      currentPatch.push({
        type: TEXT,
        content: newNode
      })
    }
  } else if (oldNode.tagName === newNode.tagName && oldNode.key === newNode.key) {
    // 节点类型相同
    // 比较节点的属性是否相同
    let propasPatches = diffProps(oldNode, newNode)
    if (propasPatches) {
      currentPatch.push({
        type: PROPS,
        props: propsPatches
      })
    }
    // 递归比较子节点是否相同
    diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches, currentPatch)
  } else {
    // 节点不一样，直接替换
    currentPatch.push({ type: REPLACE, node: newNode })
  }

  if (currentPatch.length) {
    // 那个index节点的差异记录下来
    patches[index] = currentPatch
  }

}

// 子数的diff
function diffChildren (oldChildren, newChildren, index, patches, currentPatch) {
  var diffs = listDiff(oldChildren, newChildren)
  newChildren = diffs.children
  // 如果调整子节点，包括移动、删除等的话
  if (diffs.moves.length) {
    var reorderPatch = {
      type: REORDER,
      moves: diffs.moves
    }
    currentPatch.push(reorderPatch)
  }

  var leftNode = null
  var currentNodeIndex = index
  oldChildren.forEach((child, i) => {
    var newChild = newChildren[i]
    // index相加
    currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count) ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1 : currentNodeIndex + 1
    // 深度遍历，从左树开始
    deepTraversal(child, newChild, currentNodeIndex, patches)
    // 从左树开始
    leftNode = child
  })
}

// 记录属性的差异
function diffProps (oldNode, newNode) {
  let count = 0 // 声明一个有没没有属性变更的标志
  const oldProps = oldNode.props
  const newProps = newNode.props
  const propsPatches = {}

  // 找出不同的属性
  for (let [key, val] of Object.entries(oldProps)) {
    // 新的不等于旧的
    if (newProps[key] !== val) {
      count++
      propsPatches[key] = newProps[key]
    }
  }
  // 找出新增的属性
  for (let [key, val] of Object.entries(newProps)) {
    if (!oldProps.hasOwnProperty(key)) {
      count++
      propsPatches[key] = val
    }
  }
  // 没有新增 也没有不同的属性 直接返回null
  if (count === 0) {
    return null
  }

  return propsPatches
}

得到差異物件之後，剩下就是把差異物件應用到我們的dom節點上面了。

把差異物件套用到渲染的dom樹

到了這裡其實簡單多了。我們上面得到的差異對象之後，然後選擇同樣的深度遍歷，如果那個節點有差異的話，判斷是上面4種中的哪一種，根據差異對象直接修改這個節點就可以了。

function patch (node, patches) {
  // 也是从0开始
  const step = {
    index: 0
  }
  // 深度遍历
  deepTraversal(node, step, patches)
}

// 深度优先遍历dom结构
function deepTraversal(node, step, patches) {
  // 拿到当前差异对象
  const currentPatches = patches[step.index]
  const len = node.childNodes ? node.childNodes.length : 0
  for (let i = 0; i 
這樣子，呼叫patch(rootnode, patches)就直接有針對性的改變有差異的節點了。 
path.js完整程式碼如下：
import {REPLACE, REORDER, PROPS, TEXT} from './diff'
import { setAttr } from './utils'

export function patch (node, patches) {
  // 也是从0开始
  const step = {
    index: 0
  }
  // 深度遍历
  deepTraversal(node, step, patches)
}

// 深度优先遍历dom结构
function deepTraversal(node, step, patches) {
  // 拿到当前差异对象
  const currentPatches = patches[step.index]
  const len = node.childNodes ? node.childNodes.length : 0
  for (let i = 0; i  {
    switch (currentPatch.type) {
      // 0: 替换原有节点
      case REPLACE:
        var newNode = (typeof currentPatch.node === 'string') ?  document.createTextNode(currentPatch.node) : currentPatch.node.render()
        node.parentNode.replaceChild(newNode, node)
        break
      // 1: 调整子节点，包括移动、删除等
      case REORDER: 
        moveChildren(node, currentPatch.moves)
        break
      // 2: 修改节点属性
      case PROPS:
        for (let [key, val] of Object.entries(currentPatch.props)) {
          if (val === undefined) {
            node.removeAttribute(key)
          } else {
            setAttr(node, key, val)
          }
        }
        break;
      // 3：修改节点文本内容
      case TEXT:
        if (node.textContent) {
          node.textContent = currentPatch.content
        } else {
          node.nodeValue = currentPatch.content
        }
        break;
      default: 
        throw new Error('Unknow patch type ' + currentPatch.type);
    }
  })
}

// 调整子节点，包括移动、删除等
function moveChildren (node, moves) {
  let staticNodelist = Array.from(node.childNodes)
  const maps = {}
  staticNodelist.forEach(node => {
    if (node.nodeType === 1) {
      const key = node.getAttribute('key')
      if (key) {
        maps[key] = node
      }
    }
  })
  moves.forEach(move => {
    const index = move.index
    if (move.type === 0) { // 变动类型为删除的节点
      if (staticNodeList[index] === node.childNodes[index]) {
        node.removeChild(node.childNodes[index]);
      }
      staticNodeList.splice(index, 1);
    } else {
      let insertNode = maps[move.item.key] 
          ? maps[move.item.key] : (typeof move.item === 'object') 
          ? move.item.render() : document.createTextNode(move.item)
      staticNodelist.splice(index, 0, insertNode);
      node.insertBefore(insertNode, node.childNodes[index] || null)
    }
  })
}
到这里，最基本的虚拟DOM原理已经讲完了，也简单了实现了一个虚拟DOM.

以上是虛擬dom原理流程的分析與實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！