深入理解vue2中的VNode和diff演算法

虛擬dom和diff演算法是vue學習過程中的一個難點，也是面試中必須掌握的一個知識點。這兩者相輔相成，是vue框架的核心。今天我們再來總結下vue2中的虛擬dom 和 diff演算法。 （學習影片分享：vue影片教學）

什麼是VNode

我們知道，render function 會被轉化成VNode。 VNode 其實就是一棵以 JavaScript 物件作為基礎的樹，用物件屬性來描述節點，其實它只是一層真實 DOM 的抽象。最終可以透過一系列操作使這棵樹映射到真實環境。

例如有如下template

<template>
  <span class="demo" v-show="isShow"> This is a span. </span> 
</template>

它換成VNode 以後大概就是下面這個樣子

{
  tag: "span",
  data: {
    /* 指令集合数组 */
    directives: [
      {
        /* v-show指令 */
        rawName: "v-show",
        expression: "isShow",
        name: "show",
        value: true,
      },
    ],
    /* 静态class */
    staticClass: "demo",
  },
  text: undefined,
  children: [
    /* 子节点是一个文本VNode节点 */
    {
      tag: undefined,
      data: undefined,
      text: "This is a span.",
      children: undefined,
    },
  ],
};

總的來說，VNode 就是一個JavaScript 物件。這個JavaScript 物件能完整地表示出真實DOM。

為什麼vue要使用VNode

筆者認為有兩點原因

• 由於Virtual DOM#是以JavaScript 物件為基礎而不依賴真實平台環境，所以使它具有了跨平台的能力，比如說瀏覽器平台、Weex、Node 等。

• 減少操作DOM，任何頁面的變化，都只使用VNode進行操作對比，只需要在最後一次進行掛載更新DOM，避免了頻繁操作DOM，減少了瀏覽器的回流和重繪從而提高頁面效能。

diff演算法

下面我們來看看元件更新所涉及的diff演算法。

前面我們講依賴收集的時候有說到，渲染watcher傳遞給Watcher的get方法其實是updateComponent方法。

updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}

new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
  before () {
    if (vm._isMounted) {
      callHook(vm, 'beforeUpdate')
    }
  }
}, true /* isRenderWatcher */)

所以元件在響應式資料變更的時候會再次觸發方法，接下來我們來詳細分析一下updateComponent裡面的_update方法。

_update

在_update方法中做了初始渲染和更新的區分，雖然都是呼叫__patch__方法，但是傳遞的參數不一樣。

// src/core/instance/lifecycle.js

Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
  const vm: Component = this
  const prevEl = vm.$el
  const prevVnode = vm._vnode
  vm._vnode = vnode
  // 初次渲染没有 prevVnode，组件更新才会有
  if (!prevVnode) {
    // 初次渲染
    vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)
  } else {
    // 更新
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
  }
  
  // ...
}

下面我們再來看看__patch__方法

#__patch__

patch方法接收四個參數，由於初始渲染的時候oldVnode為vm.$el是null，所以初始渲染是沒有oldVnode。

// src/core/vdom/patch.js

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  // 新节点不存在，只有oldVnode就直接销毁，然后返回
  if (isUndef(vnode)) {
    if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
    return
  }

  let isInitialPatch = false
  const insertedVnodeQueue = []
  // 没有老节点，直接创建，也就是初始渲染
  if (isUndef(oldVnode)) {
    isInitialPatch = true
    createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
  } else {
    const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
    // 不是真实dom，并且是相同节点走patch
    if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
      // 这里才会涉及到diff算法
      patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
    } else {
      if (isRealElement) {
        // ...
      }

      // replacing existing element
      const oldElm = oldVnode.elm
      const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)

      // 1.创建一个新节点
      createElm(
        vnode,
        insertedVnodeQueue,
        // extremely rare edge case: do not insert if old element is in a
        // leaving transition. Only happens when combining transition +
        // keep-alive + HOCs. (#4590)
        oldElm._leaveCb ? null : parentElm,
        nodeOps.nextSibling(oldElm)
      )

      // 2.更新父节点占位符
      if (isDef(vnode.parent)) {
        let ancestor = vnode.parent
        const patchable = isPatchable(vnode)
        while (ancestor) {
          for (let i = 0; i < cbs.destroy.length; ++i) {
            cbs.destroy[i](ancestor)
          }
          ancestor.elm = vnode.elm
          if (patchable) {
            for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {
              cbs.create[i](emptyNode, ancestor)
            }
            
            const insert = ancestor.data.hook.insert
            if (insert.merged) {
              // start at index 1 to avoid re-invoking component mounted hook
              for (let i = 1; i < insert.fns.length; i++) {
                insert.fns[i]()
              }
            }
          } else {
            registerRef(ancestor)
          }
          ancestor = ancestor.parent
        }
      }

      // 3.删除老节点
      if (isDef(parentElm)) {
        removeVnodes([oldVnode], 0, 0)
      } else if (isDef(oldVnode.tag)) {
        invokeDestroyHook(oldVnode)
      }
    }
  }
   
   //触发插入钩子
  invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
  return vnode.elm
}

patch方法大概流程如下：

• 沒有新節點只有舊節點直接刪除舊節點。

• 只有新節點沒有舊節點直接新增節點。

• 既有新節點又有舊節點則判斷是不是相同節點，相同則進入pathVnode。 patchVnode我們後面會重點分析。

• 既有新節點又有老節點則判斷是不是相同節點，不相同則直接刪除舊節點新增節點。

我們再來看看它是怎麼判斷是同一個節點的。

// src/core/vdom/patch.js

function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&
    a.asyncFactory === b.asyncFactory && (
      (
        a.tag === b.tag &&
        a.isComment === b.isComment &&
        isDef(a.data) === isDef(b.data) &&
        sameInputType(a, b)
      ) || (
        isTrue(a.isAsyncPlaceholder) &&
        isUndef(b.asyncFactory.error)
      )
    )
  )
}

function sameInputType (a, b) {
  if (a.tag !== 'input') return true
  let i
  const typeA = isDef(i = a.data) && isDef(i = i.attrs) && i.type
  const typeB = isDef(i = b.data) && isDef(i = i.attrs) && i.type
  return typeA === typeB || isTextInputType(typeA) && isTextInputType(typeB)
}

判斷兩個VNode節點是否為同一個節點，需要同時滿足下列條件

• ##key相同

• 都有非同步元件工廠函數

• tag（目前節點的標籤名稱）相同

• #isComment是否同為註解節點

• #是否

  data（目前節點對應的對象，包含了具體的一些資料訊息，是一個VNodeData型別）

• 當標籤是

  的時候，type必須相同

#當兩個

VNode的tag、key、isComment都相同，並且同時定義或未定義data的時候，且如果標籤為input則type必須相同。這時候這兩個VNode則算sameVnode，可以直接進行patchVnode操作。

patchVnode

下面我們再來詳細分析下

patchVnode方法。

// src/core/vdom/patch.js

function patchVnode (
  oldVnode,
  vnode,
  insertedVnodeQueue,
  ownerArray,
  index,
  removeOnly
) {
  // 两个vnode相同则直接返回
  if (oldVnode === vnode) {
    return
  }

  if (isDef(vnode.elm) && isDef(ownerArray)) {
    // clone reused vnode
    vnode = ownerArray[index] = cloneVNode(vnode)
  }

  const elm = vnode.elm = oldVnode.elm

  if (isTrue(oldVnode.isAsyncPlaceholder)) {
    if (isDef(vnode.asyncFactory.resolved)) {
      hydrate(oldVnode.elm, vnode, insertedVnodeQueue)
    } else {
      vnode.isAsyncPlaceholder = true
    }
    return
  }

  /*
    如果新旧VNode都是静态的，同时它们的key相同（代表同一节点），
    并且新的VNode是clone或者是标记了once（标记v-once属性，只渲染一次），
    那么只需要替换componentInstance即可。
  */
  if (isTrue(vnode.isStatic) &&
    isTrue(oldVnode.isStatic) &&
    vnode.key === oldVnode.key &&
    (isTrue(vnode.isCloned) || isTrue(vnode.isOnce))
  ) {
    vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
    return
  }

  let i
  const data = vnode.data
  /*调用prepatch钩子*/
  if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
    i(oldVnode, vnode)
  }

  // 获取新老虚拟节点的子节点
  const oldCh = oldVnode.children
  const ch = vnode.children
  if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
    for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
  }
  
  // 新节点不是文本节点
  if (isUndef(vnode.text)) {
    /*新老节点均有children子节点，则对子节点进行diff操作，调用updateChildren*/
    if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
      if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)
    /*如果只有新节点有子节点，先清空elm文本内容，然后为当前DOM节点加入子节点。*/
    } else if (isDef(ch)) {
      if (process.env.NODE_ENV !== &#39;production&#39;) {
        checkDuplicateKeys(ch)
      }
      if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, &#39;&#39;)
      addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)
    /*如果只有老节点有子节点，则移除elm所有子节点*/
    } else if (isDef(oldCh)) {
      removeVnodes(oldCh, 0, oldCh.length - 1)
    /*当新老节点都无子节点的时候，因为这个逻辑中新节点text不存在，所以直接去除ele的文本*/
    } else if (isDef(oldVnode.text)) {
      nodeOps.setTextContent(elm, &#39;&#39;)
    }
  // 新节点是文本节点，如果文本不一样就设置新的文本  
  } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
    nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
  }
  /*调用postpatch钩子*/
  if (isDef(data)) {
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.postpatch)) i(oldVnode, vnode)
  }
}

patchVnode方法大概流程如下：

#1.新舊節點相同就直接回傳。

2.如果新旧VNode都是静态的，同时它们的key相同（代表同一节点），并且新的VNode是clone或者是标记了once（标记v-once属性，只渲染一次），那么只需要替换componentInstance即可。

3.新节点不是文本节点，新老节点均有children子节点，则对子节点进行diff操作，调用updateChildren，这个updateChildren是diff算法的核心，后面我们会重点说。

4.新节点不是文本节点，如果老节点没有子节点而新节点存在子节点，先清空老节点DOM的文本内容，然后为当前DOM节点加入子节点。

5.新节点不是文本节点，当新节点没有子节点而老节点有子节点的时候，则移除该DOM节点的所有子节点。

6.新节点不是文本节点，并且新老节点都无子节点的时候，只需要将老节点文本清空。

7.新节点是文本节点，并且新老节点文本不一样，则进行文本的替换。

updateChildren(diff算法核心)

updateChildren是diff算法的核心，下面我们来重点分析。

这两张图代表旧的VNode与新VNode进行patch的过程，他们只是在同层级的VNode之间进行比较得到变化（相同颜色的方块代表互相进行比较的VNode节点），然后修改变化的视图，所以十分高效。所以Diff算法是:深度优先算法。 时间复杂度:O(n)

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  let oldStartIdx = 0
  let newStartIdx = 0
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  let newStartVnode = newCh[0]
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm

  const canMove = !removeOnly

  if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
    checkDuplicateKeys(newCh)
  }

  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    // 老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的头部是相同的 VNode 节点，直接进行 patchVnode，同时 oldStartIdx 与 newStartIdx 向后移动一位。
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    // 两个 VNode 的结尾是相同的 VNode，同样进行 patchVnode 操作。并将 oldEndVnode 与 newEndVnode 向前移动一位。
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    // oldStartVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode 的时候，
    // 将 oldStartVnode.elm 这个节点直接移动到 oldEndVnode.elm 这个节点的后面即可。
    // 然后 oldStartIdx 向后移动一位，newEndIdx 向前移动一位。
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    // oldEndVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，
    // 将 oldEndVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 前面。
    // oldEndIdx 向前移动一位，newStartIdx 向后移动一位。
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      // createKeyToOldIdx 的作用是产生 key 与 index 索引对应的一个 map 表
      if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
        ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
        : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      // 如果没有找到相同的节点，则通过 createElm 创建一个新节点，并将 newStartIdx 向后移动一位。
      if (isUndef(idxInOld)) { // New element
        createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
      } else {
        vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
        // 如果找到了节点，同时它符合 sameVnode，则将这两个节点进行 patchVnode，将该位置的老节点赋值 undefined
        // 同时将 newStartVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 的前面
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
          // 如果不符合 sameVnode，只能创建一个新节点插入到 parentElm 的子节点中，newStartIdx 往后移动一位。
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
        }
      }
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
  // 当 while 循环结束以后，如果 oldStartIdx > oldEndIdx，说明老节点比对完了，但是新节点还有多的，
  // 需要将新节点插入到真实 DOM 中去，调用 addVnodes 将这些节点插入即可。
  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
    addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
  // 如果满足 newStartIdx > newEndIdx 条件，说明新节点比对完了，老节点还有多，
  // 将这些无用的老节点通过 removeVnodes 批量删除即可。
  } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    removeVnodes(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
  }
}

vue2的diff算法采用的是双端比较，所谓双端比较就是新列表和旧列表两个列表的头与尾互相对比，在对比的过程中指针会逐渐向内靠拢，直到某一个列表的节点全部遍历过，对比停止。

首尾对比的四种情况

我们首先来看看首尾对比的四种情况。

• 使用旧列表的头一个节点oldStartNode与新列表的头一个节点newStartNode对比

• 使用旧列表的最后一个节点oldEndNode与新列表的最后一个节点newEndNode对比

• 使用旧列表的头一个节点oldStartNode与新列表的最后一个节点newEndNode对比

• 使用旧列表的最后一个节点oldEndNode与新列表的头一个节点newStartNode对比

首先是 oldStartVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，说明老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的头部是相同的 VNode 节点，直接进行 patchVnode，同时 oldStartIdx 与 newStartIdx 向后移动一位。

其次是 oldEndVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode，也就是两个 VNode 的结尾是相同的 VNode，同样进行 patchVnode 操作并将 oldEndVnode 与 newEndVnode 向前移动一位。

接下来是两种交叉的情况。

先是 oldStartVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode 的时候，也就是老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的尾部是同一节点的时候，将 oldStartVnode.elm 这个节点直接移动到 oldEndVnode.elm 这个节点的后面即可。然后 oldStartIdx 向后移动一位，newEndIdx 向前移动一位。

同理，oldEndVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，也就是老 VNode 节点的尾部与新 VNode 节点的头部是同一节点的时候，将 oldEndVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 前面。同样的，oldEndIdx 向前移动一位，newStartIdx 向后移动一位。

最後是以上情況都不符合的時候，這種情況怎麼處理呢？

找出對比

那就是找出對比。

首先透過createKeyToOldIdx方法產生oldVnode的key 與 index 索引對應的一個map # 表。

然後我們根據newStartVnode.key，可以快速地從 oldKeyToIdx（createKeyToOldIdx 的回傳值）取得相同key 的節點的索引 idxInOld，然後找到相同的節點。

這裡又分三種情況

• 如果沒有找到相同的節點，則透過 createElm 建立一個新節點，並將 # newStartIdx 向後移動一位。

• 如果找到了節點，同時它符合 sameVnode，則將這兩個節點進行 patchVnode，將該位置的舊節點賦值undefined（之後如果還有新節點與該節點key相同可以偵測出來提示已有重複的key ），同時將 newStartVnode.elm 插入 oldStartVnode.elm 的前面。同理，newStartIdx 往後移動一位。

• 如果不符合 sameVnode，只能建立一個新節點插入到 parentElm  的子節點中，newStartIdx 往後移動一位。

新增、刪除節點

最後一步就很容易啦，當 while 循環結束以後，如果 oldStartIdx > oldEndIdx，表示舊節點比對完了，但是新節點還有多的，需要將新節點插入到真實DOM 中去，調用 addVnodes 將這些節點插入即可。

同理，如果滿足 newStartIdx > newEndIdx 條件，說明新節點比對完了，老節點還有多，將這些無用的老節點透過 removeVnodes 批次刪除即可。

總結

Diff演算法是一種對比演算法。比較兩者是舊虛擬DOM和新虛擬DOM，對比出是哪個虛擬節點更改了，找出這個虛擬節點，並且只更新這個虛擬節點所對應的真實節點，而不用更新其他資料沒發生改變的節點，實現精準地更新真實DOM，進而提高效率和效能。

精準主要體現在，diff 演算法首先就是找到可重複使用的節點，然後移動到正確的位置。當元素沒有找到的話再來建立新節點。

擴充

vue中為什麼需要使用key，它的作用是什麼？

key 是Vue 中vnode 的唯一標記，透過這個key，diff 操作可以更準確、更快速。

1. 更準確：因為帶key 就不是就地復用了，在sameNode 函數a.key === b.key 對比中可以避免就地復用的情況。所以會更加準確。
2. 更快：利用 key 的唯一性產生 map 物件來取得對應節點，比遍歷方式更快。

為什麼不推薦使用index作為key

當我們的清單只涉及到展示，不涉及排序、刪除、新增的時候使用index作為key是沒什麼問題的。因為此時的index在每個元素上是唯一的。

但是如果涉及排序、刪除、新增的時候就不能再使用index作為key了，因為每個元素key不再唯一了。不唯一的key，對diff演算法沒有任何幫助，寫和沒寫是一樣的。

（學習影片分享：web前端開發、程式設計基礎影片）

以上是深入理解vue2中的VNode和diff演算法的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！