Vue实现virtual-dom的原理简析
virtual-dom(后文简称vdom)的概念大规模的推广还是得益于react出现，virtual-dom也是react这个框架的非常重要的特性之一。相比于频繁的手动去操作dom而带来性能问题，vdom很好的将dom做了一层映射关系，进而将在我们本需要直接进行dom的一系列操作，映射到了操作vdom，而vdom上定义了关于真实dom的一些关键的信息，vdom完全是用js去实现，和宿主浏览器没有任何联系，此外得益于js的执行速度，将原本需要在真实dom进行的创建节点,删除节点,添加节点等一系列复杂的dom操作全部放到vdom中进行，这样就通过操作vdom来提高直接操作的dom的效率和性能。
vue在2.0版本也引入了vdom。其vdom算法是基于所做的修改。
在vue的整个应用生命周期当中，每次需要更新视图的时候便会使用vdom。那么在vue当中，vdom是如何和vue这个框架融合在一起工作的呢？以及大家常常提到的vdom的diff算法又是怎样的呢？接下来就通过这篇文章简单的向大家介绍下vue当中的vdom是如何去工作的。
首先，我们还是来看下vue生命周期当中初始化的最后阶段：将vm实例挂载到dom上，源码在src/core/instance
vue.prototype._init = function () {
...
vm.$mount(vm.$options.el) // 实际上是调用了mountcomponent方法
...
}
mountcomponent函数的定义是：
export function mountcomponent (
vm: component,
el: ?element,
hydrating?: boolean
): component {
// vm.$el为真实的node
vm.$el = el
// 如果vm上没有挂载render函数
if (!vm.$options.render) {
// 空节点
vm.$options.render = createemptyvnode
}
// 钩子函数
callhook(vm, 'beforemount')
let updatecomponent
/* istanbul ignore if */
if (process.env.node_env !== 'production' && config.performance && mark) {
...
} else {
// updatecomponent为监听函数, new watcher(vm, updatecomponent, noop)
updatecomponent = () => {
// vue.prototype._render 渲染函数
// vm._render() 返回一个vnode
// 更新dom
// vm._render()调用render函数，会返回一个vnode，在生成vnode的过程中，会动态计算getter,同时推入到dep里面
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
}
// 新建一个_watcher对象
// vm实例上挂载的_watcher主要是为了更新dom
// vm/expression/cb
vm._watcher = new watcher(vm, updatecomponent, noop)
hydrating = false
// manually mounted instance, call mounted on self
// mounted is called for render-created child components in its inserted hook
if (vm.$vnode == null) {
vm._ismounted = true
callhook(vm, 'mounted')
}
return vm
}
注意上面的代码中定义了一个updatecomponent函数，这个函数执行的时候内部会调用vm._update(vm._render(), hyddrating)方法，其中vm._render方法会返回一个新的vnode，(关于vm_render是如何生成vnode的建议大家看看vue的关于compile阶段的代码)，然后传入vm._update方法后，就用这个新的vnode和老的vnode进行diff，最后完成dom的更新工作。那么updatecomponent都是在什么时候去进行调用呢？
vm._watcher = new watcher(vm, updatecomponent, noop)
实例化一个watcher，在求值的过程中this.value = this.lazy ? undefined : this.get()，会调用this.get()方法，因此在实例化的过程当中dep.target会被设为这个watcher，通过调用vm._render()方法生成新的vnode并进行diff的过程中完成了模板当中变量依赖收集工作。即这个watcher被添加到了在模板当中所绑定变量的依赖当中。一旦model中的响应式的数据发生了变化，这些响应式的数据所维护的dep数组便会调用dep.notify()方法完成所有依赖遍历执行的工作，这里面就包括了视图的更新即updatecomponent方法的调用。
updatecomponent方法的定义是：
updatecomponent = () => {
vm._update(vm._render(), hydrating)
}
完成视图的更新工作事实上就是调用了vm._update方法，这个方法接收的第一个参数是刚生成的vnode，调用的vm._update方法的定义是
vue.prototype._update = function (vnode: vnode, hydrating?: boolean) {
const vm: component = this
if (vm._ismounted) {
callhook(vm, 'beforeupdate')
}
const prevel = vm.$el
const prevvnode = vm._vnode
const prevactiveinstance = activeinstance
activeinstance = vm
// 新的vnode
vm._vnode = vnode
// vue.prototype.__patch__ is injected in entry points
// based on the rendering backend used.
// 如果需要diff的prevvnode不存在，那么就用新的vnode创建一个真实dom节点
if (!prevvnode) {
// initial render
// 第一个参数为真实的node节点
vm.$el = vm.__patch__(
vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeonly */,
vm.$options._parentelm,
vm.$options._refelm
)
} else {
// updates
// 如果需要diff的prevvnode存在，那么首先对prevvnode和vnode进行diff,并将需要的更新的dom操作已patch的形式打到prevvnode上，并完成真实dom的更新工作
vm.$el = vm.__patch__(prevvnode, vnode)
}
activeinstance = prevactiveinstance
// update __vue__ reference
if (prevel) {
prevel.__vue__ = null
}
if (vm.$el) {
vm.$el.__vue__ = vm
}
// if parent is an hoc, update its $el as well
if (vm.$vnode && vm.$parent && vm.$vnode === vm.$parent._vnode) {
vm.$parent.$el = vm.$el
}
}
在这个方法当中最为关键的就是vm.__patch__方法，这也是整个virtaul-dom当中最为核心的方法，主要完成了prevvnode和vnode的diff过程并根据需要操作的vdom节点打patch，最后生成新的真实dom节点并完成视图的更新工作。
接下来就让我们看下vm.__patch__里面到底发生了什么：
function patch (oldvnode, vnode, hydrating, removeonly, parentelm, refelm) {
// 当oldvnode不存在时
if (isundef(oldvnode)) {
// 创建新的节点
createelm(vnode, insertedvnodequeue, parentelm, refelm)
} else {
const isrealelement = isdef(oldvnode.nodetype)
if (!isrealelement && samevnode(oldvnode, vnode)) {
// patch existing root node
// 对oldvnode和vnode进行diff，并对oldvnode打patch
patchvnode(oldvnode, vnode, insertedvnodequeue, removeonly)
}
}
}
在对oldvnode和vnode类型判断中有个samevnode方法，这个方法决定了是否需要对oldvnode和vnode进行diff及patch的过程。
function samevnode (a, b) {
return (
a.key === b.key &&
a.tag === b.tag &&
a.iscomment === b.iscomment &&
isdef(a.data) === isdef(b.data) &&
sameinputtype(a, b)
)
}
samevnode会对传入的2个vnode进行基本属性的比较，只有当基本属性相同的情况下才认为这个2个vnode只是局部发生了更新，然后才会对这2个vnode进行diff，如果2个vnode的基本属性存在不一致的情况，那么就会直接跳过diff的过程，进而依据vnode新建一个真实的dom，同时删除老的dom节点。
vnode基本属性的定义可以参见源码:src/vdom/vnode.js里面对于vnode的定义。
constructor (
tag?: string,
data?: vnodedata, // 关于这个节点的data值，包括attrs,style,hook等
children?: ?array<vnode>, // 子vdom节点
text?: string, // 文本内容
elm?: node, // 真实的dom节点
context?: component, // 创建这个vdom的上下文
componentoptions?: vnodecomponentoptions
) {
this.tag = tag
this.data = data
this.children = children
this.text = text
this.elm = elm
this.ns = undefined
this.context = context
this.functionalcontext = undefined
this.key = data && data.key
this.componentoptions = componentoptions
this.componentinstance = undefined
this.parent = undefined
this.raw = false
this.isstatic = false
this.isrootinsert = true
this.iscomment = false
this.iscloned = false
this.isonce = false
}
// deprecated: alias for componentinstance for backwards compat.
/* istanbul ignore next */
get child (): component | void {
return this.componentinstance
}
}
每一个vnode都映射到一个真实的dom节点上。其中几个比较重要的属性:
- tag 属性即这个vnode的标签属性
- data 属性包含了最后渲染成真实dom节点后，节点上的class,attribute,style以及绑定的事件
- children 属性是vnode的子节点
- text 属性是文本属性
- elm 属性为这个vnode对应的真实dom节点
- key 属性是vnode的标记，在diff过程中可以提高diff的效率，后文有讲解
比如，我定义了一个vnode，它的数据结构是:
{
tag: 'div'
data: {
id: 'app',
class: 'page-box'
},
children: [
{
tag: 'p',
text: 'this is demo'
}
]
}
最后渲染出的实际的dom结构就是:
<div id="app" class="page-box">
<p>this is demo</p>
</div>
让我们再回到patch函数当中，在当oldvnode不存在的时候，这个时候是root节点初始化的过程，因此调用了createelm(vnode, insertedvnodequeue, parentelm, refelm)方法去创建一个新的节点。而当oldvnode是vnode且samevnode(oldvnode, vnode)2个节点的基本属性相同，那么就进入了2个节点的diff过程。
diff的过程主要是通过调用patchvnode方法进行的:
function patchvnode(oldvnode, vnode, insertedvnodequeue, removeonly) {
...
}
if (isdef(data) && ispatchable(vnode)) {
// cbs保存了hooks钩子函数: 'create', 'activate', 'update', 'remove', 'destroy'
// 取出cbs保存的update钩子函数，依次调用，更新attrs/style/class/events/directives/refs等属性
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)
}
更新真实dom节点的data属性，相当于对dom节点进行了预处理的操作
接下来:
...
const elm = vnode.elm = oldvnode.elm
const oldch = oldvnode.children
const ch = vnode.children
// 如果vnode没有文本节点
if (isundef(vnode.text)) {
// 如果oldvnode的children属性存在且vnode的属性也存在
if (isdef(oldch) && isdef(ch)) {
// updatechildren，对子节点进行diff
if (oldch !== ch) updatechildren(elm, oldch, ch, insertedvnodequeue, removeonly)
} else if (isdef(ch)) {
// 如果oldvnode的text存在，那么首先清空text的内容
if (isdef(oldvnode.text)) nodeops.settextcontent(elm, '')
// 然后将vnode的children添加进去
addvnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedvnodequeue)
} else if (isdef(oldch)) {
// 删除elm下的oldchildren
removevnodes(elm, oldch, 0, oldch.length - 1)
} else if (isdef(oldvnode.text)) {
// oldvnode有子节点，而vnode没有，那么就清空这个节点
nodeops.settextcontent(elm, '')
}
} else if (oldvnode.text !== vnode.text) {
// 如果oldvnode和vnode文本属性不同，那么直接更新真是dom节点的文本元素
nodeops.settextcontent(elm, vnode.text)
}
这其中的diff过程中又分了好几种情况，oldch为oldvnode的子节点，ch为vnode的子节点：
- 首先进行文本节点的判断，若oldvnode.text !== vnode.text，那么就会直接进行文本节点的替换；
- 在vnode没有文本节点的情况下，进入子节点的diff；
- 当oldch和ch都存在且不相同的情况下，调用updatechildren对子节点进行diff；
- 若oldch不存在，ch存在，首先清空oldvnode的文本节点，同时调用addvnodes方法将ch添加到elm真实dom节点当中；
- 若oldch存在，ch不存在，则删除elm真实节点下的oldch子节点；
- 若oldvnode有文本节点，而vnode没有，那么就清空这个文本节点。
这里着重分析下updatechildren方法，它也是整个diff过程中最重要的环节:
function updatechildren (parentelm, oldch, newch, insertedvnodequeue, removeonly) {
// 为oldch和newch分别建立索引，为之后遍历的依据
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, elmtomove, refelm
// 直到oldch或者newch被遍历完后跳出循环
while (oldstartidx <= oldendidx && newstartidx <= newendidx) {
if (isundef(oldstartvnode)) {
oldstartvnode = oldch[++oldstartidx] // vnode has been moved left
} else if (isundef(oldendvnode)) {
oldendvnode = oldch[--oldendidx]
} else if (samevnode(oldstartvnode, newstartvnode)) {
patchvnode(oldstartvnode, newstartvnode, insertedvnodequeue)
oldstartvnode = oldch[++oldstartidx]
newstartvnode = newch[++newstartidx]
} else if (samevnode(oldendvnode, newendvnode)) {
patchvnode(oldendvnode, newendvnode, insertedvnodequeue)
oldendvnode = oldch[--oldendidx]
newendvnode = newch[--newendidx]
} else if (samevnode(oldstartvnode, newendvnode)) { // vnode moved right
patchvnode(oldstartvnode, newendvnode, insertedvnodequeue)
canmove && nodeops.insertbefore(parentelm, oldstartvnode.elm, nodeops.nextsibling(oldendvnode.elm))
oldstartvnode = oldch[++oldstartidx]
newendvnode = newch[--newendidx]
} else if (samevnode(oldendvnode, newstartvnode)) { // vnode moved left
patchvnode(oldendvnode, newstartvnode, insertedvnodequeue)
// 插入到老的开始节点的前面
canmove && nodeops.insertbefore(parentelm, oldendvnode.elm, oldstartvnode.elm)
oldendvnode = oldch[--oldendidx]
newstartvnode = newch[++newstartidx]
} else {
// 如果以上条件都不满足，那么这个时候开始比较key值，首先建立key和index索引的对应关系
if (isundef(oldkeytoidx)) oldkeytoidx = createkeytooldidx(oldch, oldstartidx, oldendidx)
idxinold = isdef(newstartvnode.key) ? oldkeytoidx[newstartvnode.key] : null
// 如果idxinold不存在
// 1. newstartvnode上存在这个key,但是oldkeytoidx中不存在
// 2. newstartvnode上并没有设置key属性
if (isundef(idxinold)) { // new element
// 创建新的dom节点
// 插入到oldstartvnode.elm前面
// 参见createelm方法
createelm(newstartvnode, insertedvnodequeue, parentelm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
} else {
elmtomove = oldch[idxinold]
/* istanbul ignore if */
if (process.env.node_env !== 'production' && !elmtomove) {
warn(
'it seems there are duplicate keys that is causing an update error. ' +
'make sure each v-for item has a unique key.'
)
// 将找到的key一致的oldvnode再和newstartvnode进行diff
if (samevnode(elmtomove, newstartvnode)) {
patchvnode(elmtomove, newstartvnode, insertedvnodequeue)
oldch[idxinold] = undefined
// 移动node节点
canmove && nodeops.insertbefore(parentelm, newstartvnode.elm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
} else {
// same key but different element. treat as new element
// 创建新的dom节点
createelm(newstartvnode, insertedvnodequeue, parentelm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
}
}
}
}
// 如果最后遍历的oldstartidx大于oldendidx的话
if (oldstartidx > oldendidx) { // 如果是老的vdom先被遍历完
refelm = isundef(newch[newendidx + 1]) ? null : newch[newendidx + 1].elm
// 添加newvnode中剩余的节点到parentelm中
addvnodes(parentelm, refelm, newch, newstartidx, newendidx, insertedvnodequeue)
} else if (newstartidx > newendidx) { // 如果是新的vdom先被遍历完，则删除oldvnode里面所有的节点
// 删除剩余的节点
removevnodes(parentelm, oldch, oldstartidx, oldendidx)
}
}
在开始遍历diff前，首先给oldch和newch分别分配一个startindex和endindex来作为遍历的索引，当oldch或者newch遍历完后(遍历完的条件就是oldch或者newch的startindex >= endindex)，就停止oldch和newch的diff过程。接下来通过实例来看下整个diff的过程(节点属性中不带key的情况):
首先从第一个节点开始比较，不管是oldch还是newch的起始或者终止节点都不存在samevnode，同时节点属性中是不带key标记的，因此第一轮的diff完后，newch的startvnode被添加到oldstartvnode的前面，同时newstartindex前移一位；
第二轮的diff中，满足samevnode(oldstartvnode, newstartvnode)，因此对这2个vnode进行diff，最后将patch打到oldstartvnode上，同时oldstartvnode和newstartindex都向前移动一位
第三轮的diff中，满足samevnode(oldendvnode, newstartvnode)，那么首先对oldendvnode和newstartvnode进行diff，并对oldendvnode进行patch，并完成oldendvnode移位的操作，最后newstartindex前移一位，oldstartvnode后移一位；
第四轮的diff中，过程同步骤3；
第五轮的diff中，同过程1；
遍历的过程结束后，newstartidx > newendidx，说明此时oldch存在多余的节点，那么最后就需要将这些多余的节点删除。
在vnode不带key的情况下，每一轮的diff过程当中都是起始和结束节点进行比较，直到oldch或者newch被遍历完。而当为vnode引入key属性后，在每一轮的diff过程中，当起始和结束节点都没有找到samevnode时，首先对oldch中进行key值与索引的映射:
if (isundef(oldkeytoidx)) oldkeytoidx = createkeytooldidx(oldch, oldstartidx, oldendidx) idxinold = isdef(newstartvnode.key) ? oldkeytoidx[newstartvnode.key] : null
createkeytooldidx方法，用以将oldch中的key属性作为键，而对应的节点的索引作为值。然后再判断在newstartvnode的属性中是否有key，且是否在oldkeytoindx中找到对应的节点。
如果不存在这个key，那么就将这个newstartvnode作为新的节点创建且插入到原有的root的子节点中:
if (isundef(idxinold)) { // new element
// 创建新的dom节点
// 插入到oldstartvnode.elm前面
// 参见createelm方法
createelm(newstartvnode, insertedvnodequeue, parentelm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
}
如果存在这个key，那么就取出oldch中的存在这个key的vnode，然后再进行diff的过程:
elmtomove = oldch[idxinold]
/* istanbul ignore if */
if (process.env.node_env !== 'production' && !elmtomove) {
// 将找到的key一致的oldvnode再和newstartvnode进行diff
if (samevnode(elmtomove, newstartvnode)) {
patchvnode(elmtomove, newstartvnode, insertedvnodequeue)
// 清空这个节点
oldch[idxinold] = undefined
// 移动node节点
canmove && nodeops.insertbefore(parentelm, newstartvnode.elm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
} else {
// same key but different element. treat as new element
// 创建新的dom节点
createelm(newstartvnode, insertedvnodequeue, parentelm, oldstartvnode.elm)
newstartvnode = newch[++newstartidx]
}
通过以上分析，给vdom上添加key属性后，遍历diff的过程中，当起始点, 结束点的搜寻及diff出现还是无法匹配的情况下时，就会用key来作为唯一标识，来进行diff，这样就可以提高diff效率。
带有key属性的vnode的diff过程可见下图：
注意在第一轮的diff过后oldch上的b节点被删除了，但是newch上的b节点上elm属性保持对oldch上b节点的elm引用。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。
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