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详解Vue中的虚拟DOM

程序员文章站 2022-04-29 20:33:31
Vue.js 2.0引入Virtual DOM,比Vue.js 1.0的初始渲染速度提升了2-4倍,并大大降低了内存消耗。那么,什么是Virtual DOM?为什么需要Virtual DOM?它是通过什么方式去提升页面渲染效率的呢?这是本文所要探讨的问题。 ......

摘要: 什么是虚拟dom?

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fundebug经授权转载,版权归原作者所有。

前言

vue.js 2.0引入virtual dom,比vue.js 1.0的初始渲染速度提升了2-4倍,并大大降低了内存消耗。那么,什么是virtual dom?为什么需要virtual dom?它是通过什么方式去提升页面渲染效率的呢?这是本文所要探讨的问题。

模板转换成视图的过程

在正式介绍 virtual dom之前,我们有必要先了解下模板转换成视图的过程整个过程(如下图):

  • vue.js通过编译将template 模板转换成渲染函数(render ) ,执行渲染函数就可以得到一个虚拟节点树
  • 在对 model 进行操作的时候,会触发对应 dep 中的 watcher 对象。watcher 对象会调用对应的 update 来修改视图。这个过程主要是将新旧虚拟节点进行差异对比,然后根据对比结果进行dom操作来更新视图。

简单点讲,在vue的底层实现上,vue将模板编译成虚拟dom渲染函数。结合vue自带的响应系统,在状态改变时,vue能够智能地计算出重新渲染组件的最小代价并应到dom操作上。

详解Vue中的虚拟DOM

我们先对上图几个概念加以解释:

  • 渲染函数:渲染函数是用来生成virtual dom的。vue推荐使用模板来构建我们的应用界面,在底层实现中vue会将模板编译成渲染函数,当然我们也可以不写模板,直接写渲染函数,以获得更好的控制。
  • vnode 虚拟节点:它可以代表一个真实的 dom 节点。通过 createelement 方法能将 vnode 渲染成 dom 节点。简单地说,vnode可以理解成节点描述对象,它描述了应该怎样去创建真实的dom节点。
  • patch(也叫做patching算法):虚拟dom最核心的部分,它可以将vnode渲染成真实的dom,这个过程是对比新旧虚拟节点之间有哪些不同,然后根据对比结果找出需要更新的的节点进行更新。这点我们从单词含义就可以看出, patch本身就有补丁、修补的意思,其实际作用是在现有dom上进行修改来实现更新视图的目的。vue的virtual dom patching算法是基于snabbdom的实现,并在些基础上作了很多的调整和改进。

virtual dom 是什么?

virtual dom 其实就是一棵以 javascript 对象( vnode 节点)作为基础的树,用对象属性来描述节点,实际上它只是一层对真实 dom 的抽象。最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上。

简单来说,可以把virtual dom 理解为一个简单的js对象,并且最少包含标签名( tag)、属性(attrs)和子元素对象( children)三个属性。不同的框架对这三个属性的命名会有点差别。

对于虚拟dom,咱们来看一个简单的实例,就是下图所示的这个,详细的阐述了模板 → 渲染函数 → 虚拟dom树 → 真实dom的一个过程

详解Vue中的虚拟DOM

virtual dom 作用是什么?

虚拟dom的最终目标是将虚拟节点渲染到视图上。但是如果直接使用虚拟节点覆盖旧节点的话,会有很多不必要的dom操作。例如,一个ul标签下很多个li标签,其中只有一个li有变化,这种情况下如果使用新的ul去替代旧的ul,因为这些不必要的dom操作而造成了性能上的浪费。

为了避免不必要的dom操作,虚拟dom在虚拟节点映射到视图的过程中,将虚拟节点与上一次渲染视图所使用的旧虚拟节点(oldvnode)做对比,找出真正需要更新的节点来进行dom操作,从而避免操作其他无需改动的dom。

其实虚拟dom在vue.js主要做了两件事:

  • 提供与真实dom节点所对应的虚拟节点vnode
  • 将虚拟节点vnode和旧虚拟节点oldvnode进行对比,然后更新视图

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为何需要virtual dom?

  • 具备跨平台的优势

由于 virtual dom 是以 javascript 对象为基础而不依赖真实平台环境,所以使它具有了跨平台的能力,比如说浏览器平台、weex、node 等。

  • 操作 dom 慢,js运行效率高。我们可以将dom对比操作放在js层,提高效率。

因为dom操作的执行速度远不如javascript的运算速度快,因此,把大量的dom操作搬运到javascript中,运用patching算法来计算出真正需要更新的节点,最大限度地减少dom操作,从而显著提高性能。

virtual dom 本质上就是在 js 和 dom 之间做了一个缓存。可以类比 cpu 和硬盘,既然硬盘这么慢,我们就在它们之间加个缓存:既然 dom 这么慢,我们就在它们 js 和 dom 之间加个缓存。cpu(js)只操作内存(virtual dom),最后的时候再把变更写入硬盘(dom)

  • 提升渲染性能

virtual dom的优势不在于单次的操作,而是在大量、频繁的数据更新下,能够对视图进行合理、高效的更新。

为了实现高效的dom操作,一套高效的虚拟dom diff算法显得很有必要。我们通过patch 的核心----diff 算法,找出本次dom需要更新的节点来更新,其他的不更新。比如修改某个model 100次,从1加到100,那么有了virtual dom的缓存之后,只会把最后一次修改patch到view上。那diff 算法的实现过程是怎样的?

diff 算法

详解Vue中的虚拟DOM

vue的diff算法是基于snabbdom改造过来的,仅在同级的vnode间做diff,递归地进行同级vnode的diff,最终实现整个dom树的更新。因为跨层级的操作是非常少的,忽略不计,这样时间复杂度就从o(n3)变成o(n)。

diff 算法包括几个步骤:

  • 用 javascript 对象结构表示 dom 树的结构;然后用这个树构建一个真正的 dom 树,插到文档当中
  • 当状态变更的时候,重新构造一棵新的对象树。然后用新的树和旧的树进行比较,记录两棵树差异
  • 把所记录的差异应用到所构建的真正的dom树上,视图就更新了

详解Vue中的虚拟DOM

diff 算法的实现过程

diff 算法本身非常复杂,实现难度很大。本文去繁就简,粗略介绍以下两个核心函数实现流程:

  • patch(container,vnode) :初次渲染的时候,将vdom渲染成真正的dom然后插入到容器里面。
  • patch(vnode,newvnode):再次渲染的时候,将新的vnode和旧的vnode相对比,然后之间差异应用到所构建的真正的dom树上。

1. patch(container,vnode)

通过这个函数可以让vnode渲染成真正的dom,我们通过以下模拟代码,可以了解大致过程:

function createelement(vnode) {    
var tag = vnode.tag  
var attrs = vnode.attrs || {}    
var children = vnode.children || []    
if (!tag) {       
 return null  
  }    
// 创建真实的 dom 元素    
var elem = document.createelement(tag)   
 // 属性    
var attrname    
for (attrname in attrs) {    
    if (attrs.hasownproperty(attrname)) { 
           // 给 elem 添加属性
           elem.setattribute(attrname, attrs[attrname])
        }
    }
    // 子元素
    children.foreach(function (childvnode) {
        // 给 elem 添加子元素,如果还有子节点,则递归的生成子节点。
        elem.appendchild(createelement(childvnode))  // 递归
    })    // 返回真实的 dom 元素   
 return elem
}

2. patch(vnode,newvnode)

这里我们只考虑vnode与newvnode如何对比的情况:

function updatechildren(vnode, newvnode) {
    var children = vnode.children || []
    var newchildren = newvnode.children || []
  // 遍历现有的children
    children.foreach(function (childvnode, index) {
        var newchildvnode = newchildren[index]
  // 两者tag一样
        if (childvnode.tag === newchildvnode.tag) {
            // 深层次对比,递归
            updatechildren(childvnode, newchildvnode)
        } else { 
  // 两者tag不一样
           replacenode(childvnode, newchildvnode) 
       }
    }
)}

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参考

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