了解React的同学都知道,React提供了一个高效的视图更新机制:Virtual DOM,因为DOM天生就慢,所以操作DOM的时候要小心翼翼,稍微改动就会触发重绘重排,大量消耗性能。
1.Virtual DOM
Virtual DOM是利用JS的原生对象来模拟DOM,既然DOM是对象,我们也可以用原生的对象来表示DOM。
var element = { tagName: 'ul', // 节点标签名 props: { class: 'list' // 节点的属性,ID,class... }, children: [ // 该节点的子节点 {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ['item one']}, {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ['item two']}, {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ['item three']} ]}
对应成相应的HTML结构为:
- item one
- item two
- item three
但是这又有什么用呢?不还是要操作DOM吗?
开头我们就说过,Virtual DOM是一个高效的视图更新机制,没错,主要在更新。怎么更新呢,那就要用到了我们之前用JS对象模拟的DOM树了,就叫它对象树把,我们对比前后两棵对象树,比较出需要更新视图的地方,对需要更新视图的地方才进行DOM操作,不需要更新的地方自然什么都不做,这就避免了性能的不必要浪费,变相的提升了性能。
总之Virtual DOM算法主要包括这几步:
初始化视图的时候,用原生JS对象表示DOM树,生成一个对象树,然后根据这个对象树来生成一个真正的DOM树,插入到文档中。
当状态更新的时候,重新生成一个对象树,将新旧两个对象树做对比,记录差异。
把记录的差异应用到第一步生成的真正的DOM树上,视图跟新完成
其实就是一个双缓冲的原理,既然CPU这么快,读取硬盘又这么慢,我们就在中间加一个Cache。那么,既然DOM操作也慢,我们们就可以在JS和DOM之间也加一个Cache,这个Cache就是我们的Virtual DOM了。
其实说白了Virtual DOM的原理就是只更新需要更新的地方,其他的一概不管。
2.用对象树表示DOM树
用JS对象表示DOM节点还是比较容易的,我们这需要记录DOM节点的节点类型、属性、还有子节点就好了。
class objectTree { constructor (tagName, props, children) { this.tagName = tagName this.props = props this.children = children }}
我们可以通过这种方式创建一个对象树:
var ul = new objectTree('ul', {id: 'list'}, [ createObjectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 1']), createObjectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 2']), createObjectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 3'])])
对象树存在一个render方法来将对象树转换成真正的DOM树:
objectTree.prototype.render = function () { var elm = document.createElement(this.tagName) var props = this.props // 设置DOM节点的属性 for (var key in props) { elm.setAttribute(key, props[key]) } var children = this.children || [] children.forEach((child) => { // 如果子节点也是对象树,则递归渲染,否则就是文本节点 var childElm = (child instanceof objectTree) ? child.render() : document.createTextNode(child) elm.appendChild(childElm) }) return elm}
我们就可以将生成好的DOM树插入到文档里了
var ul = new objectTree('ul', {id: 'list'}, [ new objectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 1']), new objectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 2']), new objectTree('li', {class: 'item'}, ['Item 3'])])console.log(ul)document.body.appendChild(ul.render())
我们生成的DOM已经添加到文档里了
3.比较两个对象树的差异
所谓Virtual DOM的diff算法,就是比较两个对象树的差异,也正是Virtual DOM的核心。
传统的比较两棵树差异的算法,时间复杂度是O(n^3),大量操作DOM的时候肯定是接受不了的。所以React做了妥协,React结合WEB界面的特点,做了两个简单的假设,使得算法的复杂度降低到了O(n)。
相同的组件产生相似的DOM树,不同的组件产生不同的DOM树。
对于同一层次的一组子节点,它们可以通过唯一的id进行区分。
不同节点类型的比较
不同节点类型分为两种情况:
节点类型不同。
节点类型相同,但是属性不同。
先看第一种情况,如果是我们会怎么做呢?肯定是直接删除老的节点,然后在老节点的位置上将新节点插入。React也和我们的想法一样,也符合我们对真实DOM操作的理解。
如果将老节点删除,那么老节点的子节点也同时被删除,并且子节点也不会参与后续的比较。这也是算法复杂度能降低到O(n)的原因之一。
既然节点类型不同是这样操作的,那么组件也是一样的逻辑了。应用第一个假设,不同组件之间有不同的DOM树,与其花时间比较它们的DOM结构,还不如创建一个新的组件加到原来的组件上。
从不同节点的操作上我们可以推断,React的diff算法是只对对象树逐层比较。
逐层进行节点比较
在React中对树的算法非常简单,那就是对两棵树同一层次的节点进行比较。
有一张非常经典的图:
React只会对相同颜色方框内的DOM节点进行比较,即同一个父节点下的所有子节点。当发现节点已经不存在,则该节点及其子节点会被完全删除掉,不会用于进一步的比较。这样只需要对树进行一次遍历,便能完成整个DOM树的比较。
考虑下如果有这样的DOM结构的变化:
我们想的操作是:R.remove(A), D.append(A)
但是因为React只会对同一层次的节点进行比较,当发现新的对象树中没有A节点时,就会完全删除A,同理,会新创建一个A节点作为D的子节点。实际React的操作是:A.destroy(), A = new A(), A.append(new B()), A.append(new C()), D.append(A)
由此我们可以根据React只对同一层次的节点比较可以作出的优化是:尽量不要跨层级的修改DOM。
相同节点类型的比较
刚才我们说过,相通节点类型属性可能不同,React会对属性进行重设,但要注意:Virtual DOM中style必须是个对象。
renderA: renderB: => [removeStyle color], [addStyle font-weight 'bold']
key值的使用
我们经常在遍历一个数组或列表需要一个标识一个唯一的key,这个key是干什么的呢?
这是初始视图:
我们现在想在它们中间加一个F,也就是一个insert操作。
如果每个节点没有一个唯一的key,React不能识别每个节点,那React就会将C更新成F,将D更新成C,最后在末尾插入一个D。
如果每个节点有一个唯一的key做标识,React会找到正确的位置去插入新的节点,从而提高了视图更新的效率。
对于key我们可以给出的优化是:给每个列表元素加上一个唯一的key
4.diff算法的简单实现
我们先对两棵对象树做一个深度优先的遍历,这样每一个节点都有一个唯一的标记:
在深度优先遍历的时候,每遍历到一个节点就把该节点和新的的树进行对比。如果有差异的话就记录到一个对象里面。
// diff 函数,对比两棵树function diff (oldTree, newTree) { var index = 0 // 当前节点的标志 var patches = {} // 用来记录每个节点差异的对象 dfsWalk(oldTree, newTree, index, patches) return patches}// 对两棵树进行深度优先遍历function dfsWalk (oldNode, newNode, index, patches) { // 对比oldNode和newNode的不同,记录下来 patches[index] = [...] diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches)}// 遍历子节点function diffChildren (oldChildren, newChildren, index, patches) { var leftNode = null var currentNodeIndex = index oldChildren.forEach(function (child, i) { var newChild = newChildren[i] currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count) // 计算节点的标识 ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1 : currentNodeIndex + 1 dfsWalk(child, newChild, currentNodeIndex, patches) // 深度遍历子节点 leftNode = child })}
例如,上面的div和新的div有差异,当前的标记是0,那么
patches[0] = [{difference}, {difference}, ...] // 用数组存储新旧节点的不同
那我们所说的差异是什么呢?
节点被替换
增加、删除、移动子节点
修改了节点的属性
若是文本节点,则文本内容可能会被改变
所以我们定义了几种类型:
var REPLACE = 0var REORDER = 1var PROPS = 2var TEXT = 3
举个例子,如果最外层的div被换成了section,则相应的记录如下:
patches[0] = [{ type: REPALCE, node: newNode // el('section', props, children)}]
其他变化同理。
5.patch方法的实现
我们比较完了两棵对象树的差异,接下来就是将差异应用到DOM上了。这个过程有点像打补丁,所以我们叫它patch。
我们第一步构建出来的对象树和真正的DOM树的属性、结构是一样的,所以我们可以对DOM树进行一次深度优先遍历,遍历的时候按着diff生成的patch对象进行patch操作,修改需要patch的地方。
我们还要根据不同的差异进行不同的DOM操作。
function patch (node, patches) { var walker = {index: 0} dfsWalk(node, walker, patches)}function dfsWalk (node, walker, patches) { var currentPatches = patches[walker.index] // 从patches拿出当前节点的差异 var len = node.childNodes ? node.childNodes.length : 0 for (var i = 0; i < len; i++) { // 深度遍历子节点 var child = node.childNodes[i] walker.index++ dfsWalk(child, walker, patches) } if (currentPatches) { applyPatches(node, currentPatches) // 对当前节点进行DOM操作 }}function applyPatches (node, currentPatches) { currentPatches.forEach(function (currentPatch) { switch (currentPatch.type) { case REPLACE: node.parentNode.replaceChild(currentPatch.node.render(), node) break case REORDER: reorderChildren(node, currentPatch.moves) break case PROPS: setProps(node, currentPatch.props) break case TEXT: node.textContent = currentPatch.content break default: throw new Error('Unknown patch type ' + currentPatch.type) } })}
看过了别人的文章,也借鉴了别人的思想,加上自己的总结,代码正在整理中。