了解虚拟DOM

背景

Vue在2.0版本引入了虚拟DOM。其虚拟DOM算法是基于snabbdom算法所做的修改。参看https://github.com/vuejs/vue/blob/dev/src/core/vdom/patch.js注释部分。要想了解Vue，必须了解虚拟DOM，本篇文章主要介绍了什么是虚拟DOM，为什么用虚拟DOM以及其具体实现。

一、什么是虚拟DOM

用JavaScript模拟DOM树形成虚拟DOM树，如下面的html结构


    苹果
    香蕉
    橙子

可以使用如下JS表示

{
    sel: 'ul',
    data: { style: {color: '#000'}}, // 节点属性及绑定事件等
    children: [ // 子节点
        {sel: 'li', text: '苹果'},
        {sel: 'li', text: '香蕉'},
        {sel: 'li', text: '橙子'}
    ]
}

二、为什么要用虚拟DOM

因为对DOM的直接操作是非常慢而且低效的。浏览器的渲染流程包括解析html以构建dom树->构建render树->布局render树->绘制render树，而每一次DOM改变从构建render树到布局到渲染都要重来。参考文档

而虚拟DOM的优势就是：1.开发者不再关心DOM而只关心数据，提升开发效率。2.保证最小化的DOM操作，使执行效率得到提升。

虚拟DOM的优势并不在于它操作DOM比较快，而是能够通过虚拟DOM的比较，最小化真实DOM操作，参考文档

三、虚拟DOM的实现

实现虚拟DOM包含以下三个步骤

用JavaScript模拟DOM树形成虚拟DOM树
当组件状态发生更新时，比较新旧虚拟DOM树
将差异应用到真正的DOM上

3.1 用JavaScript模拟DOM树形成虚拟DOM树

虚拟DOM对象包含以下属性:

sel:选择器
data:绑定的数据(attribute/props/eventlistner/class/dataset/hook)
children:子节点数组
text:当前text节点内容
elm: 对真实dom element的引用
key:用于优化DOM操作

参考https://github.com/snabbdom/snabbdom/blob/master/src/tovnode.ts

3.2 当组件状态发生更新时，比较新旧虚拟DOM树

给定任意两棵树，找到最少的转换步骤。但是标准的的Diff算法复杂度需要O(n^3).

这显然无法满足性能的要求，考虑到前端操作的情况--我们很少跨级别的修改节点，通常是修改节点的属性、调整子节点的顺序、添加子节点等。当比较虚拟DOM树的时候，如果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。

虚拟DOM在比较时只比较同层次节点，其复杂度降低到了O(n). 而且比较时只比较其key和sel是否相同，相同即为相同节点。

function sameVnode(vnode1: VNode, vnode2: VNode): boolean {
  return vnode1.key === vnode2.key && vnode1.sel === vnode2.sel;
}

例子：下图节点从左图变为右图

虚拟DOM的做法是

A.destroy(); 
A = new A(); 
A.append(new B()); 
A.append(new C()); 
D.append(A);

而不是

A.parent.remove(A);
D.append(A);

3.3 将差异应用到真正的DOM上

如果旧节点不在，则将新节点插入
如果新节点不存在，则将旧节点删除
如果新旧相同(key和sel相同):

function patchVnode(oldVnode: VNode, vnode: VNode, insertedVnodeQueue: VNodeQueue) {
    ...
    const elm = vnode.elm = (oldVnode.elm as Node);
    let oldCh = oldVnode.children;
    let ch = vnode.children;
    if (oldVnode === vnode) return; // 都是undefined
    ...
    if (isUndef(vnode.text)) { // 新节点不是textNode
      if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
        // 子节点都存在，updateChildren对子节点进行diff
        if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh as Array, ch as Array, insertedVnodeQueue);
      } else if (isDef(ch)) {
         // 旧节点没有子节点，且新节点有子节点。将新节点的子节点添加进来
        if (isDef(oldVnode.text)) api.setTextContent(elm, '');
        addVnodes(elm, null, ch as Array, 0, (ch as Array).length - 1, insertedVnodeQueue);
      } else if (isDef(oldCh)) {
        // 新节点没有子节点，且旧节点有子节点。 删除旧节点的子节点
        removeVnodes(elm, oldCh as Array, 0, (oldCh as Array).length - 1);
      } else if (isDef(oldVnode.text)) {
         // 新旧节点都没有子节点。更新text
        api.setTextContent(elm, '');
      }
    } else if (oldVnode.text !== vnode.text) { 
      // 新节点是textNode且新旧不一致
      api.setTextContent(elm, vnode.text as string);
    }
    ...
  }

四、举个例子

如果两个元素相同(key和sel)，则判断其children，过程中维护四个变量

oldStartIdx => 旧头索引
oldEndIdx => 旧尾索引
newStartIdx => 新头索引
newEndIdx => 新尾索引

例如下图中children由ABCDEF -> ADGCEF，其中假设其sel相同且都设置有key,A的key为A，B的key为B,依次类推

循环判断如下:

step1：比较首元素(oldStart/newStart)，相同则后移继续，否则step2
step2：比较尾元素(oldEnd/newEnd) ,相同则前移继续，否则step3
step3：比较首尾元素(oldStart/newEnd) ,相同则移动元素并继续，否则step4
step4：比较尾首元素(oldEnd/newStart) ，相同则移动元素并继续，否则step5
step5：判断newStart在旧节点中是否存在，存在则移动，否则新增
最后：删除多余的旧节点或插入多余的新节点

参看源码https://github.com/snabbdom/snabbdom/blob/master/src/snabbdom.ts#L179

为什么维护四个变量？有什么优势？两个变量是否可以？此处留个疑问。

第一步

oldStart === newStart，则执行上面3.3. 且oldStartIdx++, newStartIdx++.

第二步

oldEnd === newEnd，则执行上面3.3. 且oldEndIdx--, newEndIdx--.

第三步

同上，oldEnd === newEnd，则执行上面3.3. 且oldEndIdx--, newEndIdx--.

第四步

oldStart !== newStart
oldEnd !== newEnd
oldStart !== newEnd
oldEnd === newStart

oldEnd === newStart，将oldEnd插入到oldStart之前，并执行上面3.3. 且oldEndIdx--, newStartIdx++.

第五步

首尾元素均不相同！判断newStart在旧元素中是否存在，存在则移动，否则将新元素插入

oldKeyToIdx = [B, C] // 从oldStartIdx到oldEndIdx的所有元素
G in [B, C] ? NO!

将newStart插入到oldStart之前，并执行上面3.3.且newStartIdx++.

第六步

同上。H in [B, C] ? NO! 将newStart插入到oldStart之前，并执行3.3.且newStartIdx++.

第七步

新节点遍历完成。跳出循环，依次删除B和C。结束

至此，循环遍历结束。现在回答上面的问题，为什么维护四个变量？有什么优势？两个变量是否可以？两个变量当然是可以的，四个变量的优势在于：四个变量可以更好的应对插入的场景。例如:

ABCDEF -> GABCDEF的场景
ABCDEF -> BCDEFA的场景

参考文档

https://github.com/snabbdom/snabbdom
https://calendar.perfplanet.com/2013/diff/
https://segmentfault.com/a/1190000009017324
https://segmentfault.com/a/1190000009017349
https://www.zhihu.com/question/29504639
http://www.infoq.com/cn/articles/react-dom-diff