vue2.0的diff算法详解

前言

vue2.0加入了virtual dom，有向react靠拢的意思。vue的diff位于patch.js文件中，一个小框架aoy也同样使用此算法，该算法来源于snabbdom，复杂度为O(n)。
了解diff过程可以让我们更高效的使用框架。

本文力求以图文并茂的方式来讲明这个diff的过程。

virtual dom

如果不了解virtual dom，要理解diff的过程是比较困难的。虚拟dom对应的是真实dom，使用document.CreateElement 和 document.CreateTextNode创建的就是真实节点。

我们可以做个试验。打印出一个空元素的第一层属性，可以看到标准让元素实现的东西太多了。如果每次都重新生成新的元素，对性能是巨大的浪费。

var mydiv = document.createElement('div');
for(var k in mydiv ){
 console.log(k)
}

virtual dom就是解决这个问题的一个思路，到底什么是virtual dom呢？通俗易懂的来说就是用一个简单的对象去代替复杂的dom对象。
举个简单的例子，我们在body里插入一个class为a的div。

var mydiv = document.createElement('div');
mydiv.className = 'a';
document.body.appendChild(mydiv);

对于这个div我们可以用一个简单的对象mydivVirtual代表它，它存储了对应dom的一些重要参数，在改变dom之前，会先比较相应虚拟dom的数据，如果需要改变，才会将改变应用到真实dom上。

//伪代码
var mydivVirtual = { 
  tagName: 'DIV',
  className: 'a'
};
var newmydivVirtual = {
   tagName: 'DIV',
   className: 'b'
}
if(mydivVirtual.tagName !== newmydivVirtual.tagName || mydivVirtual.className  !== newmydivVirtual.className){
   change(mydiv)
}

// 会执行相应的修改 mydiv.className = 'b';
//最后

读到这里就会产生一个疑问，为什么不直接修改dom而需要加一层virtual dom呢？

很多时候手工优化dom确实会比virtual dom效率高，对于比较简单的dom结构用手工优化没有问题，但当页面结构很庞大，结构很复杂时，手工优化会花去大量时间，而且可维护性也不高，不能保证每个人都有手工优化的能力。至此，virtual dom的解决方案应运而生，virtual dom很多时候都不是最优的操作，但它具有普适性，在效率、可维护性之间达平衡。

virtual dom 另一个重大意义就是提供一个中间层，js去写ui，ios安卓之类的负责渲染，就像reactNative一样。

分析diff

一篇相当经典的文章React’s diff algorithm中的图，react的diff其实和vue的diff大同小异。所以这张图能很好的解释过程。比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较。

举个形象的例子。

我们可能期望将直接移动到

的后边，这是最优的操作。但是实际的diff操作是移除

里的在创建一个新的插到

的后边。
因为新加的在层级2，旧的在层级3，属于不同层级的比较。

源码分析

文中的代码位于aoy-diff中，已经精简了很多代码，留下最核心的部分。

diff的过程就是调用patch函数，就像打补丁一样修改真实dom。

function patch (oldVnode, vnode) {
    if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
        patchVnode(oldVnode, vnode)
    } else {
        const oEl = oldVnode.el
        let parentEle = api.parentNode(oEl)
        createEle(vnode)
        if (parentEle !== null) {
            api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl))
            api.removeChild(parentEle, oldVnode.el)
            oldVnode = null
        }
    }
    return vnode
}

patch函数有两个参数，vnode和oldVnode，也就是新旧两个虚拟节点。在这之前，我们先了解完整的vnode都有什么属性，举个一个简单的例子:

// body下的  对应的 oldVnode 就是

{
  el:  div  //对真实的节点的引用，本例中就是document.querySelector('#id.classA')
  tagName: 'DIV',   //节点的标签
  sel: 'div#v.classA'  //节点的选择器
  data: null,       // 一个存储节点属性的对象，对应节点的el[prop]属性，例如onclick , style
  children: [], //存储子节点的数组，每个子节点也是vnode结构
  text: null,    //如果是文本节点，对应文本节点的textContent，否则为null
}

需要注意的是，el属性引用的是此 virtual dom对应的真实dom，patch的vnode参数的el最初是null，因为patch之前它还没有对应的真实dom。

来到patch的第一部分，

if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
    patchVnode(oldVnode, vnode)
}

sameVnode函数就是看这两个节点是否值得比较，代码相当简单：

function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&  // key值
    a.tagName === b.tagName &&  // 标签名
    a.isComment === b.isComment &&  // 是否为注释节点
    // 是否都定义了data，data包含一些具体信息，例如onclick , style
    isDef(a.data) === isDef(b.data) &&  
    sameInputType(a, b) // 当标签是的时候，type必须相同
  )
}

两个vnode的key和sel相同才去比较它们，比如p和span，div.classA和div.classB都被认为是不同结构而不去比较它们。

如果值得比较会执行patchVnode(oldVnode, vnode)，稍后会详细讲patchVnode函数。

当节点不值得比较，进入else中

else {
        const oEl = oldVnode.el
        let parentEle = api.parentNode(oEl)
        createEle(vnode)
        if (parentEle !== null) {
            api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl))
            api.removeChild(parentEle, oldVnode.el)
            oldVnode = null
        }
    }

过程如下：

取得oldvnode.el的父节点，parentEle是真实dom
createEle(vnode)会为vnode创建它的真实dom，令vnode.el =真实dom
parentEle将新的dom插入，移除旧的dom

当不值得比较时，新节点直接把老节点整个替换了

最后

return vnode

patch最后会返回vnode，vnode和进入patch之前的不同在哪？
没错，就是vnode.el，唯一的改变就是之前vnode.el = null, 而现在它引用的是对应的真实dom。

var oldVnode = patch (oldVnode, vnode)

至此完成一个patch过程。

patchVnode

两个节点值得比较时，会调用patchVnode函数

patchVnode (oldVnode, vnode) {
    const el = vnode.el = oldVnode.el
    let i, oldCh = oldVnode.children, ch = vnode.children
    if (oldVnode === vnode) return
    if (oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text) {
        api.setTextContent(el, vnode.text)
    }else {
        updateEle(el, vnode, oldVnode)
        if (oldCh && ch && oldCh !== ch) {
            updateChildren(el, oldCh, ch)
        }else if (ch){
            createEle(vnode) //create el's children dom
        }else if (oldCh){
            api.removeChildren(el)
        }
    }
}

const el = vnode.el = oldVnode.el 这是很重要的一步，让vnode.el引用到现在的真实dom，当el修改时，vnode.el会同步变化。

节点的比较有5种情况:

if (oldVnode === vnode)，他们的引用一致，可以认为没有变化。
if(oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text)，文本节点的比较，需要修改，则会调用Node.textContent = vnode.text。
if( oldCh && ch && oldCh !== ch ), 两个节点都有子节点，而且它们不一样，这样我们会调用updateChildren函数比较子节点，这是diff的核心，后边会讲到。
else if (ch)，只有新的节点有子节点，调用createEle(vnode)，vnode.el已经引用了老的dom节点，createEle函数会在老dom节点上添加子节点。
else if (oldCh)，新节点没有子节点，老节点有子节点，直接删除老节点。

updateChildren

  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, elmToMove, refElm

    // removeOnly is a special flag used only by 
    // to ensure removed elements stay in correct relative positions
    // during leaving transitions
    const canMove = !removeOnly

    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)) {
        /*前四种情况其实是指定key的时候，判定为同一个VNode，则直接patchVnode即可，分别比较oldCh以及newCh的两头节点2*2=4种情况*/
        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)
        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      } else {
        /*
          生成一个key与旧VNode的key对应的哈希表（只有第一次进来undefined的时候会生成，也为后面检测重复的key值做铺垫）
          比如childre是这样的 [{xx: xx, key: 'key0'}, {xx: xx, key: 'key1'}, {xx: xx, key: 'key2'}]  beginIdx = 0   endIdx = 2  
          结果生成{key0: 0, key1: 1, key2: 2}
        */
        if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
        /*如果newStartVnode新的VNode节点存在key并且这个key在oldVnode中能找到则返回这个节点的idxInOld（即第几个节点，下标）*/
        idxInOld = isDef(newStartVnode.key) ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key] : null
        if (isUndef(idxInOld)) { // New element
          /*newStartVnode没有key或者是该key没有在老节点中找到则创建一个新的节点*/
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
          newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        } else {
          /*获取同key的老节点*/
          elmToMove = oldCh[idxInOld]
          /* istanbul ignore if */
          if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !elmToMove) {
            /*如果elmToMove不存在说明之前已经有新节点放入过这个key的DOM中，提示可能存在重复的key，确保v-for的时候item有唯一的key值*/
            warn(
              'It seems there are duplicate keys that is causing an update error. ' +
              'Make sure each v-for item has a unique key.'
            )
          }
          if (sameVnode(elmToMove, newStartVnode)) {
            /*Github:https://github.com/answershuto*/
            /*如果新VNode与得到的有相同key的节点是同一个VNode则进行patchVnode*/
            patchVnode(elmToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            /*因为已经patchVnode进去了，所以将这个老节点赋值undefined，之后如果还有新节点与该节点key相同可以检测出来提示已有重复的key*/
            oldCh[idxInOld] = undefined
            /*当有标识位canMove实可以直接插入oldStartVnode对应的真实DOM节点前面*/
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, newStartVnode.elm, oldStartVnode.elm)
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
          } else {
            // same key but different element. treat as new element
            /*当新的VNode与找到的同样key的VNode不是sameVNode的时候（比如说tag不一样或者是有不一样type的input标签），创建一个新的节点*/
            createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
          }
        }
      }
    }
    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
      /*全部比较完成以后，发现oldStartIdx > oldEndIdx的话，说明老节点已经遍历完了，新节点比老节点多，所以这时候多出来的新节点需要一个一个创建出来加入到真实DOM中*/
      refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
      addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
    } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
      /*如果全部比较完成以后发现newStartIdx > newEndIdx，则说明新节点已经遍历完了，老节点多余新节点，这个时候需要将多余的老节点从真实DOM中移除*/
      removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
  }

代码很密集，为了形象的描述这个过程，可以看看这张图。

过程可以概括为：oldCh和newCh各有两个头尾的变量StartIdx和EndIdx，它们的2个变量相互比较，一共有4种比较方式。如果4种比较都没匹配，如果设置了key，就会用key进行比较，在比较的过程中，变量会往中间靠，一旦StartIdx>EndIdx表明oldCh和newCh至少有一个已经遍历完了，就会结束比较。

具体的diff分析

设置key和不设置key的区别：

不设key，newCh和oldCh只会进行头尾两端的相互比较，设key后，除了头尾两端的比较外，还会从用key生成的对象oldKeyToIdx中查找匹配的节点，所以为节点设置key可以更高效的利用dom。

diff的遍历过程中，只要是对dom进行的操作都调用api.insertBefore，api.insertBefore只是原生insertBefore的简单封装。
比较分为两种，一种是有vnode.key的，一种是没有的。但这两种比较对真实dom的操作是一致的。

对于与sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)和sameVnode(oldEndVnode,newEndVnode)为true的情况，不需要对dom进行移动。

总结遍历过程，有3种dom操作：

当oldStartVnode，newEndVnode值得比较，说明oldStartVnode.el跑到oldEndVnode.el的后边了。

图中假设startIdx遍历到1。

当oldEndVnode，newStartVnode值得比较，oldEndVnode.el跑到了oldStartVnode.el的前边，准确的说应该是oldEndVnode.el需要移动到oldStartVnode.el的前边。

newCh中的节点oldCh里没有，将新节点插入到oldStartVnode.el的前边。

在结束时，分为两种情况：

oldStartIdx > oldEndIdx，可以认为oldCh先遍历完。当然也有可能newCh此时也正好完成了遍历，统一都归为此类。此时newStartIdx和newEndIdx之间的vnode是新增的，调用addVnodes，把他们全部插进before的后边，before很多时候是为null的。addVnodes调用的是insertBefore操作dom节点，我们看看insertBefore的文档：parentElement.insertBefore(newElement, referenceElement)
如果referenceElement为null则newElement将被插入到子节点的末尾。如果newElement已经在DOM树中，newElement首先会从DOM树中移除。所以before为null，newElement将被插入到子节点的末尾。