详解diff算法的流程以及实现

一、当数据发生变化时，vue怎么更新节点

要知道渲染真实DOM的开销是很大的，比如有时候我们修改了某个数据，如果直接渲染到真实dom上会引起整个dom树的重绘和重排，有没有可能我们只更新我们修改的那一小块dom而不要更新整个dom呢？diff算法能够帮助我们。

我们先根据真实DOM生成一颗virtual DOM，当virtual DOM某个节点的数据改变后会生成一个新的Vnode，然后Vnode和oldVnode作对比，发现有不一样的地方就直接修改在真实的DOM上，然后使oldVnode的值为Vnode。

diff的过程就是调用名为patch的函数，比较新旧节点，一边比较一边给真实的DOM打补丁。

二、virtual(虚拟) DOM和real(真实) DOM的区别

virtual DOM是将真实的DOM的数据抽取出来，以对象的形式模拟树形结构。比如dom是这样的：

<div>
    <p>123p>
div>

对应的virtual DOM（伪代码）：

var Vnode = {
     
    tag: 'div',
    children: [
        {
      tag: 'p', text: '123' }
    ]
};

三、diff的比较方式

在采取diff算法比较新旧节点的时候，比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较。

<div>
    <p>123p>
div>

<div>
    <span>456span>
div>

上面的代码会分别比较同一层的两个div以及第二层的p和span，但是不会拿div和span作比较。在别处看到的一张很形象的图

四、diff算法流程图

当数据发生改变时，set方法会让调用Dep.notify通知所有订阅者Watcher，订阅者就会调用patch给真实的DOM打补丁，更新相应的视图。

五、具体代码分析（部分核心代码）

1、patch (打补丁)

判断两节点是否值得比较，值得比较则执行patchVnode，不值得比较则用Vnode替换oldVnode

function patch (oldVnode, vnode) {
     
    // 比较两节点的方法
    if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
     
        patchVnode(oldVnode, vnode)
    } else {
     
        const oEl = oldVnode.el // 当前oldVnode对应的真实元素节点
        let parentEle = api.parentNode(oEl)  // 父元素
        createEle(vnode)  // 根据Vnode生成新元素
        if (parentEle !== null) {
     
            api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl)) // 将新元素添加进父元素
            api.removeChild(parentEle, oldVnode.el)  // 移除以前的旧元素节点
            oldVnode = null
        }
    }
    // some code 
    return vnode
}

简单来说，patch方法的作用是判断传进来的两节点是否相同，相同比较下一对节点，不同则不用比较下一对节点，直接将新元素替换旧元素

2、sameVnode方法

patch用到的比较节点的方法——sameVnode

function sameVnode (a, b) {
      
  return (
    a.key === b.key &&  // key值
    a.tag === b.tag &&  // 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
  )
}

3、patchVnode方法

patchVnode (oldVnode, vnode) {
      
    const el = vnode.el = oldVnode.el //找到对应的真实dom，称为el
    let i, oldCh = oldVnode.children, ch = vnode.children
    if (oldVnode === vnode) return // 判断Vnode和oldVnode是否指向同一个对象，如果是，那么直接return
    if (oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text) {
      
        api.setTextContent(el, vnode.text) //如果他们都有文本节点并且不相等，那么将el的文本节点设置为Vnode的文本节点。
    }else {
      
        updateEle(el, vnode, oldVnode)
        if (oldCh && ch && oldCh !== ch) {
      
            updateChildren(el, oldCh, ch) // 如果两者都有子节点，则执行updateChildren函数比较子节点!!!!!!!!!
        }else if (ch){
       // 如果oldVnode没有子节点而Vnode有，则将Vnode的子节点真实化之后添加到el
            createEle(vnode) //create el's children dom
        }else if (oldCh){
       // 如果oldVnode有子节点而Vnode没有，则删除el的子节点
            api.removeChildren(el)
        }
    }
}

这个方法的步骤简而言之是:

• 找到对应的真实dom，称为el 判断Vnode和oldVnode是否指向同一个对象，如果是，那么直接return

• 如果他们都有文本节点并且不相等，那么将el的文本节点设置为Vnode的文本节点。

• 如果oldVnode有子节点而Vnode没有，则删除el的子节点

• 如果oldVnode没有子节点而Vnode有，则将Vnode的子节点真实化之后添加到el

• 如果两者都有子节点，则执行updateChildren函数比较子节点，这一步很重要

4、updateChildren方法

在patchVnode方法中我们出现了updateChildren方法，那这个方法是什么呢？

updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
      
    let oldStartIdx = 0, 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
    let idxInOld
    let elmToMove
    let before
    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
      
        // 空对比
        if (oldStartVnode == null) {
         // 对于vnode.key的比较，会把oldVnode = null
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] 
        }else if (oldEndVnode == null) {
      
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        }else if (newStartVnode == null) {
      
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else if (newEndVnode == null) {
      
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      
            // 首首对比
            patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      
            // 尾尾对比
            patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
      
            // 首尾对比
            patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode)
            api.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.el, api.nextSibling(oldEndVnode.el))
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
      
            // 尾首对比
            patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
            api.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.el, oldStartVnode.el)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else {
      
            // 上述四种对比方法都没找到   只好老老实实的依次遍历对比数据(key)
           // 使用key时的比较
            if (oldKeyToIdx === undefined) {
      
                oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx) // 有key生成index表
            }
            //比较在旧的key值列表中是否有新的节点的key值
            idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
            if (!idxInOld) {
      
                // 旧的key值列表中不存在新的key值   直接新增节点
                api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
            }
            else {
      
                // 旧的key值列表中存在新的key值
                elmToMove = oldCh[idxInOld]
                if (elmToMove.sel !== newStartVnode.sel) {
      
                    // 对应key值相同的旧节点的标签名不一样   新增节点
                    api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
                }else {
      
                    // 更新以及判断是否递归updateChildren
                    patchVnode(elmToMove, newStartVnode)
                    oldCh[idxInOld] = null
                    api.insertBefore(parentElm, elmToMove.el, oldStartVnode.el)
                }
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
            }
        }
    }
    // 遍历完毕  将新增的节点批量新增  将多余的节点批量删除
    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
      
        before = newCh[newEndIdx + 1] == null ? null : newCh[newEndIdx + 1].el
        addVnodes(parentElm, before, newCh, newStartIdx, newEndIdx)
    }else if (newStartIdx > newEndIdx) {
      
        removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
}

这个函数的作用分两点

• 将Vnode的子节点Vch和oldVnode的子节点oldCh提取出来
• oldCh和vCh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vCh至少有一个已经遍历完了，就会结束比较。

上面一大串代码相信大家看的不是很明白，接下来给大家图解一波

图解updateChildren

首先是粉红色的部分为oldCh和vCh



接着我们将它们取出来并分别用s和e指针指向它们的头child和尾child

现在分别对oldS、oldE、S、E两两做sameVnode比较，有四种比较方式，当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置，这句话有点绕，打个比方

• 如果是oldS和E匹配上了，那么真实dom中的第一个节点会移到最后
• 如果是oldE和S匹配上了，那么真实dom中的最后一个节点会移到最前，匹配上的两个指针向中间移动
• 如果四种匹配没有一对是成功的，那么遍历oldChild，S挨个和他们匹配，匹配成功就在真实dom中将成功的节点移到最前面，如果依旧没有成功的，那么将S对应的节点插入到dom中对应的oldS位置，oldS和S指针向中间移动。

在配个图讲解以下步骤

• 第一步

oldS = a, oldE = d；
S = a, E = b;

oldS和S匹配，则将dom中的a节点放到第一个，已经是第一个了就不管了，此时dom的位置为：a b d

• 第二步

oldS = b, oldE = d；
S = c, E = b;

oldS和E匹配，就将原本的b节点移动到最后，因为E是最后一个节点，他们位置要一致，这就是上面说的：当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置，此时dom的位置为：a d b

• 第三步

oldS = d, oldE = d；
S = c, E = d;

oldE和E匹配，位置不变此时dom的位置为：a d b

• 第四步

oldS++;
oldE--;
oldS > oldE;

遍历结束，说明oldCh先遍历完。就将剩余的vCh节点根据自己的的index插入到真实dom中去，此时dom位置为：a c d b

一次模拟到这里就完成了。

这个匹配过程的结束有两个条件：

• oldS > oldE表示oldCh先遍历完，那么就将多余的vCh根据index添加到dom中去
• S > E表示vCh先遍历完，那么就在真实dom中将区间为[oldS, oldE]的多余节点删掉
  

六、组件循环数据时 key的选取问题

1、没有key的情况

<ul>
  <li>1li>
  <li>2li>
ul>

对应虚拟节点如下

{
      
  tag: 'ul',
  children: [
    {
       tag: 'li', children: [ {
       vnode: {
       text: '1' }}]  },
    {
       tag: 'li', children: [ {
       vnode: {
       text: '2' }}]  },
  ]
}

触发patch =>sameVnode (没有key,返回false) 重新渲染节点,每次都会重新渲染节点(大量消耗性能)

2、采用index作为key

<ul>
    <item
        v-for="(num, index) in nums"
        :key="index"
        :num="num"
    >item>
ul>

虚拟节点如下

[
    {
      
        tag: "item",
        key: 0,
        props: {
      
            num: 1
        }
    },
    {
      
        tag: "item",
        key: 1,
        props: {
      
            num: 2
        }
    },
    {
      
        tag: "item",
        key: 2,
        props: {
      
            num: 3
        }
    }
];

数组反转后的虚拟节点如下

    {
        tag: "item",
        key: 0,
        props: {
    	    num: 3
        }
    },
    {
        tag: "item",
        key: 1,
        props: {
    	    num: 2
        }
    },
    {
        tag: "item",
        key: 2,
        props: {
    	   num: 1
        }
    }
];

• 使用index作为节点的key，在进行子节点的 diff 过程中，会在 旧首节点和新首节点用sameNode对比。这一步命中逻辑，因为现在新旧两次首部节点 的 key 都是 0了
• 在patchVnode中触发文本重置=>触发子组件视图的重新渲染=>导致类名、样式、指令，那么都会被全量的更新

随机数作为key也类似于index的状况(基本全部重新更新)