浅谈Vue中的diff算法

一、是什么

diff算法是一种比较同一层DOM树节点的高效算法，在Vue中作用于将虚拟dom渲染成真实dom时，新旧VNode的比较。

二、比较方式

diff算法的整体策略是：深度优先，同层比较。

新旧VNode节点如下图所示：

第一次循环后，发现旧节点D与新节点D相同，直接复用旧节点D作为diff后的第一个真实节点，同时旧节点endIndex移动到C，新节点的 startIndex 移动到了 C。

第二次循环后，同样是旧节点的末尾和新节点的开头(都是 C)相同，同理，diff 后创建了 C 的真实节点插入到第一次创建的 B 节点后面。同时旧节点的 endIndex 移动到了 B，新节点的 startIndex 移动到了 E。

第三次循环中，发现E没有找到，这时候只能直接创建新的真实节点 E，插入到第二次创建的 C 节点之后。同时新节点的 startIndex 移动到了 A。旧节点的 startIndex 和 endIndex 都保持不动。

 第四次循环中，发现了新旧节点的开头(都是 A)相同，于是 diff 后创建了 A 的真实节点，插入到前一次创建的 E 节点后面。同时旧节点的 startIndex 移动到了 B，新节点的 startIndex 移动到了 B。

 第五次循环中，情形同第四次循环一样，因此 diff 后创建了 B 真实节点 插入到前一次创建的 A 节点后面。同时旧节点的 startIndex 移动到了 C，新节点的 startIndex 移动到了 F。

新节点的 startIndex 已经大于 endIndex 了，需要创建 newStartIdx 和 newEndIdx 之间的所有节点，也就是节点F，直接创建 F 节点对应的真实节点放到 B 节点后面。

三、源码分析 

可以先参考这两篇文章：

关于Vue中的虚拟DOM（h函数、patch函数源码）

Vue中双向绑定的实现原理。

当数据发生改变时，set方法会调用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。patch函数源码：

function patch(oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
    if (isUndef(vnode)) { // 没有新节点，直接执行destory钩子函数
        if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
        return
    }

    let isInitialPatch = false
    const insertedVnodeQueue = []

    if (isUndef(oldVnode)) {
        isInitialPatch = true
        createElm(vnode, insertedVnodeQueue) // 没有旧节点，直接用新节点生成dom元素
    } else {
        const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
        if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
            // 判断旧节点和新节点自身一样，一致执行patchVnode
            patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
        } else {
            // 否则直接销毁及旧节点，根据新节点生成dom元素
            if (isRealElement) {

                if (oldVnode.nodeType === 1 && oldVnode.hasAttribute(SSR_ATTR)) {
                    oldVnode.removeAttribute(SSR_ATTR)
                    hydrating = true
                }
                if (isTrue(hydrating)) {
                    if (hydrate(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue)) {
                        invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, true)
                        return oldVnode
                    }
                }
                oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
            }
            return vnode.elm
        }
    }
}

patch函数前两个参数位为oldVnode 和 Vnode ，分别代表新的节点和之前的旧节点，主要做了四个判断：

1. 没有新节点，直接触发旧节点的destory钩子
2. 没有旧节点，说明是页面刚开始初始化的时候，此时，根本不需要比较了，直接全是新建，所以只调用 createElm
3. 旧节点和新节点自身一样，通过 sameVnode 判断节点是否一样，一样时，直接调用 patchVnode去处理这两个节点
4. 旧节点和新节点自身不一样，当两个节点不一样的时候，直接创建新节点，删除旧节点

patchVnode比较自身一样的新旧节点，源码为：

function patchVnode (oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
    // 如果新旧节点一致，什么都不做
    if (oldVnode === vnode) {
      return
    }

    // 让vnode.el引用到现在的真实dom，当el修改时，vnode.el会同步变化
    const elm = vnode.elm = oldVnode.elm

    // 异步占位符
    if (isTrue(oldVnode.isAsyncPlaceholder)) {
      if (isDef(vnode.asyncFactory.resolved)) {
        hydrate(oldVnode.elm, vnode, insertedVnodeQueue)
      } else {
        vnode.isAsyncPlaceholder = true
      }
      return
    }
    // 如果新旧都是静态节点，并且具有相同的key
    // 当vnode是克隆节点或是v-once指令控制的节点时，只需要把oldVnode.elm和oldVnode.child都复制到vnode上
    // 也不用再有其他操作
    if (isTrue(vnode.isStatic) &&
      isTrue(oldVnode.isStatic) &&
      vnode.key === oldVnode.key &&
      (isTrue(vnode.isCloned) || isTrue(vnode.isOnce))
    ) {
      vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
      return
    }

    let i
    const data = vnode.data
    if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
      i(oldVnode, vnode)
    }

    const oldCh = oldVnode.children
    const ch = vnode.children
    if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
      for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
      if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
    }
    // 如果vnode不是文本节点或者注释节点
    if (isUndef(vnode.text)) {
      // 并且都有子节点
      if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
        // 并且子节点不完全一致，则调用updateChildren
        if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)

        // 如果只有新的vnode有子节点
      } else if (isDef(ch)) {
        if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
        // elm已经引用了老的dom节点，在老的dom节点上添加子节点
        addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)

        // 如果新vnode没有子节点，而vnode有子节点，直接删除老的oldCh
      } else if (isDef(oldCh)) {
        removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)

        // 如果老节点是文本节点
      } else if (isDef(oldVnode.text)) {
        nodeOps.setTextContent(elm, '')
      }

      // 如果新vnode和老vnode是文本节点或注释节点
      // 但是vnode.text != oldVnode.text时，只需要更新vnode.elm的文本内容就可以
    } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
      nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
    }
    if (isDef(data)) {
      if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.postpatch)) i(oldVnode, vnode)
    }
  }

patchVnode主要做了几个判断：

1. 新节点是否是文本节点，如果是，则直接更新dom的文本内容为新节点的文本内容
2. 新节点和旧节点如果都有子节点，则处理比较更新子节点（diff算法）
3. 只有新节点有子节点，旧节点没有，那么不用比较了，所有节点都是全新的，所以直接全部新建就好了，新建是指创建出所有新DOM，并且添加进父节点
4. 只有旧节点有子节点而新节点没有，说明更新后的页面，旧节点全部都不见了，那么要做的，就是把所有的旧节点删除，也就是直接把DOM 删除

子节点不完全一致，则调用updateChildren（diff算法核心）：

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
    let oldStartIdx = 0 // 旧头索引
    let newStartIdx = 0 // 新头索引
    let oldEndIdx = oldCh.length - 1 // 旧尾索引
    let newEndIdx = newCh.length - 1 // 新尾索引
    let oldStartVnode = oldCh[0] // oldVnode的第一个child
    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx] // oldVnode的最后一个child
    let newStartVnode = newCh[0] // newVnode的第一个child
    let newEndVnode = newCh[newEndIdx] // newVnode的最后一个child
    let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm

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

    // 如果oldStartVnode和oldEndVnode重合，并且新的也都重合了，证明diff完了，循环结束
    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
      // 如果oldVnode的第一个child不存在
      if (isUndef(oldStartVnode)) {
        // oldStart索引右移
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left

      // 如果oldVnode的最后一个child不存在
      } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
        // oldEnd索引左移
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]

      // oldStartVnode和newStartVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
        // patch oldStartVnode和newStartVnode， 索引左移，继续循环
        patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]

      // oldEndVnode和newEndVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
        // patch oldEndVnode和newEndVnode，索引右移，继续循环
        patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]

      // oldStartVnode和newEndVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
        // patch oldStartVnode和newEndVnode
        patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
        // 如果removeOnly是false，则将oldStartVnode.eml移动到oldEndVnode.elm之后
        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
        // oldStart索引右移，newEnd索引左移
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]

      // 如果oldEndVnode和newStartVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
        // patch oldEndVnode和newStartVnode
        patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
        // 如果removeOnly是false，则将oldEndVnode.elm移动到oldStartVnode.elm之前
        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
        // oldEnd索引左移，newStart索引右移
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]

      // 如果都不匹配
      } else {
        if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)

        // 尝试在oldChildren中寻找和newStartVnode的具有相同的key的Vnode
        idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
          ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
          : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)

        // 如果未找到，说明newStartVnode是一个新的节点
        if (isUndef(idxInOld)) { // New element
          // 创建一个新Vnode
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)

        // 如果找到了和newStartVnodej具有相同的key的Vnode，叫vnodeToMove
        } else {
          vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
          /* istanbul ignore if */
          if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !vnodeToMove) {
            warn(
              'It seems there are duplicate keys that is causing an update error. ' +
              'Make sure each v-for item has a unique key.'
            )
          }

          // 比较两个具有相同的key的新节点是否是同一个节点
          //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。
          if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
            // patch vnodeToMove和newStartVnode
            patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            // 清除
            oldCh[idxInOld] = undefined
            // 如果removeOnly是false，则将找到的和newStartVnodej具有相同的key的Vnode，叫vnodeToMove.elm
            // 移动到oldStartVnode.elm之前
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)

          // 如果key相同，但是节点不相同，则创建一个新的节点
          } else {
            // same key but different element. treat as new element
            createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
          }
        }

        // 右移
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      }
    }

while循环主要处理了以下五种情景：

1. 当新老 VNode 节点的 start 相同时，直接 patchVnode ，同时新老 VNode 节点的开始索引都加 1
2. 当新老 VNode 节点的 end相同时，同样直接 patchVnode ，同时新老 VNode 节点的结束索引都减 1
3. 当老 VNode 节点的 start 和新 VNode 节点的 end 相同时，这时候在 patchVnode 后，还需要将当前真实 dom 节点移动到 oldEndVnode 的后面，同时老 VNode 节点开始索引加 1，新 VNode 节点的结束索引减 1
4. 当老 VNode 节点的 end 和新 VNode 节点的 start 相同时，这时候在 patchVnode 后，还需要将当前真实 dom 节点移动到 oldStartVnode 的前面，同时老 VNode 节点结束索引减 1，新 VNode 节点的开始索引加 1
5. 如果都不满足以上四种情形，那说明没有相同的节点可以复用，则会分为以下两种情况：
   • 从旧的 VNode 为 key 值，对应 index 序列为 value 值的哈希表中找到与 newStartVnode 一致 key 的旧的 VNode 节点，再进行patchVnode ，同时将这个真实 dom 移动到 oldStartVnode 对应的真实 dom 的前面
   • 调用 createElm 创建一个新的 dom 节点放到当前 newStartIdx 的位置