vue核心之真实DOM页面渲染过程和虚拟DOM(vdom)、Diff算法

一、真实DOM和其解析流程？ 

    浏览器渲染引擎工作流程都差不多，大致分为5步，创建DOM树——创建StyleRules——创建Render树——布局Layout——绘制Painting

    第一步，用HTML分析器，分析HTML元素，构建一颗DOM树(标记化和树构建)。

    第二步，用CSS分析器，分析CSS文件和元素上的inline样式，生成页面的样式表。

    第三步，将DOM树和样式表，关联起来，构建一颗Render树/渲染树(这一过程又称为Attachment)。每个DOM节点都有attach方法，接受样式信息，返回一个render对象(又名renderer)。这些render对象最终会被构建成一颗Render树。

    第四步，有了Render树，浏览器开始布局，为每个Render树上的节点确定一个在显示屏上出现的精确坐标。

    第五步，Render树和节点显示坐标都有了，就调用每个节点paint方法，把它们绘制出来。 

    DOM树的构建是文档加载完成开始的？构建DOM数是一个渐进过程，为达到更好用户体验，渲染引擎会尽快将内容显示在屏幕上。它不必等到整个HTML文档解析完毕之后才开始构建render数和布局。

    Render树是DOM树和CSSOM树构建完毕才开始构建的吗？这三个过程在实际进行的时候又不是完全独立，而是会有交叉。会造成一边加载，一遍解析，一遍渲染的工作现象。

    CSS的解析是从右往左逆向解析的(从DOM树的下－上解析比上－下解析效率高)，嵌套标签越多，解析越慢。

DOM树和渲染树的区别？

        DOM树是和HTML标签一一对应的，包含 head 和隐藏元素

        渲染树是不包含 head 和隐藏元素

webkit渲染引擎工作流程：

二、JS操作真实DOM的代价！

        用我们传统的开发模式，原生JS或JQ操作DOM时，浏览器会从构建DOM树开始从头到尾执行一遍流程。在一次操作中，我需要更新10个DOM节点，浏览器收到第一个DOM请求后并不知道还有9次更新操作，因此会马上执行流程，最终执行10次。例如，第一次计算完，紧接着下一个DOM更新请求，这个节点的坐标值就变了，前一次计算为无用功。计算DOM节点坐标值等都是白白浪费的性能。即使计算机硬件一直在迭代更新，操作DOM的代价仍旧是昂贵的，频繁操作还是会出现页面卡顿，影响用户体验。

三、为什么需要虚拟DOM，它有什么好处?

DOM操作是Web开发中非常昂贵和低效的操作，尤其是在用户界面频繁更新的情况下。此时，在每次数据更新时重新渲染整个DOM树会导致应用程序性能下降。

为了解决这个问题，虚拟DOM被引入到前端开发中。虚拟DOM把整个DOM树抽象成一个JS对象建立了一一对应的关系，那么每次 dom 的更改，通过找到相应对象，也就找到了相应的dom节点，再对其进行更新。这样的话，就能节省性能，因为js 对象的查询，比对整个dom 树的查询，所消耗的性能要少。这样开发者就可以直接操作JS对象，而不需要频繁地操作DOM。

虚拟DOM简化了DOM操作，同时通过优化算法确保最小化DOM操作次数，从而提高应用性能。

        虚拟DOM就是为了解决浏览器性能问题而被设计出来的。如前，若一次操作中有10次更新DOM的动作，虚拟DOM不会立即操作DOM，而是将这10次更新的diff内容保存到本地一个JS对象中，最终将这个JS对象一次性attch到DOM树上，再进行后续操作，避免大量无谓的计算量。所以，用JS对象模拟DOM节点的好处是，页面的更新可以先全部反映在JS对象(虚拟DOM)上，操作内存中的JS对象的速度显然要更快，等更新完成后，再将最终的JS对象映射成真实的DOM，交由浏览器去绘制。

模版转换成视图的过程

  在正式介绍Virtual DOM之前，我们有必要先了解下模版转换成视图的整个过程(如下图)：

• Vue.js通过编译将模版转换成渲染函数(render)，执行渲染函数就可以得到一个虚拟DOM

• 在对模型进行操作的时候，会触发对应的Dep中的Watcher对象。Watcher对象会调用对应的update来修改视图。这个过程主要是将新旧虚拟DOM进行差异对比，然后根据结果进行对比。
  简单点讲，在Vue的实现上，Vue模版编译成虚拟DOM渲染函数。结合Vue自带的响应系统，在状态改变时，Vue能够智能地计算出重新渲染组件的最小代价并应用到DOM操作上。

• 我们先对上图几个概念嵌入解释：

• 渲染函数：渲染函数是用来生成虚拟DOM的。Vue推荐使用模版来构建我们的应用界面，在实现中Vue布局模版编译成渲染函数，当然我们也可以不写模版，直接写渲染函数，这样子更接近编译后的模版。
• vnode虚拟节点：它可以代表一个真实的DOM节点通过createElement方法能将vnode渲染成DOM节点，简单地说，虚拟节点可以理解成节点描述对象，它描述了应该怎样去创建真实的DOM节点。
• patch(也称为patching算法)：虚拟DOM最核心的部分，它可以将vnode渲染成真实的DOM，这个过程是对比新旧虚拟节点之间有哪些不同，然后根据对比结果找出需要更新的的节点进行更新。这点我们从单词含义就可以看出， patch本身就有补丁、修补的意思，其实际作用是在现有DOM上进行修改来实现更新视图的目的。Vue的Virtual DOM Patching算法是基于Snabbdom的实现，并在些基础上作了很多的调整和改进。

Virtual DOM （虚拟DOM）是什么？

  Virtual DOM 其实就是一棵以 JavaScript 对象( VNode 节点)作为基础的树，用对象属性来描述节点，实际上它只是一层对真实 DOM 的抽象。最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上。

虚拟DOM把整个DOM树抽象成一个JS对象建立了一一对应的关系，那么每次 dom 的更改，通过找到相应对象，也就找到了相应的dom节点，再对其进行更新。这样的话，就能节省性能，因为js 对象的查询，比对整个dom 树的查询，所消耗的性能要少。这样开发者就可以直接操作JS对象，而不需要频繁地操作DOM。

  简单来说，可以把Virtual DOM 理解为一个简单的JS对象，并且最少包含标签( tag)、属性(attrs)和子元素对象( children)三个属性。不同的框架对这三个属性的命名会有点差别。

对于虚拟DOM，咱们来看一个简单的实例，就是下图所示的这个，详细的阐述了模板 → 渲染函数 → 虚拟DOM树 → 真实DOM的一个过程

Virtual DOM的优势

• 具备跨平台的优势
  由于 Virtual DOM 是以 JavaScript 对象为基础而不依赖真实平台环境，所以使它具有了跨平台的能力，比如说浏览器平台、Weex、Node 等。

• 操作 DOM 慢，js运行效率高。我们可以将DOM对比操作放在JS层，提高效率。
  因为DOM操作的执行速度远不如Javascript的运算速度快，因此，把大量的DOM操作搬运到Javascript中，运用patching算法来计算出真正需要更新的节点，最大限度地减少DOM操作，从而显著提高性能。

Virtual DOM 本质上就是在 JS 和 DOM 之间做了一个缓存。可以类比 CPU 和硬盘，既然硬盘这么慢，我们就在它们之间加个缓存：既然 DOM 这么慢，我们就在它们 JS 和 DOM 之间加个缓存。CPU（JS）只操作内存（Virtual DOM），最后的时候再把变更写入硬盘（DOM）

• 提升渲染性能
  Virtual DOM的优势不在于单次的操作，而是在大量、频繁的数据更新下，能够对视图进行合理、高效的更新。

四、实现虚拟DOM

        例如一个真实的DOM节点。

        我们用JS来模拟DOM节点实现虚拟DOM。

 

        其中的Element方法具体怎么实现的呢？

        第一个参数是节点名（如div），第二个参数是节点的属性（如class），第三个参数是子节点（如ul的li）。除了这三个参数会被保存在对象上外，还保存了key和count。其相当于形成了虚拟DOM树。

        有了JS对象后，最终还需要将其映射成真实DOM

 

        我们已经完成了创建虚拟DOM并将其映射成真实DOM，这样所有的更新都可以先反应到虚拟DOM上，如何反应？需要用到Diff算法。

        两棵树如果完全比较时间复杂度是O(n^3)，但参照《深入浅出React和Redux》一书中的介绍，React的Diff算法的时间复杂度是O(n)。要实现这么低的时间复杂度，意味着只能平层的比较两棵树的节点，放弃了深度遍历。这样做，似乎牺牲掉了一定的精确性来换取速度，但考虑到现实中前端页面通常也不会跨层移动DOM元素，这样做是最优的。

        深度优先遍历，记录差异

        。。。。

        Diff算法操作

        在实际代码中，会对新旧两棵树进行一个深度的遍历，每个节点都会有一个标记。每遍历到一个节点就把该节点和新的树进行对比，如果有差异就记录到一个对象中。

        下面我们创建一棵新树，用于和之前的树进行比较，来看看Diff算法是怎么操作的。

diff 算法包括几个步骤：

• 用 JavaScript 对象结构表示 DOM 树的结构；然后用这个树构建一个真正的 DOM 树，插到文档当中
• 当状态变更的时候，重新构造一棵新的对象树。然后用新的树和旧的树进行比较，记录两棵树差异

• 把所记录的差异应用到所构建的真正的DOM树上，视图就更新了

old Tree ：

new Tree：

        平层Diff，只有以下4种情况：

        1、节点类型变了，例如下图中的P变成了H3。我们将这个过程称之为REPLACE。直接将旧节点卸载并装载新节点。旧节点包括下面的子节点都将被卸载，如果新节点和旧节点仅仅是类型不同，但下面的所有子节点都一样时，这样做效率不高。但为了避免O(n^3)的时间复杂度，这样是值得的。这也提醒了开发者，应该避免无谓的节点类型的变化，例如运行时将div变成p没有意义。

        2、节点类型一样，仅仅属性或属性值变了。我们将这个过程称之为PROPS。此时不会触发节点卸载和装载，而是节点更新。

查找不同属性方法 ：

        3、文本变了，文本对也是一个Text Node，也比较简单，直接修改文字内容就行了，我们将这个过程称之为TEXT。

        4、移动／增加／删除 子节点，我们将这个过程称之为REORDER。看一个例子，在A、B、C、D、E五个节点的B和C中的BC两个节点中间加入一个F节点。

        我们简单粗暴的做法是遍历每一个新虚拟DOM的节点，与旧虚拟DOM对比相应节点对比，在旧DOM中是否存在，不同就卸载原来的按上新的。这样会对F后边每一个节点进行操作。卸载C，装载F，卸载D，装载C，卸载E，装载D，装载E。效率太低。

        如果我们在JSX里为数组或枚举型元素增加上key后，它能够根据key，直接找到具体位置进行操作，效率比较高。常见的最小编辑距离问题，可以用Levenshtein Distance算法来实现，时间复杂度是O(M*N)，但通常我们只要一些简单的移动就能满足需要，降低精确性，将时间复杂度降低到O(max(M,N))即可。

最终Diff出来的结果：

映射成真实DOM

        虚拟DOM有了，Diff也有了，现在就可以将Diff应用到真实DOM上了。深度遍历DOM将Diff的内容更新进去。

根据Diff更新DOM：

根据Diff更新DOM ：

 

我们会有两个虚拟DOM(js对象，new/old进行比较diff)，用户交互我们操作数据变化new虚拟DOM，old虚拟DOM会映射成实际DOM(js对象生成的DOM文档)通过DOM fragment操作给浏览器渲染。当修改new虚拟DOM，会把newDOM和oldDOM通过diff算法比较，得出diff结果数据表(用4种变换情况表示)。再把diff结果表通过DOM fragment更新到浏览器DOM中。

虚拟DOM的存在的意义？vdom 的真正意义是为了实现跨平台，服务端渲染，以及提供一个性能还算不错 Dom 更新策略。vdom 让整个 mvvm 框架灵活了起来

Diff算法只是为了虚拟DOM比较替换效率更高，通过Diff算法得到diff算法结果数据表(需要进行哪些操作记录表)。原本要操作的DOM在vue这边还是要操作的，只不过用到了js的DOM fragment来操作dom（统一计算出所有变化后统一更新一次DOM）进行浏览器DOM一次性更新。其实DOM fragment我们不用平时发开也能用，但是这样程序员写业务代码就用把DOM操作放到fragment里，这就是框架的价值，程序员才能专注于写业务代码。

总结：Vue.js通过编译将模版转换成渲染函数(render)，执行渲染函数就可以得到一个虚拟节点树(虚拟DOM)，虚拟节点树(虚拟DOM)提供虚拟节点vnode和对新旧两个vnode进行比对并根据比对结果进行DOM操作来更新视图，达到减少对DOM的目的，从而减少浏览器的开销，提高渲染速度，改善用户体验。