长列表优化：用 React 实现虚拟列表
大家好，我是前端西瓜哥。这次我们来看看虚拟列表是什么玩意，并用 React 来实现两种虚拟列表组件。
虚拟列表，其实就是将一个原本需要全部列表项的渲染的长列表，改为只渲染可视区域内的列表项，但滚动效果还是要和渲染所有列表项的长列表一样。
虚拟列表解决的长列表渲染大量节点导致的性能问题：
-
一次性渲染大量节点，会占用大量 GPU 资源，导致卡顿；
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即使渲染好了，大量的节点也持续占用内存。列表项下的节点越多，就越耗费性能。
虚拟列表的实现分两种，一种是列表项高度固定的情况，另一种是列表项高度动态的情况。
列表项高度固定
列表项高度固定的情况会简单很多，因为我们可以在渲染前就能知道任何一个列表项的位置。
因为涉及到的变量很多，实现起来还是有点繁琐。
我们需要的必要信息有：
-
容器高度（即可视区域高度） containerHeight
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列表长度（即列表项总数） itemCount
-
列表项尺寸 itemHeight
-
滚动位置 scrollTop
虚拟列表通常来说是垂直方向的，但偶尔也有水平方向的场景，所以如果你要实现一个广泛适用的组件，理论上应该用 size 而不是 height，前者语义更好。
但为了减少用户的思维转换导致的负担，本文会使用 height 来表示一个列表项的高度。
要让表单项渲染在正确位置，我们有几种方案：
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在容器的第一个元素用一个空元素，设置一个高度，将需要显示在可视区域的 items 往下推到正确位置。我尝试着实现了，发现滚动快一点就会有闪屏现象。
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将需要渲染的元素一个 div 包裹起来，对这个 div 应用
transform: translate3d(0px, 1000px, 0px); -
对每个列表项使用绝对定位（或 transform）
这里我们选择第一个方案来进行实现。
代码实现
这里我先给出代码实现。
我们实现了一个 FixedSizeList 的 React 组件。
它接收一个上面提到的几个数量和高度参数外，还接收一个列表项组件。
我们会将计算出来的高度做成 style 对象以及一个索引值 index传入到这个组件里进行实例化。所以记得在列表项组件内接收它们并使用上它们，尤其是 style。
/**
* 一个将 items 往下推到正确位置的空元素
*/
import { useState } from 'react';
import { flushSync } from 'react-dom';
function FixedSizeList({ containerHeight, itemHeight, itemCount, children }) {
// children 语义不好，赋值给 Component
const Component = children;
const contentHeight = itemHeight * itemCount; // 内容总高度
const [scrollTop, setScrollTop] = useState(0); // 滚动位置
// 继续需要渲染的 item 索引有哪些
let startIdx = Math.floor(scrollTop / itemHeight);
let endIdx = Math.floor((scrollTop + containerHeight) / itemHeight);
// 上下额外多渲染几个 item，解决滚动时来不及加载元素出现短暂的空白区域的问题
const paddingCount = 2;
startIdx = Math.max(startIdx - paddingCount, 0); // 处理越界情况
endIdx = Math.min(endIdx + paddingCount, itemCount - 1);
const top = itemHeight * startIdx; // 第一个渲染的 item 到顶部距离
// 需要渲染的 items
const items = [];
for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
items.push(线上 demo：
https:/ /codesandbox.io/s/jhe2rt
效果：
首先我们需要知道 渲染的节点的索引值范围。
// 计算需要渲染的 item 范围
let startIdx = Math.floor(scrollTop / itemHeight);
let endIdx = Math.floor((scrollTop + containerHeight) / itemHeight);
首先算第一个 item 的位置 startIdx。
我们用 scrollTop 除以列表项高度 itemHeight，我们就知道 scrollTop 经过了多个 item，将得到的结果向下取整就是可视区域中的第一个 item。最后一个索引值 endidx 计算同理。
有时候我们希望上下方向再多渲染几个 item（缓解在做节流时没有立即渲染导致的空白现象），我们可以让范围往两边扩展一些，注意不要越界。
// 扩展范围
const paddingCount = 2;
startIdx = Math.max(startIdx - paddingCount, 0); // 处理越界情况
endIdx = Math.min(endIdx + paddingCount, itemCount - 1);
然后基于这个范围，对列表项组件进行实例化。
// 需要渲染的 items
const items = [];
for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
items.push(然后是 DOM 结构的说明。
{
// 处理渲染异步导致的空白现象
// 改为同步更新，但可能会有性能问题，可以做 节流 + RAF 优化
flushSync(() => {
setScrollTop(e.target.scrollTop);
});
}}
>
{/* 一个将 items 往下推到正确位置的空元素 */}
{items}
最外层是“容器 div”，我们给它的高度设置传入的 containerHeight。
接着是“内容 div”。contentHeight 由 itemHeight 乘以 itemCount 计算而来，代表的是所有 item 组成的高度。我们把它放着这里，是为了让 “容器 div” 产生正确的滚动条。
内容 div 下是我们的 items，以及开头的 一个将 items 往下推到正确位置的空元素，可以看作是一种 padding-top。它的高度值 top 由 itemHeight 乘以 startIdx 计算而来。
然后是监听滚动事件，当 scrollTop 改变时，更新组件。我这里使用的是 React18，默认是并发模式，更新状态 setState 是异步的，因此在快速滚动的情况下，会出现渲染不实时导致的短暂空白现象。
所以这里我用了 ReactDOM 的 flushSync 方法，让状态的更新变成同步的，来解决短暂空白问题。
但滚动是一个高频触发的时间，我的这种写法在列表项复杂的情况下，是可能会出现性能问题的。更好的做法是做 函数节流 + RAF（requestAnimationFrame），虽然也会有一些空白现象，但不会太严重。
列表项高度动态
列表项高度动态的情况，就复杂得多。
如果能够 在渲染前知道所有列表项的高度，那实现思路还是同前面列表项高度固定的情况一致。
只是我们不能用乘法来计算了，要改成累加的方式来计算 startIdx 和 endIdx。
然而实际上更常见的情况是列表项 高度根据内容自适应，只能在渲染完成后才能知道真正高度。
怎么办呢？通常的方式是 提供一个列表项预设高度，在列表项渲染完成后，再更新高度。
代码实现
我们先给出实现：
import { forwardRef, useState } from 'react';
import { flushSync } from 'react-dom';
// 动态列表组件
const VariableSizeList = forwardRef(
({ containerHeight, getItemHeight, itemCount, itemData, children }, ref) => {
ref.current = {
resetHeight: () => {
setOffsets(genOffsets());
}
};
// children 语义不好，赋值给 Component
const Component = children;
const [scrollTop, setScrollTop] = useState(0); // 滚动位置
// 根据 getItemHeight 生成 offsets
// 本质是前缀和
const genOffsets = () => {
const a = [];
a[0] = getItemHeight(0);
for (let i = 1; i < itemCount; i++) {
a[i] = getItemHeight(i) + a[i - 1];
}
return a;
};
// 所有 items 的位置
const [offsets, setOffsets] = useState(() => {
return genOffsets();
});
// 找 startIdx 和 endIdx
// 这里用了普通的查找，更好的方式是二分查找
let startIdx = offsets.findIndex((pos) => pos > scrollTop);
let endIdx = offsets.findIndex((pos) => pos > scrollTop + containerHeight);
if (endIdx === -1) endIdx = itemCount;
const paddingCount = 2;
startIdx = Math.max(startIdx - paddingCount, 0); // 处理越界情况
endIdx = Math.min(endIdx + paddingCount, itemCount - 1);
// 计算内容总高度
const contentHeight = offsets[offsets.length - 1];
// 需要渲染的 items
const items = [];
for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
const top = i === 0 ? 0 : offsets[i - 1];
const height = i === 0 ? offsets[0] : offsets[i] - offsets[i - 1];
items.push(
线上 demo：
https:/ /codesandbox.io/s/4oy84f
效果：
思路说明
和列表项等高的实现不同，这里不能传一个固定值 itemHeight，改为传入一个根据 index 获取列表项宽度函数 getItemHeight(index)。
组件会通过这个函数，来拿到不同列表项的高度，来计算出 offsets 数组。offsets 是每个列表项的底边到顶部的距离。offsets 的作用是在滚动到特定位置时，计算出需要渲染的列表项有哪些。
当然你也可以用高度数组，但查找起来并没有优势，你需要累加。offsets 是 heights 的累加缓存结果（其实也就是前缀和）。
假设几个列表项的高度数组 heights 为 [10, 20, 40, 100]，那么 offsets 就是 [10, 30, 70, 170]。一推导公式为：offsets[i] = offsets[i-1] + heights[i]
下面是计算 offsets 的代码：
const genOffsets = () => {
const a = [];
a[0] = getItemHeight(0);
for (let i = 1; i < itemCount; i++) {
a[i] = getItemHeight(i) + a[i - 1];
}
return a;
};
// 所有 items 的位置
const [offsets, setOffsets] = useState(() => {
return genOffsets();
});
getItemHeight 在列表项能渲染前，会提供一个预估高度 estimatedItemHeight。
// 高度数组，当列表项渲染完成时，更新它
const heightsRef = useRef(new Array(100));
// 预估高度
const estimatedItemHeight = 40;
const getHeight = (index) => {
return heightsRef.current[index] ?? estimatedItemHeight;
};
这里我用 genOffsets 函数生成了一个完整的 offsets 数组。
其实，我们也可以考虑做 惰性计算：一开始不计算出整个 offsets ，而是只计算前几个 item 的 offset，并通过这几个高度来推测一个总内容高度。然后在后面滚动时再一点点补充 offset，再一点点修正总内容高度。
为了让调用者可以手动触发高度的重新计算。虚拟列表组件通过 ref 提供了一个 resetHeight 方法来重置缓存的高度。
ref.current = {
resetHeight: () => {
setOffsets(genOffsets());
}
};
// 使用方式
计算出 offsets 数组后，我们就可以计算需要渲染的列表项的起始（startIdx）和结束（endIdx）位置了。
因为 offsets 是有序数组，我们需要用 高效的二分查找 去查找，时间复杂度为 O(log n)。
（这里我偷懒直接用了从左往右查找，没有去做二分查找的实现）
// 找 startIdx 和 endIdx
// 这里偷懒用了普通的查找，最好的方式是二分查找
let startIdx = offsets.findIndex((pos) => pos > scrollTop);
let endIdx = offsets.findIndex((pos) => pos > scrollTop + containerHeight);
if (endIdx === -1) endIdx = itemCount;
// 上下扩展补充几个 item
const paddingCount = 2;
startIdx = Math.max(startIdx - paddingCount, 0); // 处理越界情况
endIdx = Math.min(endIdx + paddingCount, itemCount - 1);
然后内容高度就是：
// 计算高度
const contentHeight = offsets[offsets.length - 1];
需要渲染的 items：
const items = [];
for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
// 计算到顶部距离
const top = i === 0 ? 0 : offsets[i - 1];
// item 的高度
const height = i === 0 ? offsets[0] : (offsets[i] - offsets[i - 1]);
items.push(
后面的 div 结构和前面的列表项高度固定实现的基本一样，但我这里换成了绝对定位实现。就不过多赘述了。
return (
{
flushSync(() => {
setScrollTop(e.target.scrollTop);
});
}}
>
{items}
);
一些需要注意的问题
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容器宽度变化时，会导致大量列表项的高度变化，需要手动触发重置虚拟列表缓存的高度集合，建议宽度固定；
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图片加载需要时间，尤其是图片多的情况下，会让一个列表项的高度不断变大，需要你手动触发重置虚拟列表高度。可以考虑给图片预设一个宽高，在加载前占据好高度；
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因为预估高度并不准确，会导致内容高度一直变化。这就是拖动滚动条进行滚动时，滑块和光标位置慢慢对不上的原因。
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要考虑获取列表项的高度并更新虚拟列表高度的时机，可能需要配合 Obsever 监听变化；
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因为不是渲染所有列表项，所以像是
.item:nth-of-type(2n)的 CSS 样式会不符合预期。你需要改成用 JS 根据 index 来应用样式，如backgroundColor: index % 2 === 0 ? 'burlywood' : 'cadetblue'。
结尾
虚拟列表的实现，核心在于根据滚动位置计算落在可视区域的列表项范围。
对于高度固定的情况，实现会比较简单，因为我们有绝对正确的数据。
对于高度动态的情况，就复杂得多，要在列表项渲染后才能得到高度，为此需要设置一个预估高度，并在列表项渲染之后更新高度。
本文中虚拟列表组件的 API 参考了 react-window 库。如果你需要在生产环境使用虚拟列表，推荐使用 react-window，它的功能会更强大。
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