该系列会逐步更新,完整的讲解目前主流框架中底层相通的技术,接下来的代码内容都会更新在 这里
为什么需要 Virtual Dom
众所周知,操作 DOM 是很耗费性能的一件事情,既然如此,我们可以考虑通过 JS 对象来模拟 DOM 对象,毕竟操作 JS 对象比操作 DOM 省时的多。
举个例子
// 假设这里模拟一个 ul,其中包含了 5 个 li
[1, 2, 3, 4, 5]
// 这里替换上面的 li
[1, 2, 5, 4]
从上述例子中,我们一眼就可以看出先前的 ul 中的第三个 li 被移除了,四五替换了位置。
如果以上操作对应到 DOM 中,那么就是以下代码
// 删除第三个 li
ul.childNodes[2].remove()
// 将第四个 li 和第五个交换位置
let fromNode = ul.childNodes[4]
let toNode = node.childNodes[3]
let cloneFromNode = fromNode.cloneNode(true)
let cloenToNode = toNode.cloneNode(true)
ul.replaceChild(cloneFromNode, toNode)
ul.replaceChild(cloenToNode, fromNode)
当然在实际操作中,我们还需要给每个节点一个标识,作为判断是同一个节点的依据。所以这也是 Vue 和 React 中官方推荐列表里的节点使用唯一的 key
来保证性能。
那么既然 DOM 对象可以通过 JS 对象来模拟,反之也可以通过 JS 对象来渲染出对应的 DOM
以下是一个 JS 对象模拟 DOM 对象的简单实现
export default class Element {/*** @param {String} tag 'div'* @param {Object} props { class: 'item' }* @param {Array} children [ Element1, 'text']* @param {String} key option*/constructor(tag, props, children, key) {this.tag = tagthis.props = propsif (Array.isArray(children)) {this.children = children} else if (isString(children)) {this.key = childrenthis.children = null}if (key) this.key = key}// 渲染render() {let root = this._createElement(this.tag,this.props,this.children,this.key)document.body.appendChild(root)return root}create() {return this._createElement(this.tag, this.props, this.children, this.key)}// 创建节点_createElement(tag, props, child, key) {// 通过 tag 创建节点let el = document.createElement(tag)// 设置节点属性for (const key in props) {if (props.hasOwnProperty(key)) {const value = props[key]el.setAttribute(key, value)}}if (key) {el.setAttribute('key', key)}// 递归添加子节点if (child) {child.forEach(element => {let childif (element instanceof Element) {child = this._createElement(element.tag,element.props,element.children,element.key)} else {child = document.createTextNode(element)}el.appendChild(child)})}return el}
}
Virtual Dom 算法简述
既然我们已经通过 JS 来模拟实现了 DOM,那么接下来的难点就在于如何判断旧的对象和新的对象之间的差异。
DOM 是多叉树的结构,如果需要完整的对比两颗树的差异,那么需要的时间复杂度会是 O(n ^ 3),这个复杂度肯定是不能接受的。于是 React 团队优化了算法,实现了 O(n) 的复杂度来对比差异。
实现 O(n) 复杂度的关键就是只对比同层的节点,而不是跨层对比,这也是考虑到在实际业务中很少会去跨层的移动 DOM 元素。
所以判断差异的算法就分为了两步
- 首先从上至下,从左往右遍历对象,也就是树的深度遍历,这一步中会给每个节点添加索引,便于最后渲染差异
- 一旦节点有子元素,就去判断子元素是否有不同
Virtual Dom 算法实现
树的递归
首先我们来实现树的递归算法,在实现该算法前,先来考虑下两个节点对比会有几种情况
- 新的节点的
tagName
或者key
和旧的不同,这种情况代表需要替换旧的节点,并且也不再需要遍历新旧节点的子元素了,因为整个旧节点都被删掉了 - 新的节点的
tagName
和key
(可能都没有)和旧的相同,开始遍历子树 - 没有新的节点,那么什么都不用做
import { StateEnums, isString, move } from './util'
import Element from './element'export default function diff(oldDomTree, newDomTree) {// 用于记录差异let pathchs = {}// 一开始的索引为 0dfs(oldDomTree, newDomTree, 0, pathchs)return pathchs
}function dfs(oldNode, newNode, index, patches) {// 用于保存子树的更改let curPatches = []// 需要判断三种情况// 1.没有新的节点,那么什么都不用做// 2.新的节点的 tagName 和 `key` 和旧的不同,就替换// 3.新的节点的 tagName 和 key(可能都没有) 和旧的相同,开始遍历子树if (!newNode) {} else if (newNode.tag === oldNode.tag && newNode.key === oldNode.key) {// 判断属性是否变更let props = diffProps(oldNode.props, newNode.props)if (props.length) curPatches.push({ type: StateEnums.ChangeProps, props })// 遍历子树diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches)} else {// 节点不同,需要替换curPatches.push({ type: StateEnums.Replace, node: newNode })}if (curPatches.length) {if (patches[index]) {patches[index] = patches[index].concat(curPatches)} else {patches[index] = curPatches}}
}
判断属性的更改
判断属性的更改也分三个步骤
- 遍历旧的属性列表,查看每个属性是否还存在于新的属性列表中
- 遍历新的属性列表,判断两个列表中都存在的属性的值是否有变化
- 在第二步中同时查看是否有属性不存在与旧的属性列列表中
function diffProps(oldProps, newProps) {// 判断 Props 分以下三步骤// 先遍历 oldProps 查看是否存在删除的属性// 然后遍历 newProps 查看是否有属性值被修改// 最后查看是否有属性新增let change = []for (const key in oldProps) {if (oldProps.hasOwnProperty(key) && !newProps[key]) {change.push({prop: key})}}for (const key in newProps) {if (newProps.hasOwnProperty(key)) {const prop = newProps[key]if (oldProps[key] && oldProps[key] !== newProps[key]) {change.push({prop: key,value: newProps[key]})} else if (!oldProps[key]) {change.push({prop: key,value: newProps[key]})}}}return change
}
判断列表差异算法实现
这个算法是整个 Virtual Dom 中最核心的算法,且让我一一为你道来。 这里的主要步骤其实和判断属性差异是类似的,也是分为三步
- 遍历旧的节点列表,查看每个节点是否还存在于新的节点列表中
- 遍历新的节点列表,判断是否有新的节点
- 在第二步中同时判断节点是否有移动
PS:该算法只对有 key
的节点做处理
function listDiff(oldList, newList, index, patches) {// 为了遍历方便,先取出两个 list 的所有 keyslet oldKeys = getKeys(oldList)let newKeys = getKeys(newList)let changes = []// 用于保存变更后的节点数据// 使用该数组保存有以下好处// 1.可以正确获得被删除节点索引// 2.交换节点位置只需要操作一遍 DOM// 3.用于 `diffChildren` 函数中的判断,只需要遍历// 两个树中都存在的节点,而对于新增或者删除的节点来说,完全没必要// 再去判断一遍let list = []oldList &&oldList.forEach(item => {let key = item.keyif (isString(item)) {key = item}// 寻找新的 children 中是否含有当前节点// 没有的话需要删除let index = newKeys.indexOf(key)if (index === -1) {list.push(null)} else list.push(key)})// 遍历变更后的数组let length = list.length// 因为删除数组元素是会更改索引的// 所有从后往前删可以保证索引不变for (let i = length - 1; i >= 0; i--) {// 判断当前元素是否为空,为空表示需要删除if (!list[i]) {list.splice(i, 1)changes.push({type: StateEnums.Remove,index: i})}}// 遍历新的 list,判断是否有节点新增或移动// 同时也对 `list` 做节点新增和移动节点的操作newList &&newList.forEach((item, i) => {let key = item.keyif (isString(item)) {key = item}// 寻找旧的 children 中是否含有当前节点let index = list.indexOf(key)// 没找到代表新节点,需要插入if (index === -1 || key == null) {changes.push({type: StateEnums.Insert,node: item,index: i})list.splice(i, 0, key)} else {// 找到了,需要判断是否需要移动if (index !== i) {changes.push({type: StateEnums.Move,from: index,to: i})move(list, index, i)}}})return { changes, list }
}function getKeys(list) {let keys = []let textlist &&list.forEach(item => {let keyif (isString(item)) {key = [item]} else if (item instanceof Element) {key = item.key}keys.push(key)})return keys
}
遍历子元素打标识
对于这个函数来说,主要功能就两个
- 判断两个列表差异
- 给节点打上标记
总体来说,该函数实现的功能很简单
function diffChildren(oldChild, newChild, index, patches) {let { changes, list } = listDiff(oldChild, newChild, index, patches)if (changes.length) {if (patches[index]) {patches[index] = patches[index].concat(changes)} else {patches[index] = changes}}// 记录上一个遍历过的节点let last = nulloldChild &&oldChild.forEach((item, i) => {let child = item && item.childrenif (child) {index =last && last.children ? index + last.children.length + 1 : index + 1let keyIndex = list.indexOf(item.key)let node = newChild[keyIndex]// 只遍历新旧中都存在的节点,其他新增或者删除的没必要遍历if (node) {dfs(item, node, index, patches)}} else index += 1last = item})
}
渲染差异
通过之前的算法,我们已经可以得出两个树的差异了。既然知道了差异,就需要局部去更新 DOM 了,下面就让我们来看看 Virtual Dom 算法的最后一步骤
这个函数主要两个功能
- 深度遍历树,将需要做变更操作的取出来
- 局部更新 DOM
整体来说这部分代码还是很好理解的
let index = 0
export default function patch(node, patchs) {let changes = patchs[index]let childNodes = node && node.childNodes// 这里的深度遍历和 diff 中是一样的if (!childNodes) index += 1if (changes && changes.length && patchs[index]) {changeDom(node, changes)}let last = nullif (childNodes && childNodes.length) {childNodes.forEach((item, i) => {index =last && last.children ? index + last.children.length + 1 : index + 1patch(item, patchs)last = item})}
}function changeDom(node, changes, noChild) {changes &&changes.forEach(change => {let { type } = changeswitch (type) {case StateEnums.ChangeProps:let { props } = changeprops.forEach(item => {if (item.value) {node.setAttribute(item.prop, item.value)} else {node.removeAttribute(item.prop)}})breakcase StateEnums.Remove:node.childNodes[change.index].remove()breakcase StateEnums.Insert:let domif (isString(change.node)) {dom = document.createTextNode(change.node)} else if (change.node instanceof Element) {dom = change.node.create()}node.insertBefore(dom, node.childNodes[change.index])breakcase StateEnums.Replace:node.parentNode.replaceChild(change.node.create(), node)breakcase StateEnums.Move:let fromNode = node.childNodes[change.from]let toNode = node.childNodes[change.to]let cloneFromNode = fromNode.cloneNode(true)let cloenToNode = toNode.cloneNode(true)node.replaceChild(cloneFromNode, toNode)node.replaceChild(cloenToNode, fromNode)breakdefault:break}})
}
最后
Virtual Dom 算法的实现也就是以下三步
- 通过 JS 来模拟创建 DOM 对象
- 判断两个对象的差异
- 渲染差异
let test4 = new Element('div', { class: 'my-div' }, ['test4'])
let test5 = new Element('ul', { class: 'my-div' }, ['test5'])let test1 = new Element('div', { class: 'my-div' }, [test4])let test2 = new Element('div', { id: '11' }, [test5, test4])let root = test1.render()let pathchs = diff(test1, test2)
console.log(pathchs)setTimeout(() => {console.log('开始更新')patch(root, pathchs)console.log('结束更新')
}, 1000)
当然目前的实现还略显粗糙,但是对于理解 Virtual Dom 算法来说已经是完全足够的了。
文章中的代码你可以在 这里 阅读。本系列更新的文章都会更新在这个仓库中,有兴趣的可以关注下。
下篇文章的内容将会是状态管理,敬请期待。
原文发布时间为:2018年06月02日
原文作者:夕阳
本文来源: 掘金 如需转载请联系原作者