虚拟 DOM 的 diff 算法

虚拟 DOM 的 diff 算法 | 源码解析系列 3.7

一、引言

虚拟DOM diff算法是现代前端框架的核心技术之一。Vue3的diff算法在Vue2的基础上进行了大量优化，使得更新性能显著提升。本文将深入解析Vue3中虚拟DOM diff算法的实现原理，包括同层级比较、key的作用、patchFlags优化等方面。

二、diff算法概述

2.1 什么是diff算法

diff算法用于比较新旧两个虚拟DOM树的差异，并只将差异应用到真实DOM上。相比于直接操作真实DOM，虚拟DOM diff可以减少DOM操作次数，提高渲染性能。

// 旧VNode树
const oldTree = {
type: 'div',
children: [
{ type: 'span', key: '1', children: 'A' },
{ type: 'span', key: '2', children: 'B' }
]
}

// 新VNode树
const newTree = {
type: 'div',
children: [
{ type: 'span', key: '2', children: 'B' },
{ type: 'span', key: '1', children: 'A' }
]
}

// diff后只需要移动节点位置，不需要重新创建

2.2 Vue3的diff策略

Vue3采用了以下diff策略：同层级比较，只比较同级节点；使用key优化节点复用；使用patchFlags进行精确更新。

三、diff的核心函数

3.1 patchChildren

patchChildren是比较子节点的核心函数。

// packages/runtime-core/src/renderer.ts

function patchChildren(
n1: VNode,
n2: VNode,
container: HostElement,
anchor: HostNode,
parentComponent: ComponentInternalInstance,
parentSuspense: SuspenseBoundary,
isSVG: boolean,
optimized: boolean
) {
const c1 = n1.children
const c2 = n2.children

// 判断子节点类型
const isOldText = isString(c1)
const isNewText = isString(c2)

if (isOldText && isNewText) {
// 文本 -> 文本
if (c1 !== c2) hostSetText(container, c2 as string)
} else if (isArray(c1) && isArray(c2)) {
// 数组 -> 数组，使用diff算法
patchKeyedChildren(c1, c2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
} else {
// 其他情况：卸载旧的，安装新的
if (isOldText) hostRemove(container)
if (isNewText) hostSetElement(container, c2 as string)
}
}

3.2 patchKeyedChildren

patchKeyedChildren是处理带key数组的核心函数。

// patchKeyedChildren实现
function patchKeyedChildren(
c1: VNode[],
c2: VNode[],
container: HostElement,
anchor: HostNode,
parentComponent: ComponentInternalInstance,
parentSuspense: SuspenseBoundary,
isSVG: boolean,
optimized: boolean
) {
let i = 0
const l2 = c2.length
// 旧子节点的末尾索引
let e1 = c1.length – 1
// 新子节点的末尾索引
let e2 = l2 – 1

// 从左侧开始比较
while (i <= e1 && i <= e2) {
const n1 = c1[i]
const n2 = c2[i]
if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
// 类型相同，递归patch
patch(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
} else {
break
}
i++
}

// 从右侧开始比较
while (i <= e1 && i <= e2) {
const n1 = c1[e1]
const n2 = c2[e2]
if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
patch(n1, n2, container, anchor, parentComponent, parentSuspense, isSVG, optimized)
} else {
break
}
e1—
e2—
}

// 处理新增和删除
// …
}

四、key的作用

4.1 key的原理

key帮助Vue识别哪些节点是相同的，从而实现节点的复用和移动。

// 有key的情况
// 旧：[A(key=1), B(key=2)]
// 新：[B(key=2), A(key=1)]
// diff结果：只需要移动位置

// 无key的情况
// 旧：[A, B]
// 新：[B, A]
// diff结果：可能需要销毁A和B，重新创建

4.2 key的最佳实践

<!– 正确使用key –>
<li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>

<!– 避免使用index作为key –>
<li v-for="(item, index) in items" :key="index">{{ item.name }}</li>

五、diff算法的优化

5.1 静态提升

Vue3编译器会识别静态内容并进行提升。

// 模板
<div>
<span>静态内容</span>
<p>{{ dynamic }}</p>
</div>

// 编译后
const hoisted = h('span', null, '静态内容')

function render() {
return h('div', null, [
hoisted, // 复用，不参与diff
h('p', null, dynamic)
])
}

5.2 patchFlags

patchFlags用于标记需要更新的部分。

// patchFlags类型
const PatchFlags = {
TEXT: 1, // 文本更新
CLASS: 2, // class更新
STYLE: 4, // style更新
PROPS: 8, // 属性更新
FULL: 16, // 完整props
DIFF: 128 // 完整diff
}

// 带patchFlag的VNode
h('div', { patchFlag: PatchFlags.TEXT }, message)

六、diff过程详解

6.1 首尾比较

从数组两端向中间比较。

// 首尾比较示例
// 旧：[A, B, C, D]
// 新：[B, C, D, A]

// 第一轮：比较头部
// A vs B -> 不相同，停止

// 第二轮：比较尾部
// D vs A -> 不相同，停止

// 中间部分需要移动

6.2 移动操作

当节点需要移动时的处理。

// 移动操作
function moveNode(
vnode: VNode,
container: HostElement,
anchor: HostNode,
parentComponent: ComponentInternalInstance,
moveType: number
) {
// 获取当前el
const el = vnode.el

// 移动到锚点前面
hostInsert(el, container, anchor)
}

七、性能优化

7.1 虚拟列表

对于大量列表项，可以使用虚拟列表优化。

// 虚拟列表原理
// 只渲染可视区域内的元素
// 滚动时动态替换渲染内容

7.2 避免不必要的diff

// 使用v-memo
<li v–for="item in items" :key="item.id" v–memo="[item.selected]">
{{ item.content }}
</li>

八、总结

本文深入解析了Vue3中虚拟DOM diff算法的实现原理。Vue3采用同层级比较的策略，使用key来优化节点复用，通过patchFlags实现精确更新。diff算法从数组两端向中间比较，找出需要添加、删除和移动的节点，然后进行最小化的DOM操作。

理解diff算法对于优化Vue应用性能和解决渲染问题非常重要。后续我们将学习组件更新机制与优化、生命周期钩子等内容。

参考资料

• Vue3 官方源码：https://github.com/vuejs/core
• Vue3 diff算法：packages/runtime-core/src/renderer.ts