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      谈一谈框架的 Virtual Dom

      问题

      谈一谈框架的 Virtual Dom

      答案

      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

      // 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 = tag
              this.props = props
              if (Array.isArray(children)) {
                  
                  this.children = children
              } else if (isString(children)) {
                  this.key = children
                  this.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.ke
          }
          // 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 child
                      if (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 0
          dfs(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 keys
          let 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.key
              if (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.key
      
              if (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 text
          list &&
          list.forEach(item => {
              let key
              if (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 = null
          oldChild &&
          oldChild.forEach((item, i) => {
              let child = item && item.children
              if (child) {
                  index = last && last.children ? index + last.children.length + 1 : index
                  let 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 += 1
              last = 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
      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 += 1
          if (changes && changes.length && patchs[index]) {
              changeDom(node, changes)
          }
          let last = null
          if (childNodes && childNodes.length) {
              childNodes.forEach((item, i) => {
                  index = last && last.children ? index + last.children.length + 1 : index +
                  patch(item, patchs)
                  last = item
              })
          }
      }
      function changeDom(node, changes, noChild) {
          changes &&
          changes.forEach(change => {
              let { type } = change
              switch (type) {
                  case StateEnums.ChangeProps:
                      let { props } = change
                      props.forEach(item => {
                          if (item.value) {
                              node.setAttribute(item.prop, item.value)
                          } else {
                              node.removeAttribute(item.prop)
                          }
                      })
                      break
                  case StateEnums.Remove:
                      node.childNodes[change.index].remove()
                      break
                  case StateEnums.Insert:
                      let dom
                      if (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])
                      break
                  case StateEnums.Replace:
                      node.parentNode.replaceChild(change.node.create(), node)
                      break
                  case 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)
                      break
                  default:
                      break
              }
          })
      }
      

      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)
      

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