如何理解Virtual DOM

2023-10-22 23:47:16

什么是虚拟DOM

接下来用vdom（Virtual DOM)来简称为虚拟DOM。

指的是用JS模拟的DOM结构，将DOM变化的对比放在JS层来做。换而言之，虚拟DOM就是JS对象。
如下DOM结构:
<ul id="list">
    <li class="item">Item1</li>
    <li class="item">Item2</li>
</ul>

映射成虚拟DOM就是这样:

{
    tag: "ul",
    attrs: {
        id:&emsp;"list"
    },
    children: [
        {
            tag: "li",
            attrs: { className: "item" },
            children: ["Item1"]
        }, {
            tag: "li",
            attrs: { className: "item" },
            children: ["Item2"]
        }
    ]
}

React会去调用render()方法来重新渲染整个组件的UI，但是如果我们真的去操作这么大量的DOM，显然性能是堪忧的。所以React实现了一个Virtual DOM，组件的真实DOM结构和Virtual DOM之间有一个映射的关系，React在虚拟DOM上实现了一个diff算法，当render()去重新渲染组件的时候，diff会找到需要变更的DOM，然后再把修改更新到浏览器上面的真实DOM上，所以，React并不是渲染了整个DOM树，Virtual DOM就是JS数据结构，所以 理论上原生的DOM快得多。

为什么使用 virtual dom

现有一个例子：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
  <title>eg</title>
</head>

<body>
  <div id="box"></div>
  <button id="btn">点击</button>

  <script src="https://cdn.bootcss.com/jquery/3.2.0/jquery.js"></script>
  <script>
    const data = ['哈哈', '呵呵','嘿嘿']
    //渲染函数
    function render(data) {
      const $box = $('#box');
      $box.html('');
      const $ul = $('<ul>');
      // 重绘一次
      $ul.append($('<li>10</li>'));
      data.forEach(item => {
        //每次进入都重绘
        $ul.append($(`<li>${item}</li>`))
      })
      $box.append($ul);
    }

    $('#btn').click(function () {
      data[1] = data[1] + '嘿';
      render(data);
    });
    render(data)
  </script>
</body>
</html>
这样点击按钮，会有相应的视图变化，但是你审查以下元素，每次改动之后，ul标签都得重新创建，也就是说ul下面的每一个栏目，不管是数据是否和原来一样，都得重新渲染，这并不是理想中的情况，当其中的一栏数据和原来一样，我们希望这一栏不要重新渲染，因为DOM重绘相当消耗浏览器性能。   因此我们采用JS对象模拟的方法，将DOM的比对操作放在JS层，减少浏览器不必要的重绘，提高效率。   当然有人说虚拟DOM并不比真实的DOM快，其实也是有道理的。当上述ul中的每一条数据都改变时，显然真实的DOM操作更快，因为虚拟DOM还存在js中diff算法的比对过程。所以，上述性能优势仅仅适用于大量数据的渲染并且改变的数据只是一小部分的情况
virtual dom 基本步骤

①用JS对象构建一颗虚拟DOM树，然后用虚拟树构建一颗真实的DOM树，然后插入到文档中。
②当状态变更时，重新构造一颗新的对象树，然后新树旧树进行比较，记录两树差异。
③把步骤2的差异应用到步骤1所构建的真实DOM树上，视图就更新了。

虚拟DOM的优点还有:

1、函数式的UI编程，即UI = f(data)这种构建UI的模式。

2、可以将JS对象渲染到浏览器DOM以外的环境中，也就是支持了跨平台开发，比如ReactNative。

diff算法

React的 virtual dom的性能好也离不开它本身特殊的diff算法。传统的diff算法时间复杂度达到o(n3)，而react的diff算法时间复杂度只是o(n)，react的diff能减少到o(n)依靠的是react diff的三大策略。

传统diff 对比 react diff
传统的diff算法追求的是“完全”以及“最小”，而react diff则是放弃了这两种追求：
在传统的diff算法下，对比前后两个节点，如果发现节点改变了，会继续去比较节点的子节点，一层一层去对比。就这样循环递归去进行对比，复杂度就达到了o(n3)，n是树的节点数，想象一下如果这棵树有1000个节点，我们得执行上十亿次比较，这种量级的对比次数，时间基本要用秒来做计数单位了。那么react究竟是如何把复杂度降低到o(n)的呢？

React diff 三大策略
策略一（tree diff）：Web UI中DOM节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。（DOM结构发生改变-----直接卸载并重新creat）
策略二（component diff）：DOM结构一样-----不会卸载,但是会update
策略三（element diff）：所有同一层级的子节点.他们都可以通过key来区分-----同时遵循1.2两点

虚拟DOM树分层比较（tree diff）
两棵树只会对同一层次的节点进行比较，忽略DOM节点跨层级的移动操作。React只会对相同颜色方框内的DOM节点进行比较，即同一个父节点下的所有子节点。当发现节点已经不存在，则该节点及其子节点会被完全删除掉，不会用于进一步的比较。这样只需要对树进行一次遍历，便能完成整个DOM树的比较。由此一来，最直接的提升就是复杂度变为线型增长而不是原先的指数增长。

如何理解Virtual DOM

但是如果DOM节点出现了跨层级操作，diff会如何处理？

如何理解Virtual DOM

就比如上图，A节点及其子节点进行移动挂到另一个DOM下时，React是不会机智的判断出子树仅仅是发生了移动，而是会直接销毁，并重新创建这个子树，然后再挂在到目标DOM上。实际上，React官方也并不推荐我们做出跨层级的骚操作。所以我们可以从中悟出一个道理：就是我们自己在实现组件的时候，一个稳定的DOM结构是有助于我们的性能提升的。

组件间的比较（component diff）
查阅的网上的很多资料，发现写的都比较难懂，根据我自己的理解，其实最核心的策略还是看结构是否发生改变。React是基于组件构建应用的，对于组件间的比较所采用的策略也是非常简洁和高效的。
如果是同一个类型的组件，则按照原策略进行Virtual DOM比较。
如果不是同一类型的组件，则将其判断为dirty component，从而替换整个组价下的所有子节点。
如果是同一个类型的组件，有可能经过一轮Virtual DOM比较下来，并没有发生变化。如果我们能够提前确切知道这一点，那么就可以省下大量的diff运算时间。因此，React允许用户通过shouldComponentUpdate()来判断该组件是否需要进行diff算法分析。

如何理解Virtual DOM

如上图所示，当组件D变为组件G时，哪怕这两个组件结构相似，一旦React判断D和G是不用类型的组件，就不会比较两者的结构，而是直接删除组件D，重新创建组件G及其子节点。也就是说，如果当两个组件是不同类型但结构相似时，其实进行diff算法分析会影响性能，但是毕竟不同类型的组件存在相似DOM树的情况在实际开发过程中很少出现，因此这种极端因素很难在实际开发过程中造成重大影响。

元素间的比较（element diff）
当节点处于同一层级的时候，react diff 提供了三种节点操作：插入、删除、移动。

操作 描述
插入 新节点不存在于老集合当中，即全新的节点，就会执行插入操作
移动 新节点在老集合中存在，并且只做了位置上的更新，就会复用之前的节点，做移动操作（依赖于Key）
删除 新节点在老集合中存在，但节点做出了更改不能直接复用，做出删除操作

 

简单先看个例子：

如何理解Virtual DOM

看上面的例子，得知，老集合包含节点 A、B、C、D，更新之后的新集合包括节点： B、A、D、C，然后diff算法对新老集合进行差异检测，发现B不等于A，然后就会创建B然后插入，并删除A节点，以此类推，创建并插入 A、D、C，然后移除B、C、D。
但是这些节点其实都没有发生改变，仅仅是位置上发生了变化，却要进行一大堆的繁琐低效的创建插入删除等操作，React说：“这样下去不行的，我们不如。。。”，于是React允许开发者对同一层级的同组子节点增加一个唯一的Key进行标识。

Key的作用

相信大部分刚开始接触react的时候，都看到过这样的警告：

如何理解Virtual DOM

这是由于我们在循环渲染列表时候(map)时候忘记标记key值报的警告,既然是警告,就说明即使没有key的情况下也不会影响程序执行的正确性.其实这个key的存在与否只会影响diff算法的复杂度,也就是说你不加上Key就会像上面的例子一样暴力渲染，加了Key之后，React就可以做出移动的操作了，看例子：

如何理解Virtual DOM

和上面的例子是一样的，只不过每个节点都加上了唯一的key值，通过这个Key值发现新老集合里面其实全部都是相同的元素，只不过位置发生了改变。因此就无需进行节点的创建、插入、删除等操作了，只需要将老集合当中节点的位置进行移动就可以了。React给出的diff结果为：B、D不做操作，A、C进行移动操作。react是如何判断谁该移动，谁该不动的呢？

 

react源码逻辑梳理

react会去循环整个新的集合：

①从新集合中取到B，然后去旧集合中判断是否存在相同的B，确认B存在后，再去判断是否要移动：
B在旧集合中的index = 1，有一个游标叫做lastindex。默认lastindex = 0，然后会把旧集合的index和游标作对比来判断是否需要移动，如果index < lastindex ，那么就做移动操作，在这里B的index = 1，不满足于 index < lastindex,所以就不做移动操作，然后游标lastindex更新，取(index, lastindex) 的较大值，这里就是lastindex = 1

②然后遍历到A，A在老集合中的index = 0，此时的游标lastindex = 1，满足index < lastindex，所以对A需要移动到对应的位置，此时lastindex = max(index, lastindex) = 1

③然后遍历到D，D在老集合中的index = 3，此时游标lastindex = 1，不满足index < lastindex，所以D保持不动。lastindex = max(index, lastindex) = 3

④然后遍历到C，C在老集合中的index = 2，此时游标lastindex = 3，满足 index < lastindex，所以C移动到对应位置。C之后没有节点了，diff就结束了

以上主要分析新老集合中节点相同但位置不同的情景，仅对节点进行位置移动的情况，如果新集合中有新加入的节点且老集合存在需要删除的节点，那么 React diff 又是如何对比运作的呢？

如何理解Virtual DOM

和第一种情景基本是一致的，react还是去循环整个新的集合：
①不赘述了，和上面的第一步是一样的，B不做移动，lastindex = 1

②新集合取得E，发现旧集合中不存在，则创建E并放在新集合对应的位置，lastindex = 1

③遍历到C，不满足index < lastindex，C不动，lastindex = 2

④遍历到A，满足index < lastindex，A移动到对应位置，lastindex = 2

⑤当完成新集合中所有节点 diff 时，最后还需要对老集合进行循环遍历，判断是否存在新集合中没有但老集合中仍存在的节点，发现存在这样的节点 D，因此删除节点 D，到此 diff 全部完成

但是 react diff也存在一些问题，和需要优化的地方，看下面的例子：

如何理解Virtual DOM

在上面的这个例子，A、B、C、D都没有变化，仅仅是D的位置发生了改变。看上面的图我们就知道react并没有把D的位置移动到头部，而是把 A、B、C分别移动到D的后面了，通过前面的两个例子，我们也大概知道，为什么会发生这样的情况了：
因为D节点在老集合里面的index 是最大的，使得A、B、C三个节点都会 index < lastindex，从而导致A、B、C都会去做移动操作。所以在开发过程中，尽量减少类似将最后一个节点移动到列表首部的操作，当节点数量过大或更新操作过于频繁时，在一定程度上会影响 React 的渲染性能。

三句箴言

所以经过这么一分析react diff的三大策略，我们能够在开发中更加进一步的提高react的渲染效率。
箴言一：在开发组件时，保持稳定的 DOM 结构会有助于性能的提升；
箴言二：使用 shouldComponentUpdate()方法节省diff的开销
箴言三：在开发过程中，尽量减少类似将最后一个节点移动到列表首部的操作，当节点数量过大或更新操作过于频繁时，在一定程度上会影响 React 的渲染性能。

为什么不推荐使用index作为Key

我们再写react的时候，当我们做map循环的时候,当我们没有一个唯一id来标识每一项item的时候，我们可能会选择使用index，官网不推荐我们使用index作为key，通过上面的知识背景，我们其实可以知道为什么使用index会导致一些问题：

看下面的一个场景吧：

    data.map((item, index) => {
        return <li key={index}>{item}</li> 
    })

上面这样写会存在很大的坑，比如看下面的例子：

class App extends Component{
    constructor(props) {
        super(props)
        this.state = {
            list: [{id: 1,val: 'A'}, {id: 2, val: 'B'}, {id: 3, val: 'C'}]
        }
    }

    click() {
        this.state.list.reverse()
        this.setState({})
    }
    render() {
        return (
            <ul>
                {
                    this.state.list.map((item, index) => {
                        return (
                            <Li key={index} val={item.val}></Li>
                        )
                    })
                }
                 <button onClick={this.click.bind(this)}>Reverse</button>
            </ul>
        )
    }
}

class Li extends Component{
    constructor(props) {
        super(props)
    }
    componentDidMount() {
        console.log('===mount===')
    }
    componentWillUpdate() {
        console.log('===update====')
    }
    render() {
        return (
            <li>
                {this.props.val}
                <input type="text"></input>
            </li>
        )
    }
}

如何理解Virtual DOM

我们在三个输入框里面，依次输入1，2，3，点击Reverse按钮，按照我们的预期，这时候页面应该渲染成3，2，1，但是实际上，顺序依然还是1，2，3，再看控制台里面，确实是打印了===update===，证明数据确实是更新了的。那么为什么会发生这种事情，我们可以分析一下：

我们可以看下这个图就明白了：

如何理解Virtual DOM

就像我们之前所说，react会通过key去老集合中找，是否有相同的元素，react发现新老key都是一致的，他会认为是同一个组件，所以input框内的值没有倒叙。我们只需要乖乖的把id作为key，就可以解决这个现象了。

还有存在一点隐藏的（性能问题）：

当我们对数据有 删除、添加 等操作时。我们所遍历的index，就会有所变化，这种情况下diff算法对新老集合进行差异检测，发现key值有变化然后就会重新渲染，
我们只需要乖乖的把id（或者其他唯一标识）作为key，这样就只会对key值有变化的进行重绘，就可以解决这种性能问题了。


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