浅析从Diff策略及源码角度剖析diff算法

　　一般啥面试之类的都会问到循环加key值的作用，虽然一般都知道key的作用就是提高虚拟dom diff算法的效率，但是你知道它是怎样提升的吗？下面从diff策略及代码角度总结一下虚拟dom diff算法的全过程。

一、Diff算法简析

　　DIFF算法基于三个策略：

（1）Web UI中DOM节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。（tree diff）

（2）拥有相同类的两个组件将会生成相似的树形结构，拥有不同类的两个组件将会生成不同的树形结构。（component diff）

（3）对于同一层级的一组子节点，它们可以通过唯一ID进行区分。（element diff）

　　DIFF算法在执行时有三个维度，分别是Tree DIFF、Component DIFF 和 Element DIFF，执行时按顺序依次执行，它们的差异仅仅因为DIFF粒度不同、执行先后顺序不同。

　　对于以上三个策略，diff算法分别对tree diff、component diff、element diff进行算法优化。

1、Tree DIFF

　　基于策略一，WebUI中DOM节点跨层级的移动操作少的可以忽略不计，vue对Virtual DOM树进行层级控制，只会对相同层级的DOM节点进行比较，即同一个父元素下的所有子节点，当发现节点已经不存在了，则会删除掉该节点下所有的子节点，不会再进行比较。这样只需要对DOM树进行一次遍历，就可以完成整个树的比较。复杂度变为O(n);

　　疑问：当我们的DOM节点进行跨层级操作时，diff会有怎么样的表现呢？

　　如下图所示，A节点及其子节点被整个移动到D节点下面去，由于diff算法只会简单的考虑同级节点的位置变换，而对于不同层级的节点，只有创建和删除操作。所以当根节点发现A节点消失了，就会删除A节点及其子节点，当D发现多了一个子节点A，就会创建新的A作为其子节点。

　　此时，diff的执行情况是：createA-->createB-->createC-->deleteA

 

　　Tree DIFF是对树的每一层进行遍历，如果某组件不存在了，则会直接销毁。如图所示，左边是旧属，右边是新属，第一层是R组件，一模一样，不会发生变化；第二层进入Component DIFF，同一类型组件继续比较下去，发现A组件没有，所以直接删掉A、B、C组件；继续第三层，重新创建A、B、C组件。

　　由此可以发现，当出现节点跨层级移动时，并不会出现想象中的移动操作，而是会进行删除，重新创建的动作，这是一种很影响性能的操作。因此官方也不建议进行DOM节点跨层级的操作。

2、Component DIFF

　　VUE、React之类的框架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。

　　如下图所示，当组件D变为组件G时，即使这两个组件结构相似，一旦diff算法判断D和G是不同类型的组件，就不会比较两者的结构，而是直接删除组件D，然后重新创建组件G及其子节点。

　　虽然当两个组件是不同类型但是结构相似时，进行diff算法分析会影响性能，但是比较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。

　　如图所示，第一层遍历完，进行第二层遍历时，D和G组件是不同类型的组件，不同类型组件直接进行替换，将D删掉，再将G重建。

3、Element DIFF

　　当节点属于同一层级时，diff提供了3种节点操作，分别为INSERT_MARKUP(插入)，MOVE_EXISTING(移动),REMOVE_NODE(删除)。

• INSERT_MARKUP：新的组件类型不在旧集合中，即全新的节点，需要对新节点进行插入操作。
• MOVE_EXISTING：旧集合中有新组件类型，且element是可更新的类型，这时候就需要做移动操作，可以复用以前的DOM节点。
• REMOVE_NODE：旧组件类型，在新集合里也有，但对应的element不同则不能直接复用和更新，需要执行删除操作，或者旧组件不在新集合里的，也需要执行删除操作。

　　Element DIFF紧接着以上同一类型组件继续比较下去，常见类型就是列表。同一个列表由旧变新有三种行为，插入、移动和删除，它的比较策略是对于每一个列表指定key，先将所有列表遍历一遍，确定要新增和删除的，再确定需要移动的。如图所示，第一步将D删掉，第二步增加E，再次执行时A和B只需要移动位置即可。

二、当数据发生变化时，vue是怎么更新节点的？

　　要知道渲染真实DOM的开销是很大的，比如有时候我们修改了某个数据，如果直接渲染到真实dom上会引起整个dom树的重绘和重排，有没有可能我们只更新我们修改的那一小块dom而不要更新整个dom呢？diff算法能够帮助我们。

　　我们先根据真实DOM生成一颗virtual DOM，当virtual DOM某个节点的数据改变后会生成一个新的Vnode，然后Vnode和oldVnode作对比，发现有不一样的地方就直接修改在真实的DOM上，然后使oldVnode的值为Vnode。

　　diff的过程就是调用名为patch的函数，比较新旧节点，一边比较一边给真实的DOM打补丁。

三、virtual DOM和真实DOM的区别？

　　virtual DOM是将真实的DOM的数据抽取出来，以对象的形式模拟树形结构。比如dom是这样的：

<div>
    <p>123</p>
</div>

　　对应的virtual DOM（伪代码）：

var Vnode = {
    tag: 'div',
    children: [
        { tag: 'p', text: '123' }
    ]
};

　　注意：VNode和oldVNode都是对象，一定要记住。

四、diff的比较方式？

　　在采取diff算法比较新旧节点的时候，比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较。

<div>
    <p>123</p>
</div>

<div>
    <span>456</span>
</div>

　　上面的代码会分别比较同一层的两个div以及第二层的p和span，但是不会拿不同层级的div和span作比较。

　　详情可看之前的博客：图解vue中 v-for 的 :key 的作用，虚拟dom Diff算法

五、diff流程图

　　当数据发生改变时，set方法会调用Dep.notify通知所有订阅者Watcher，订阅者就会调用patch给真实的DOM打补丁，更新相应的视图。下面是流程图：

　　具体分析patch是怎么打补丁的（代码只保留核心部分）

function patch (oldVnode, vnode) {
    // some code
    if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
        patchVnode(oldVnode, vnode)
    } else {
        const oEl = oldVnode.el // 当前oldVnode对应的真实元素节点
        let parentEle = api.parentNode(oEl)  // 父元素
        createEle(vnode)  // 根据Vnode生成新元素
        if (parentEle !== null) {
            api.insertBefore(parentEle, vnode.el, api.nextSibling(oEl)) // 将新元素添加进父元素
            api.removeChild(parentEle, oldVnode.el)  // 移除以前的旧元素节点
            oldVnode = null
        }
    }
    // some code 
    return vnode
}

　　patch函数接收两个参数oldVnode和Vnode分别代表新的节点和之前的旧节点。先判断2个节点是否值得比较，如果不值得比较，那么就：

（1）获取真实dom元素节点及其父元素；

（2）根据vNode创建新的dom元素

（3）如果父元素存在，那么将vNode生成的元素插入到老元素后面

（4）然后再删除old老元素

　　如果值得比较，那么就执行下面一套复杂的逻辑处理：

1、判断两节点是否值得比较，值得比较则执行patchVnode（下面就可以看到key值的作用啦）

function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&  // key值
    a.tag === b.tag &&  // 标签名
    a.isComment === b.isComment &&  // 是否为注释节点
    // 是否都定义了data，data包含一些具体信息，例如onclick , style
    isDef(a.data) === isDef(b.data) &&  
    sameInputType(a, b) // 当标签是<input>的时候，type必须相同
  )
}

2、不值得比较则用Vnode替换oldVnode

　　如果两个节点都是一样的，那么就深入检查他们的子节点。如果两个节点不一样那就说明Vnode完全被改变了，就可以直接替换oldVnode。

　　虽然这两个节点不一样但是他们的子节点一样怎么办？别忘了，diff可是逐层比较的，如果第一层不一样那么就不会继续深入比较第二层了。（我在想这算是一个缺点吗？相同子节点不能重复利用了...）

3、值得比较时patchVnode的执行逻辑

　　当我们确定两个节点值得比较之后我们会对两个节点指定patchVnode方法。那么这个方法做了什么呢？

patchVnode (oldVnode, vnode) {
    const el = vnode.el = oldVnode.el
    let i, oldCh = oldVnode.children, ch = vnode.children
    if (oldVnode === vnode) return
    if (oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text) {
        api.setTextContent(el, vnode.text)
    }else {
        updateEle(el, vnode, oldVnode)
        if (oldCh && ch && oldCh !== ch) {
            updateChildren(el, oldCh, ch)
        }else if (ch){
            createEle(vnode) //create el's children dom
        }else if (oldCh){
            api.removeChildren(el)
        }
    }
}

　　这个函数做了以下事情：

• 找到对应的真实dom，称为el
• 判断Vnode和oldVnode是否指向同一个对象，如果是，那么直接return
• 如果他们都有文本节点并且不相等，那么将el的文本节点设置为Vnode的文本节点。
• 如果oldVnode有子节点而Vnode没有，则删除el的子节点
• 如果oldVnode没有子节点而Vnode有，则将Vnode的子节点真实化之后添加到el
• 如果两者都有子节点，则执行updateChildren函数比较子节点，这一步很重要

　　其他几个点都很好理解，我们详细来讲一下updateChildren

4、updateChildren

　　代码量很大，不方便一行一行的讲解，所以下面结合一些示例图来描述一下。

updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
    let oldStartIdx = 0, newStartIdx = 0
    let oldEndIdx = oldCh.length - 1
    let oldStartVnode = oldCh[0]
    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
    let newEndIdx = newCh.length - 1
    let newStartVnode = newCh[0]
    let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
    let oldKeyToIdx
    let idxInOld
    let elmToMove
    let before
    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
        if (oldStartVnode == null) {   // 对于vnode.key的比较，会把oldVnode = null
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] 
        }else if (oldEndVnode == null) {
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        }else if (newStartVnode == null) {
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else if (newEndVnode == null) {
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
            patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
            patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
            patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode)
            api.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.el, api.nextSibling(oldEndVnode.el))
            oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
            newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
        }else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
            patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
            api.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.el, oldStartVnode.el)
            oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
            newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
        }else {
           // 使用key时的比较
            if (oldKeyToIdx === undefined) {
                oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx) // 有key生成index表
            }
            idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
            if (!idxInOld) {
                api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
            }
            else {
                elmToMove = oldCh[idxInOld]
                if (elmToMove.sel !== newStartVnode.sel) {
                    api.insertBefore(parentElm, createEle(newStartVnode).el, oldStartVnode.el)
                }else {
                    patchVnode(elmToMove, newStartVnode)
                    oldCh[idxInOld] = null
                    api.insertBefore(parentElm, elmToMove.el, oldStartVnode.el)
                }
                newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
            }
        }
    }
    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
        before = newCh[newEndIdx + 1] == null ? null : newCh[newEndIdx + 1].el
        addVnodes(parentElm, before, newCh, newStartIdx, newEndIdx)
    }else if (newStartIdx > newEndIdx) {
        removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
}

　　先说一下这个函数做了什么

• 将Vnode的子节点Vch和oldVnode的子节点oldCh提取出来
• oldCh和vCh各有两个头尾的变量StartIdx和EndIdx，它们的2个变量相互比较，一共有4种比较方式。如果4种比较都没匹配，如果设置了key，就会用key进行比较，在比较的过程中，变量会往中间靠，一旦StartIdx>EndIdx表明oldCh和vCh至少有一个已经遍历完了，就会结束比较。

5、图解updateChildren

　　我们将它们取出来并分别用s和e指针指向它们的头child和尾child

　　现在分别对oldS、oldE、S、E两两做sameVnode比较，有四种比较方式，当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置，这句话有点绕，打个比方

• 如果是oldS和E匹配上了，那么真实dom中的第一个节点会移到最后
• 如果是oldE和S匹配上了，那么真实dom中的最后一个节点会移到最前，匹配上的两个指针向中间移动
• 如果四种匹配没有一对是成功的，那么遍历oldChild，S挨个和他们匹配，匹配成功就在真实dom中将成功的节点移到最前面，如果依旧没有成功的，那么将S对应的节点插入到dom中对应的oldS位置，oldS和S指针向中间移动。

　　如下图：

（1）第一步

oldS = a, oldE = d；
S = a, E = b;

　　oldS和S匹配，则将dom中的a节点放到第一个，已经是第一个了就不管了，此时dom的位置为：a b d

　　此时继续比较的：old： b  d ；new：c d b

（2）第二步

oldS = b, oldE = d；
S = c, E = b;

　　oldS和E匹配，就将原本的b节点移动到最后，因为E是最后一个节点，他们位置要一致，这就是上面说的：当其中两个能匹配上那么真实dom中的相应节点会移到Vnode相应的位置，此时dom的位置为：a d b

　　此时继续比较的：old： d ；new：c d

（3）第三步

oldS = d, oldE = d；
S = c, E = d;

　　oldE和E匹配，位置不变此时dom的位置为：a d b

　　此时继续比较的：old 已比较完；new仅剩下c

（4）第四步

oldS++;
oldE--;
oldS > oldE;

　　遍历结束，说明oldCh先遍历完。就将剩余的vCh节点根据自己的的index插入到真实dom中去，此时dom位置为：a c d b。

　　一次模拟完成，这个匹配过程的结束有两个条件：

• oldS > oldE表示oldCh先遍历完，那么就将多余的vCh根据index添加到dom中去（如上图）
• S > E表示vCh先遍历完，那么就在真实dom中将区间为[oldS, oldE]的多余节点删掉

　　再比如：

　　当这些节点sameVnode成功后就会紧接着执行patchVnode了，可以看一下上面的代码

if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
    patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
}

　　就这样层层递归下去，直到将oldVnode和Vnode中的所有子节点比对完。也将dom的所有补丁都打好啦。那么现在再回过去看updateChildren的代码会不会容易很多呢。

六、基于Diff的开发建议

1、基于tree diff：

（1）开发组件时，注意保持DOM结构的稳定；即尽可能少地动态操作DOM结构，尤其是移动操作。

（2）当节点数过大或者页面更新次数过多时，页面卡顿的现象会比较明显。这时可以通过 CSS 隐藏或显示节点，而不是真的移除或添加 DOM 节点。

2、基于component diff：

（1）注意使用 shouldComponentUpdate() 来减少组件不必要的更新。

（2）对于类似的结构应该尽量封装成组件，既减少代码量，又能减少component diff的性能消耗。

3、基于element diff：

（1）对于列表结构，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渲染性能。

（2）循环渲染的必须加上key值，并且保证key是唯一不可变的值。不建议使用数组的index，因为数组变化了，index会变，但是这时候node list 的dom元素可能并没有变。

　　其他欢迎补充。

　　虚拟DOM、DIFF算法在前端领域如雷贯耳，以前研究过，但是理论性的东西确实容易记不清，只记得一个标识一个标识比对看是否更新，其他详细好像有点似懂非懂，所以今天又好好查了下，主要参考这篇：

详解vue的diff算法：https://juejin.cn/post/6844903607913938951