react18 diff算法

React 18 的 Diff 算法（也称为 Reconciliation 算法）是 React 核心机制的一部分，用于高效比较新旧虚拟 DOM（VDOM），找出变化部分并更新真实 DOM。下面我将详细讲解其原理，包括核心思想、步骤、优化策略以及 React 18 中的改进。

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1. Diff 算法的核心思想

React 的 Diff 算法的目标是：

• 高效更新：只更新 DOM 中发生变化的部分，避免重新渲染整个页面。
• 简化假设：基于实际使用场景，牺牲部分理论上的最优解，换取更高的性能。

React 假设：

1. 同层比较：不同类型的元素不会出现在同一层级。
2. Key 的稳定性：使用 key 属性标识列表中的元素，减少不必要的 DOM 操作。
3. 树形结构：Diff 过程主要在树的同一层级进行，跨层级移动较少考虑。

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2. React Diff 算法的基本流程

React 的 Diff 算法在新旧 VDOM 树之间进行比较，主要分为以下步骤：

2.1 单节点比较

• 类型检查：
  • 如果新旧节点的类型不同（例如 <div> vs <span>），直接替换整个节点及其子树。
  • 如果类型相同，继续比较属性和子节点。
• 属性比较：
  • 检查新旧节点的 props（如 className、style），只更新变化的属性。
• 文本节点：
  • 如果是文本节点，直接比较内容是否变化，更新文本。

2.2 列表（多节点）比较

当节点是一个子节点列表时，React 使用更复杂的逻辑：

1. 同层级遍历：
   • 新旧子节点按索引顺序逐个比较。
   • 如果类型不同，替换节点；如果相同，继续递归比较。
2. Key 的作用：
   • 如果子节点有 key 属性，React 使用 key 匹配新旧节点，避免按索引顺序盲目比较。
   • 未匹配的旧节点标记为删除，新节点标记为插入，匹配的节点继续比较。

2.3 更新策略

• 增删改：
  • 新增：新树中有而旧树中没有的节点，创建并插入。
  • 删除：旧树中有而新树中没有的节点，移除。
  • 修改：类型相同但内容或属性变化的节点，更新。
• 移动：
  • 使用 key 识别相同元素在列表中的位置变化，只移动 DOM 而非重建。

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3. Diff 算法的伪代码

以下是简化的 Diff 流程：

function diff(oldVNode, newVNode) {
  // 类型不同，直接替换
  if (oldVNode.type !== newVNode.type) {
    return replaceNode(oldVNode, newVNode);
  }

  // 类型相同，比较属性和子节点
  if (isElement(oldVNode)) {
    updateProps(oldVNode, newVNode); // 更新属性
    diffChildren(oldVNode.children, newVNode.children); // 递归比较子节点
  } else if (isText(oldVNode)) {
    if (oldVNode.text !== newVNode.text) {
      updateText(oldVNode, newVNode); // 更新文本
    }
  }
}

function diffChildren(oldChildren, newChildren) {
  const keyMap = buildKeyMap(oldChildren); // 使用 key 创建映射

  for (let i = 0; i < newChildren.length; i++) {
    const newChild = newChildren[i];
    const oldChild = keyMap[newChild.key] || oldChildren[i];

    if (!oldChild) {
      insertNode(newChild); // 新增
    } else if (newChild.key === oldChild.key) {
      diff(oldChild, newChild); // 递归比较
    } else {
      replaceNode(oldChild, newChild); // 替换
    }
  }

  // 删除多余的旧节点
  oldChildren.forEach(oldChild => {
    if (!newChildren.some(newChild => newChild.key === oldChild.key)) {
      removeNode(oldChild);
    }
  });
}

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4. React 18 的改进

React 18 在 Diff 算法上延续了之前版本的基础，但通过 Concurrent Rendering（并发渲染） 和 Automatic Batching（自动批处理） 等特性优化了性能和用户体验。以下是相关改进：

4.1 并发渲染与 Diff

• 分片处理：
  • React 18 将渲染任务分解为多个小块（chunks），允许在高优先级任务（如用户输入）插入时暂停 Diff 过程。
  • Diff 算法不再一次性完成，而是可以在多个帧中逐步执行。
• 优先级调度：
  • 使用 Scheduler（React 的调度器）分配 Diff 任务的优先级，低优先级更新可以被打断。
  • 这使得 Diff 过程更灵活，但核心比较逻辑未变。

4.2 Fiber 架构的支持

• React 16 引入的 Fiber 架构在 React 18 中得到增强：
  • 每个节点是一个 Fiber 对象，包含 type、props、key 等信息。
  • Diff 过程基于 Fiber 树的双缓冲机制（current 和 workInProgress 树），比较时直接操作 Fiber 节点。
• 中断与恢复：
  • Fiber 树的 Diff 可以暂停并恢复，配合 React 18 的并发特性（如 startTransition），提升复杂应用的响应性。

4.3 Automatic Batching

• 批量更新：
  • React 18 自动将多个状态更新批处理为单次渲染，减少 Diff 执行次数。
  • 例如：

    function App() {
      const [a, setA] = useState(0);
      const [b, setB] = useState(0);
      const handleClick = () => {
        setA(a + 1);
        setB(b + 1); // React 18 自动批处理，只触发一次 Diff
      };
      return <button onClick={handleClick}>{a}, {b}</button>;
    }
    

  • 这优化了 Diff 算法的调用频率。

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5. 优化策略

React Diff 算法依赖以下假设和优化：

1. Key 优化：
   • 使用 key 减少列表比较的复杂度，从 O(n³) 降到接近 O(n)。
   • 示例：

     // 旧：[<li key="a">A</li>, <li key="b">B</li>]
     // 新：[<li key="b">B</li>, <li key="a">A</li>]
     

     React 识别 key 相同，只移动位置，不重建。
2. 同层级限制：
   • 不跨层级比较子节点，假设跨层移动罕见，简化算法。
3. 类型一致性：
   • 类型不同直接替换，跳过复杂比较。

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6. 时间复杂度

• 单节点：O(1)，仅比较类型和属性。
• 列表无 key：O(n³)，需要两两比较并计算最小编辑距离（不实际使用）。
• 列表有 key：O(n)，通过 key 快速匹配。

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7. 与 React 18 的结合示例

import { useState, startTransition } from 'react';

function List() {
  const [items, setItems] = useState(['A', 'B', 'C']);

  const handleAdd = () => {
    startTransition(() => {
      setItems([...items, 'D']); // 并发更新，可能分片 Diff
    });
  };

  return (
    <ul>
      {items.map(item => (
        <li key={item}>{item}</li>
      ))}
      <button onClick={handleAdd}>Add</button>
    </ul>
  );
}

• Diff 过程：
  1. 比较旧树 ['A', 'B', 'C'] 和新树 ['A', 'B', 'C', 'D']。
  2. 使用 key 匹配前三个，新增 'D'。
  3. React 18 可能将 Diff 分片执行，确保交互流畅。

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8. 总结

• 核心原理：
  • React 18 的 Diff 算法通过同层比较、key 匹配和类型检查，高效找出新旧 VDOM 的差异。
• React 18 改进：
  • 并发渲染支持分片 Diff，配合 Fiber 架构和自动批处理提升性能。
• 时间复杂度：
  • 借助 key 优化到 O(n)，适合大规模列表更新。
• 目标：
  • 在性能和准确性间平衡，确保 DOM 更新最小化，同时支持并发特性。

React 18 的 Diff 算法本质上是对之前版本的延续，但通过并发特性使其更适应复杂应用。如果你对某些细节（如 Fiber 树的双缓冲机制）感兴趣，我可以进一步深入讲解！