一、前言 目前最流行的两大前端框架，React 和 Vue，都不约而同的借助 Virtual DOM 技术提高页面的渲染效率。那么，什么是 Virtual DOM ？它是通过什么方式去提升页面渲染效率的呢？本系列文章会详细讲解 Virtual DOM 的创建过程，并实现一个简单的 Diff 算法来更新页面。本文的内容脱离于任何的前端框架，只讲最纯粹的 Virtual DOM 。敲单词太累了，下文 Virtual DOM 一律用 VD 表示。 这是 VD 系列文章的第二篇，以下是本系列其它文章的传送门： 你不知道的Virtual DOM（一）：Virtual Dom介绍 本文将会实现一个简单的 VD Diff 算法，计算出差异并反映到真实的 DOM 上去。 二、思路 使用 VD 的框架，一般的设计思路都是页面等于页面状态的映射，即UI = render(state)。当需要更新页面的时候，无需关心 DOM 具体的变换方式，只需要改变state即可，剩下的事情（render）将由框架代劳。我们考虑最简单的情况，当 state 发生变化时，我们重新生成整个 VD ，触发比较的操作。上述过程分为以下四步： - state 变化，生成新的 VD - 比较 VD 与之前 VD 的异同 - 生成差异对象（patch） - 遍历差异对象并更新 DOM 差异对象的数据结构是下面这个样子，与每一个 VDOM 元素一一对应： [代码]{ type, vdom, props: [{ type, key, value }] children } [代码] 最外层的 type 对应的是 DOM 元素的变化类型，有 4 种：新建、删除、替换和更新。props 变化的 type 只有2种：更新和删除。枚举值如下： [代码]const nodePatchTypes = { CREATE: 'create node', REMOVE: 'remove node', REPLACE: 'replace node', UPDATE: 'update node' } const propPatchTypes = { REMOVE: 'remove prop', UPDATE: 'update prop' } [代码] 三、代码实现 我们做一个定时器，500 毫秒运行一次，每次对 state 加 1。页面的li元素的数量随着 state 而变。 [代码]let state = { num: 5 }; let timer; let preVDom; function render(element) { // 初始化的 VD const vdom = view(); preVDom = vdom; const dom = createElement(vdom); element.appendChild(dom); timer = setInterval(() => { state.num += 1; tick(element); }, 500); } function tick(element) { if (state.num > 20) { clearTimeout(timer); return; } const newVDom = view(); } function view() { return ( <div> Hello World <ul> { // 生成元素为0到n-1的数组 [...Array(state.num).keys()] .map( i => ( <li id={i} class={`li-${i}`}> 第{i * state.num} </li> )) } </ul> </div> ); } [代码] 接下来，通过对比 2 个 VD，生成差异对象。 [代码]function tick(element) { if (state.num > 20) { clearTimeout(timer); return; } const newVDom = view(); // 生成差异对象 const patchObj = diff(preVDom, newVDom); } function diff(oldVDom, newVDom) { // 新建 node if (oldVDom == undefined) { return { type: nodePatchTypes.CREATE, vdom: newVDom } } // 删除 node if (newVDom == undefined) { return { type: nodePatchTypes.REMOVE } } // 替换 node if ( typeof oldVDom !== typeof newVDom || ((typeof oldVDom === 'string' || typeof oldVDom === 'number') && oldVDom !== newVDom) || oldVDom.tag !== newVDom.tag ) { return { type: nodePatchTypes.REPLACE, vdom: newVDom } } // 更新 node if (oldVDom.tag) { // 比较 props 的变化 const propsDiff = diffProps(oldVDom, newVDom); // 比较 children 的变化 const childrenDiff = diffChildren(oldVDom, newVDom); // 如果 props 或者 children 有变化，才需要更新 if (propsDiff.length > 0 || childrenDiff.some( patchObj => (patchObj !== undefined) )) { return { type: nodePatchTypes.UPDATE, props: propsDiff, children: childrenDiff } } } } // 比较 props 的变化 function diffProps(oldVDom, newVDom) { const patches = []; const allProps = {...oldVDom.props, ...newVDom.props}; // 获取新旧所有属性名后，再逐一判断新旧属性值 Object.keys(allProps).forEach((key) => { const oldValue = oldVDom.props[key]; const newValue = newVDom.props[key]; // 删除属性 if (newValue == undefined) { patches.push({ type: propPatchTypes.REMOVE, key }); } // 更新属性 else if (oldValue == undefined || oldValue !== newValue) { patches.push({ type: propPatchTypes.UPDATE, key, value: newValue }); } } ) return patches; } // 比较 children 的变化 function diffChildren(oldVDom, newVDom) { const patches = []; // 获取子元素最大长度 const childLength = Math.max(oldVDom.children.length, newVDom.children.length); // 遍历并diff子元素 for (let i = 0; i < childLength; i++) { patches.push(diff(oldVDom.children[i], newVDom.children[i])); } return patches; } [代码] 计算得出的差异对象是这个样子的： [代码]{ type: "update node", props: [], children: [ null, { type: "update node", props: [], children: [ null, { type: "update node", props: [], children: [ null, { type: "replace node", vdom: 6 } ] } ] }, { type: "create node", vdom: { tag: "li", props: { id: 5, class: "li-5" }, children: ["第", 30] } } ] } [代码] 下一步就是遍历差异对象并更新 DOM 了： [代码]function tick(element) { if (state.num > 20) { clearTimeout(timer); return; } const newVDom = view(); // 生成差异对象 const patchObj = diff(preVDom, newVDom); preVDom = newVDom; // 给 DOM 打个补丁 patch(element, patchObj); } // 给 DOM 打个补丁 function patch(parent, patchObj, index=0) { if (!patchObj) { return; } // 新建元素 if (patchObj.type === nodePatchTypes.CREATE) { return parent.appendChild(createElement(patchObj.vdom)); } const element = parent.childNodes[index]; // 删除元素 if (patchObj.type === nodePatchTypes.REMOVE) { return parent.removeChild(element); } // 替换元素 if (patchObj.type === nodePatchTypes.REPLACE) { return parent.replaceChild(createElement(patchObj.vdom), element); } // 更新元素 if (patchObj.type === nodePatchTypes.UPDATE) { const {props, children} = patchObj; // 更新属性 patchProps(element, props); // 更新子元素 children.forEach( (patchObj, i) => { // 更新子元素时，需要将子元素的序号传入 patch(element, patchObj, i) }); } } // 更新属性 function patchProps(element, props) { if (!props) { return; } props.forEach( patchObj => { // 删除属性 if (patchObj.type === propPatchTypes.REMOVE) { element.removeAttribute(patchObj.key); } // 更新或新建属性 else if (patchObj.type === propPatchTypes.UPDATE) { element.setAttribute(patchObj.key, patchObj.value); } }) } [代码] 到此为止，整个更新的流程就执行完了。可以看到页面跟我们预期的一样，每 500 毫秒刷新一次，构造渲染树和绘制页面花的时间也非常少。 [图片] 作为对比，如果我们在生成新的 VD 后，不经过比较，而是直接重新渲染整个 DOM 的时候，会怎样呢？我们修改一下代码： [代码]function tick(element) { if (state.num > 20) { clearTimeout(timer); return; } const newVDom = view(); newDom = createElement(newVDom); element.replaceChild(newDom, dom); dom = newDom; /* // 生成差异对象 const patchObj = diff(preVDom, newVDom); preVDom = newVDom; // 给 DOM 打个补丁 patch(element, patchObj); */ } [代码] 效果如下： [图片] 可以看到，构造渲染树（Rendering）和绘制页面（Painting）的时间要多一些。但另一方面花在 JS 计算（Scripting）的时间要少一些，因为不需要比较节点的变化。如果算总时间的话，重新渲染整个 DOM 花费的时间反而更少，这是为什么呢？ 其实原因很简单，因为我们的 DOM 树太简单了！节点很少，使用到的 css 也很少，所以构造渲染树和绘制页面就花不了多少时间。VD 真正的效果还是要在真实的项目中才体现得出来。 四、总结 本文详细介绍如何实现一个简单的 VD Diff 算法，再根据计算出的差异去更新真实的 DOM 。然后对性能做了一个简单的分析，得出使用 VD 在减少渲染时间的同时增加了 JS 计算时间的结论。基于当前这个版本的代码还能做怎样的优化呢，请期待下一篇的内容：你不知道的Virtual DOM（三）：Virtual DOM 更新优化

一、前言 目前最流行的两大前端框架，React 和 Vue，都不约而同的借助 Virtual DOM 技术提高页面的渲染效率。那么，什么是 Virtual DOM？它是通过什么方式去提升页面渲染效率的呢？本系列文章会详细讲解 Virtual DOM 的创建过程，并实现一个简单的 Diff 算法来更新页面。本文的内容脱离于任何的前端框架，只讲最纯粹的 Virtual DOM。敲单词太累了，下文 Virtual DOM 一律用 VD 表示。 这是 VD 系列文章的开篇，后续还会有更多的文章带你深入了解 VD 的奥秘。 二、VD 是什么 本质上来说，VD 只是一个简单的 JS 对象，并且最少包含 tag、 props和 children三个属性。不同的框架对这三个属性的命名会有点差别，但表达的意思是一致的。它们分别是标签名（tag）、属性（props）和子元素对象（children）。下面是一个典型的 VD 对象例子： [代码]{ tag: "div", props: {}, children: [ "Hello World", { tag: "ul", props: {}, children: [{ tag: "li", props: { id: 1, class: "li-1" }, children: ["第", 1] }] } ] } [代码] VD 跟 dom 对象有一一对应的关系，上面的 VD 是由以下的 HTML 生成的： [代码]<div> Hello World <ul> <li id="1" class="li-1"> 第1 </li> </ul> </div> [代码] 一个 dom 对象，比如 li，由 tag(li), props({id:1,class:“li-1”})和 children([“第”,1])三个属性来描述。 三、为什么需要 VD 借助 VD，可以达到有效减少页面渲染次数的目的，从而提高渲染效率。我们先来看下页面的更新一般会经过几个阶段： [图片] 从上面的例子中，可以看出页面的呈现会分以下 3 个阶段： JS 计算 生成渲染树 绘制页面 这个例子里面，JS 计算用了 691毫秒，生成渲染树 578毫秒，绘制 73毫秒。如果能有效的减少生成渲染树和绘制所花的时间，更新页面的效率也会随之提高。 通过 VD 的比较，我们可以将多个操作合并成一个批量的操作，从而减少 dom 重排的次数，进而缩短了生成渲染树和绘制所花的时间。至于如何基于 VD 更有效率的更新 dom，是一个很有趣的话题，日后有机会将另写一篇文章介绍。 四、如何实现 VD 与真实 DOM 的映射 我们先从如何生成 VD 说起。借助 JSX 编译器，可以将文件中的 HTML 转化成函数的形式，然后再利用这个函数生成 VD。看下面这个例子： [代码]function render() { return ( <div> Hello World <ul> <li id="1" class="li-1"> 第1 </li> </ul> </div> ); } [代码] 这个函数经过 JSX 编译后，会输出下面的内容： [代码]function render() { return h( 'div', null, 'Hello World', h( 'ul', null, h( 'li', { id: '1', 'class': 'li-1' }, '\u7B2C1' ) ) ); } [代码] 这里的 h 是一个函数，可以起任意的名字。这个名字通过 babel 进行配置： [代码]// .babelrc 文件 { "plugins": [ ["transform-react-jsx", { "pragma": "h" // 这里可配置任意的名称 }] ] } [代码] 接下来，我们只需要定义 h 函数，就能构造出 VD： [代码]function flatten(arr) { return [].concat.apply([], arr); } function h(tag, props, ...children) { return { tag, props: props || {}, children: flatten(children) || [] }; } [代码] h 函数会传入三个或以上的参数，前两个参数一个是标签名，一个是属性对象，从第三个参数开始的其它参数都是 children。children 元素有可能是数组的形式，需要将数组解构一层。比如： [代码]function render() { return ( <ul> <li>0</li> { [1, 2, 3].map( i => ( <li>{i}</li> )) } </ul> ); } // JSX 编译后 function render() { return h( 'ul', null, h( 'li', null, '0' ), /* * 需要将下面这个数组解构出来再放到 children 数组中 */ [1, 2, 3].map(i => h( 'li', null, i )) ); } [代码] 继续之前的例子。执行 h 函数后，最终会得到如下的 VD 对象： [代码]{ tag: "div", props: {}, children: [ "Hello World", { tag: "ul", props: {}, children: [{ tag: "li", props: { id: 1, class: "li-1" }, children: ["第", 1] }] } ] } [代码] 下一步，通过遍历 VD 对象，生成真实的 dom [代码]// 创建 dom 元素 function createElement(vdom) { // 如果 vdom 是字符串或者数字类型，则创建文本节点，比如“Hello World” if (typeof vdom === 'string' || typeof vdom === 'number') { return doc.createTextNode(vdom); } const {tag, props, children} = vdom; // 1. 创建元素 const element = doc.createElement(tag); // 2. 属性赋值 setProps(element, props); // 3. 创建子元素 // appendChild 在执行的时候，会检查当前的 this 是不是 dom 对象，因此要 bind 一下 children.map(createElement) .forEach(element.appendChild.bind(element)); return element; } // 属性赋值 function setProps(element, props) { for (let key in props) { element.setAttribute(key, props[key]); } } [代码] createElement函数执行完后，dom元素就创建完并展示到页面上了（页面比较丑，不要介意…）。 [图片] 五、总结 本文介绍了 VD 的基本概念，并讲解了如何利用 JSX 编译 HTML 标签，然后生成 VD，进而创建真实 dom 的过程。下一篇文章将会实现一个简单的 VD Diff 算法，找出 2 个 VD 的差异并将更新的元素映射到 dom 中去。 PS: 想看完整代码见这里： 代码(https://gist.github.com/dickenslian/86c4e266ae5f2134373376133bec9e3d) 参考链接： The Inner Workings Of Virtual DOM (https://medium.com/@rajaraodv/the-inner-workings-of-virtual-dom-666ee7ad47cf) preact源码学习系列之一：JSX解析与DOM渲染 (https://github.com/youngwind/blog/issues/103)