详解react应用中的DOM DIFF算法

前言

对我们搞前端的来说，目前最流行的两大前端框架毫无疑问当属React和Vue，对于这两大框架，想必大家也是再熟悉不过了。然而，这两大框架无一例外的全部放弃使用传统的DOM技术，却采用了以JS为基础的Virtual DOM技术，也可称作虚拟DOM。所以，到底什么是Virtual DOM？两大热门框架全部使用Virtual DOM的原因又是什么？接下来让我这个搞前端的人来好好地为您讲解一下DOM DIFF算法的牛逼之处。

什么是Virtual DOM?

如字面意思所说，Virtual DOM即 虚拟DOM，它的特点就是利用Javascript来模拟DOM结构，并且将DOM的变化对比放在JS层中进行比较。具体操作如下：

// 普通的HTML DOM结构
<ul class="list">
   <li class="item">wjy</li>
   <li class="item">易烊千玺</li>
</ul>

// 映射出的虚拟DOM
{
   tag:'ul',
   props:{
       class:'list'
   },
   children: [
       {
           tag:'li',
           props:{
               class:'item'
           },
           children: ['易烊千玺']
       }
   ]
}

有朋友或许会有点迷惑，普通的HTML DOM结构不好吗？通俗易懂，代码也更加简洁，为什么还需要采用嵌套递归的虚拟DOM形式呢？其实这和普通DOM在重新渲染的过程中非常消耗性能有关,DOM操作看似简便,但其实效率相当低,这是因为如果是在需要频繁修改的真实DOM中,看起来更加复杂的运用JS结构的Virtual DOM效率会更高.

使用Virtual DOM的原因

DOM 渲染页面的操作流程

• 当浏览器通过域名从服务器拿到对应的HTML文件后，浏览器首先会进行构建DOM树和CSSOM树，关于树的概念，学过数据结构与算法的同学或许对树的节点概念印象深刻。
• 在HTML DOM中，所有的事物都是节点，而DOM是被视为节点树的HTML，并且，各个节点之间有着相应的层级关系。DOM节点树和HTML中的标签一一对应，构成了DOM树
• HTML文件

• HTML DOM树

同样的。在CSS文档中，所有的元素也皆是节点，与HTML中的标签一一对应，构成了CSSOM树 如下图所示

警告！ 如果在构建DOM树的过程中，有遇到JS相关的内容时，DOM树的构建会立即停止，这是由于，JS可以对DOM节点进行操作，浏览器为了防止JS会对以完成的DOM造成影响，会阻止DOM树的构建，以节约资源。

在DOM树和CSSOM树不断构建的过程中，渲染树也在逐渐形成，浏览器会根据所构建的渲染树进行网页布局和绘制流程，不断地进行网页的搭建。具体操作流程图如下：

一般而言,对于页面渲染的常规操作,我们通常是操作DOM,修改并重置innerHTML完成页面的渲染,每进行一次DOM的更新操作,都会重新进行一次渲染流程，这个过程包含着页面的重绘和重排。

Virtual DOM的优势

但是如果对于大型页面项目,或者具有多标签,多属性的网页而言,常规的DOM操作实在是太耗时了,每次的简单修改都需要牵动大量的DOM节点的重绘与重排,极大地降低了页面渲染效率.于是,当前端开发人员面对DOM瓶颈一筹莫展的时候,Virtual DOM显示出了作为轻量级的JavaScript对象的极大优越性,顺利得到了了前端开发者的青睐。

在页面进行重新渲染的时候,Virtual DOM进行dom diff计算对比两次并发现其中的差异,只需要修改DOM树中不同的部分即可.也可以理解为Virtual DOM做了一个中间件,先利用JS修改Virtual DOM,在对比出差异后,将所有的更改加入页面的真实DOM.所以说,Virtual DOM的最大优势就在于完全不用像原生DOM,在对比之后还要进行DOM的重建与创造,因为这对于大型项目的运行来说非常消耗性能,开销极大.由此可见,不论在什么体量的网页中,放弃传统DOM采用Virtual DOM无疑是非常高效且绝佳的选择.

如何将DOM用virtual DOM 来表示

首先，在vscode中新建一个dom diff 项目，项目初始化，装好相应组件

由于是DOM树，所以在将HTML转换成DOM树时，要运用递归的形式，首先创建结点，其次设置属性，然后设置子节点

<ul class="list">
    <li class="item">wjy</li>
    <li class="item">易烊千玺</li>
</ul> 

// DOM 树的表达转换形式 
let virtualDOM = createElement('ul', {
  class:'list',
}, [
  createElement('li',{
    class:'item'
  },['wjy']),
  createElement('li',{
    class:'item'
  },['易烊千玺']),
])

然后，在新建一个element.js文件进行向外输出，完成页面渲染

// 通过构造函数Element构造虚拟DOM节点
class Element {
    constructor(type,props,children){
        this.type = type;
        this.props = props;
        this.children =children;
    }
}
// 
const createElement = (type,props,children) => { 
  return new Element(type,props,children);
}

// 进行页面渲染 将Virtual Dom转化为真实DOM
const render = (domObj) => {  
    let el = document.createElement(domObj.type);
    for(let key in domObj.props){
        setAttr(el,key,domObj.props[key]);
    }
    domObj.children.forEach(child => {
        child = (child instanceof Element)
        ? render(child)
        : document.createTextNode(child);
        el.appendChild(child);

    })
    return el;
}

function setAttr(node,key,value){
    switch(key){
        case 'value':
            if(node.tagName.toLowerCase() === 'input' || 
            node.tagName.toLowerCase() ==='textarea'
            ){
                node.value = value;
            }else{
                node.setAttribute(key,value)
            }
            break;
            case 'style':
            //   node.setAttribute('style',value)
            node.style.cssText = value;
            break;
            default:
                node.setAttribute(key,value)
            break;
    }
}

// 将真实DOM 挂载到制定根节点
const renderDOM = (el,target) => {
    target.appendChild(el);
}

// 向外输出
export {
    createElement,
    render,
    renderDOM
}

在控制台上得到真实DOM

页面渲染成功！😃

DOM DIFF算法

在用户进行操作更改交互页面操作后,虚拟DOM树上的节点会发生变化,然而此时真实节点却没有改变,为了使得更改与真实页面同步,我们会使用DOM DIFF算法找出这两颗树的差异,然后产生差异补丁对象，再将差异补丁对象应用到真实的DOM节点上去，于是完成了页面的渲染和更新。

传统的Diff算法时间复杂度达到了O(n^3),若要满足每次都可以整体刷新页面的目的，这种指数型的增长的性能开销是无法满足性能要求的，于是，Facebook的工程师对此进行了优化，通过制定diff策略将Diff算法的复杂度降低到了O(n)

Diff 策略

• DOM节点跨层级的操作特别少，所以可以忽略不计
• 拥有相同类的两个组件将会产生相似的树形结构，拥有不同类的两个组件将会产生不同的树形结构
• 同一层级的一组子节点，他们可以通过uuid进行区分
  

Diff 粒度

由于DIFF的粒度不同，DIFF算法按照下面的顺序依次执行

• Tree DIFF
  
• Component DIFF
• Element DIFF
  

打补丁

我们根据diff策略以及react diff中的比对算法将两个虚拟DOM通过深度优先遍历进行比较，如果有差异，就把所遍历到节点的索引值所对应的操作存储起来，也称为补丁对象(patches)

然后对真实的DOM再次经过深度优先遍历，补丁对象中的索引就会和DOM相对应，我们就完成了DOM的更新操作。

结语
在互联网环境下,随时刷新交互页面是我们上网的常规操作,然而这一简单的操作却是多次算法优化的结果。DOM DIFF的底层原理挺复杂，如果有感兴趣的朋友，可以自行搜索相关文献，因为本文只是浅析，所以太多方面就不赘述了，如果本文有知识错漏的地方，也欢迎指正！虚心接收一切合理批评！😉

如果这篇文章有帮助到你对dom diff算法的理解,也希望您能为我点一个赞😃,答主是刚入门的前端小白，每一个赞都是我前进的动力，我会持续更新掘金的博客的🤗

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最后

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