Virtual Dom提升页面渲染效率的原理

Love The Way You Lie 2023-02-20 02:21 20阅读 0赞

## 前言 ##

Vue.js 2.0引入Virtual DOM,比Vue.js 1.0的初始渲染速度提升了2-4倍，并大大降低了内存消耗。那什么是Virtual DOM？为什么需要Virtual DOM？它是通过什么方式去提升页面渲染效率的呢？这是本文所要探讨的问题。代码请查看**https://github.com/ljianshu/Blog**

## 模板转换成视图的过程 ##

在正式介绍 Virtual Dom之前，我们有必要先了解下模板转换成视图的过程整个过程（如下图参考《深入浅出vue》）：

*  Vue.js通过编译将template 模板转换成渲染函数(render ) ，执行渲染函数就可以得到一个虚拟节点树
 *  在对 Model 进行操作的时候，会触发对应 Dep 中的 Watcher 对象。Watcher 对象会调用对应的 update 来修改视图。这个过程主要是将新旧虚拟节点进行差异对比，然后根据对比结果进行DOM操作来更新视图。

简单点讲，在Vue的底层实现上，Vue将模板编译成虚拟DOM渲染函数。结合Vue自带的响应系统，在状态改变时，Vue能够智能地计算出重新渲染组件的最小代价并应到DOM操作上。

![format_png][]

对上图几个概念加以解释:

*  **渲染函数**：渲染函数是用来生成Virtual DOM的。Vue推荐使用模板来构建我们的应用界面，在底层实现中Vue会将模板编译成渲染函数，当然我们也可以不写模板，直接写渲染函数，以获得更好的控制。
 *  **VNode 虚拟节点**：它可以代表一个真实的 dom 节点。通过 createElement 方法能将 VNode 渲染成 dom 节点。简单地说，vnode可以理解成**节点描述对象**，它描述了应该怎样去创建真实的DOM节点。
 *  **patch(也叫做patching算法)**：虚拟DOM最核心的部分，它可以将vnode渲染成真实的DOM，这个过程是对比新旧虚拟节点之间有哪些不同，然后根据对比结果找出需要更新的的节点进行更新。这点我们从单词含义就可以看出， patch本身就有补丁、修补的意思，其实际作用是在现有DOM上进行修改来实现更新视图的目的。Vue的Virtual DOM Patching算法是基于**Snabbdom**的实现，并在些基础上作了很多的调整和改进。

## Virtual DOM 是什么？ ##

Virtual DOM 其实就是一棵以 JavaScript 对象( VNode 节点)作为基础的树，用对象属性来描述节点，实际上它只是一层对真实 DOM 的抽象。最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上。

简单来说，可以把Virtual DOM 理解为一个简单的JS对象，并且最少包含标签名( tag)、属性(attrs)和子元素对象( children)三个属性。不同的框架对这三个属性的命名会有点差别。

对于虚拟DOM，咱们来看一个简单的实例，就是下图所示的这个，详细的阐述了 `模板→渲染函数→虚拟DOM树→真实DOM`的一个过程![format_png 1][]

## Virtual DOM 作用是什么？ ##

**虚拟DOM的最终目标是将虚拟节点渲染到视图上**。但是如果直接使用虚拟节点覆盖旧节点的话，会有很多不必要的DOM操作。例如，一个ul标签下很多个li标签，其中只有一个li有变化，这种情况下如果使用新的ul去替代旧的ul,因为这些不必要的DOM操作而造成了性能上的浪费。

为了避免不必要的DOM操作，虚拟DOM在虚拟节点映射到视图的过程中，将虚拟节点与上一次渲染视图所使用的旧虚拟节点（oldVnode）做对比，找出真正需要更新的节点来进行DOM操作，从而避免操作其他无需改动的DOM。

其实虚拟DOM在Vue.js主要做了两件事：

*  提供与真实DOM节点所对应的虚拟节点vnode
 *  将虚拟节点vnode和旧虚拟节点oldVnode进行对比，然后更新视图

## 为何需要Virtual DOM？ ##

*  具备跨平台的优势

由于 Virtual DOM 是以 JavaScript 对象为基础而不依赖真实平台环境，所以使它具有了跨平台的能力，比如说浏览器平台、Weex、Node 等。

*  操作 DOM 慢，js运行效率高。我们可以将DOM对比操作放在JS层，提高效率。

因为DOM操作的执行速度远不如Javascript的运算速度快，因此，把大量的DOM操作搬运到Javascript中，运用patching算法来计算出真正需要更新的节点，最大限度地减少DOM操作，从而显著提高性能。

Virtual DOM 本质上就是在 JS 和 DOM 之间做了一个缓存。可以类比 CPU 和硬盘，既然硬盘这么慢，我们就在它们之间加个缓存：既然 DOM 这么慢，我们就在它们 JS 和 DOM 之间加个缓存。CPU（JS）只操作内存（Virtual DOM），最后的时候再把变更写入硬盘（DOM）

*  提升渲染性能

Virtual DOM的优势不在于单次的操作，而是在大量、频繁的数据更新下，能够对视图进行合理、高效的更新。

为了实现高效的DOM操作，一套高效的虚拟DOM diff算法显得很有必要。**我们通过patch 的核心----diff 算法，找出本次DOM需要更新的节点来更新，其他的不更新**。比如修改某个model 100次，从1加到100，那么有了Virtual DOM的缓存之后，只会把最后一次修改patch到view上。那diff 算法的实现过程是怎样的？

## diff 算法 ##

![format_png 2][]

Vue的diff算法是基于snabbdom改造过来的，**仅在同级的vnode间做diff，递归地进行同级vnode的diff，最终实现整个DOM树的更新**。因为跨层级的操作是非常少的，忽略不计，这样时间复杂度就从O(n3)变成O(n)。

diff 算法包括几个步骤：

*  用 JavaScript 对象结构表示 DOM 树的结构；然后用这个树构建一个真正的 DOM 树，插到文档当中
 *  当状态变更的时候，重新构造一棵新的对象树。然后用新的树和旧的树进行比较，记录两棵树差异
 *  把所记录的差异应用到所构建的真正的DOM树上，视图就更新了

![format_png 3][]

## diff 算法的实现过程 ##

diff 算法本身非常复杂，实现难度很大。本文去繁就简，粗略介绍以下两个核心函数实现流程：

*  patch(container,vnode) :初次渲染的时候，将VDOM渲染成真正的DOM然后插入到容器里面。
 *  patch(vnode,newVnode):再次渲染的时候，将新的vnode和旧的vnode相对比，然后之间差异应用到所构建的真正的DOM树上。

### 1.patch(container,vnode) ###

通过这个函数可以让VNode渲染成真正的DOM，我们通过以下模拟代码，可以了解大致过程：

function createElement(vnode){
      var tag = vnode.tag
      var attrs = vnode.attrs || {}
      var children = vnode.children || []
      if (!tag) {
        return null
      }
      // 创建真实的 DOM 元素
      var elem = document.createElement(tag)
      // 属性
      var attrName
      for (attrName in attrs) {
        if (attrs.hasOwnProperty(attrName)) {
          //  给 elem 添加属性
          elem.setAttribute(attrName, attrs[attrName])
        }
        // 子元素
        children.forEach(function(childVnode) {
          // 给 elem 添加子元素，如果还有子节点，则递归的生成子节点。
          elem.appendChild(createElement(childVnode)) // 递归
        }) 
        // 返回真实的 DOM 元素
        return elem
      }
    }

### 2.patch(vnode,newVnode) ###

这里我们只考虑vnode与newVnode如何对比的情况：

function updateChildren(vnode, newVnode) {
      var children =  vnode.children  || []
      var  newChildren = newVnode.children || []
      // 遍历现有的children
      children.forEach(function (childVnode, index){
        var newChildVnode = newChildren[index]
        // 两者tag一样
        if (childVnode.tag === newChildVnode.tag) {
          // 深层次对比，递归
          updateChildren(childVnode, newChildVnode)
        } else {
          // 两者tag不一样
          replaceNode(childVnode,newChildVnode )
        }
      })
    }

## 参考文章和书籍    ##

*  珠峰架构课(推荐)
 *  剖析 Vue.js 内部运行机制
 *  深入浅出Vue.js
 *  Vue 2.0学习笔记：Vue的render函数
 *  揭秘一线互联网企业前端JavaScript高级面试
 *  对 virtual-dom 的一些理解
 *  深度剖析：如何实现一个 Virtual DOM 算法

## 关于奇舞周刊 ##

《奇舞周刊》是360公司专业前端团队「奇舞团」运营的前端技术社区。关注公众号后，直接发送链接到后台即可给我们投稿。

![format_png 4][]

[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy96ZXdyTGtyWWZzTXNyWEg1YkVCRzRickFmUFRpYlpNckI1VFhFelFkOGo1QkFYOHV4ODczbHB1Nkd1V0g3ZW9pYVNtOUNnU3JaeXJpYTVEUkNPc251WUthUS82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy96ZXdyTGtyWWZzTXNyWEg1YkVCRzRickFmUFRpYlpNckI4OXNpYnM2RVVuclB6TzRXSUVzTFRKM2JraWFsaWJLY2ljenk1UkRYNXRyM1FKZ0xRanJ1UXhYeGlhUS82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy96ZXdyTGtyWWZzTXNyWEg1YkVCRzRickFmUFRpYlpNckJaRWU4U2wzVDh4bGJ5RXE3VEFWZ2o2YmljSXV1QjluaWJkM3RrdXF0Q2lhWWZ6N3MydGptcjNIa2cvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy96ZXdyTGtyWWZzTXNyWEg1YkVCRzRickFmUFRpYlpNckI5SEJCMW9GWXloRzRYNk1kcFdjTmFQbTNZZ09XZHdMU2Z2ZmhLQzdQaWNxQlNyc01CNllGdUx3LzY0MA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 4]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy9NcEdRVUhpYWliNGliNmo5WDlzMmtpYmZhaWNCTG1JbTZkVUJxeW1WbWlhS3FHRkVQbjBHM1Z5Vm5xUWp2b2duSHE0Y01pYmF5VzI0MDBqNE95RXRkejVma01ibUEvNjQw?x-oss-process=image/format,png