前端档案

# Diff 算法

diff

# 一、是什么

diff 算法是一种通过同层的树节点进行比较的高效算法

其有两个特点：

  • 比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较
  • 在diff比较的过程中，循环从两边向中间比较

diff 算法在很多场景下都有应用，在 vue 中，作用于虚拟 dom 渲染成真实 dom 的新旧 VNode 节点比较

# 二、比较方式

diff整体策略为：深度优先，同层比较

  1. 比较只会在同层级进行, 不会跨层级比较
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  1. 比较的过程中，循环从两边向中间收拢
img

下面举个vue通过diff算法更新的例子：

新旧VNode节点如下图所示：

第一次循环后，发现旧节点D与新节点D相同，直接复用旧节点D作为diff后的第一个真实节点，同时旧节点endIndex移动到C，新节点的 startIndex 移动到了 C

第二次循环后，同样是旧节点的末尾和新节点的开头(都是 C)相同，同理，diff 后创建了 C 的真实节点插入到第一次创建的 B 节点后面。同时旧节点的 endIndex 移动到了 B，新节点的 startIndex 移动到了 E

第三次循环中，发现E没有找到，这时候只能直接创建新的真实节点 E，插入到第二次创建的 C 节点之后。同时新节点的 startIndex 移动到了 A。旧节点的 startIndex 和 endIndex 都保持不动

第四次循环中，发现了新旧节点的开头(都是 A)相同，于是 diff 后创建了 A 的真实节点，插入到前一次创建的 E 节点后面。同时旧节点的 startIndex 移动到了 B，新节点的startIndex 移动到了 B

第五次循环中，情形同第四次循环一样，因此 diff 后创建了 B 真实节点 插入到前一次创建的 A 节点后面。同时旧节点的 startIndex移动到了 C，新节点的 startIndex 移动到了 F

新节点的 startIndex 已经大于 endIndex 了，需要创建 newStartIdx 和 newEndIdx 之间的所有节点，也就是节点F，直接创建 F 节点对应的真实节点放到 B 节点后面

# 三、原理分析

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。

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。

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

源码位置：src/core/vdom/patch.js

function patch(oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
    if (isUndef(vnode)) { // 没有新节点，直接执行destory钩子函数
        if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
        return
    }

    let isInitialPatch = false
    const insertedVnodeQueue = []

    if (isUndef(oldVnode)) {
        isInitialPatch = true
        createElm(vnode, insertedVnodeQueue) // 没有旧节点，直接用新节点生成dom元素
    } else {
        const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
        if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
            // 判断旧节点和新节点自身一样，一致执行patchVnode
            patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
        } else {
            // 否则直接销毁及旧节点，根据新节点生成dom元素
            if (isRealElement) {

                if (oldVnode.nodeType === 1 && oldVnode.hasAttribute(SSR_ATTR)) {
                    oldVnode.removeAttribute(SSR_ATTR)
                    hydrating = true
                }
                if (isTrue(hydrating)) {
                    if (hydrate(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue)) {
                        invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, true)
                        return oldVnode
                    }
                }
                oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
            }
            return vnode.elm
        }
    }
}

patch函数前两个参数位为oldVnode 和 Vnode ，分别代表新的节点和之前的旧节点，主要做了四个判断：

  • 没有新节点，直接触发旧节点的destory钩子
  • 没有旧节点，说明是页面刚开始初始化的时候，此时，根本不需要比较了，直接全是新建，所以只调用 createElm
  • 旧节点和新节点自身一样，通过 sameVnode 判断节点是否一样，一样时，直接调用 patchVnode去处理这两个节点
  • 旧节点和新节点自身不一样，当两个节点不一样的时候，直接创建新节点，删除旧节点

下面主要讲的是patchVnode部分

function patchVnode (oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
    // 如果新旧节点一致，什么都不做
    if (oldVnode === vnode) {
      return
    }

    // 让vnode.el引用到现在的真实dom，当el修改时，vnode.el会同步变化
    const elm = vnode.elm = oldVnode.elm

    // 异步占位符
    if (isTrue(oldVnode.isAsyncPlaceholder)) {
      if (isDef(vnode.asyncFactory.resolved)) {
        hydrate(oldVnode.elm, vnode, insertedVnodeQueue)
      } else {
        vnode.isAsyncPlaceholder = true
      }
      return
    }
    // 如果新旧都是静态节点，并且具有相同的key
    // 当vnode是克隆节点或是v-once指令控制的节点时，只需要把oldVnode.elm和oldVnode.child都复制到vnode上
    // 也不用再有其他操作
    if (isTrue(vnode.isStatic) &&
      isTrue(oldVnode.isStatic) &&
      vnode.key === oldVnode.key &&
      (isTrue(vnode.isCloned) || isTrue(vnode.isOnce))
    ) {
      vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
      return
    }

    let i
    const data = vnode.data
    if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
      i(oldVnode, vnode)
    }

    const oldCh = oldVnode.children
    const ch = vnode.children
    if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
      for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
      if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
    }
    // 如果vnode不是文本节点或者注释节点
    if (isUndef(vnode.text)) {
      // 并且都有子节点
      if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
        // 并且子节点不完全一致，则调用updateChildren
        if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)

        // 如果只有新的vnode有子节点
      } else if (isDef(ch)) {
        if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
        // elm已经引用了老的dom节点，在老的dom节点上添加子节点
        addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)

        // 如果新vnode没有子节点，而vnode有子节点，直接删除老的oldCh
      } else if (isDef(oldCh)) {
        removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)

        // 如果老节点是文本节点
      } else if (isDef(oldVnode.text)) {
        nodeOps.setTextContent(elm, '')
      }

      // 如果新vnode和老vnode是文本节点或注释节点
      // 但是vnode.text != oldVnode.text时，只需要更新vnode.elm的文本内容就可以
    } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
      nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
    }
    if (isDef(data)) {
      if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.postpatch)) i(oldVnode, vnode)
    }
  }

patchVnode主要做了几个判断：

  • 新节点是否是文本节点，如果是，则直接更新dom的文本内容为新节点的文本内容
  • 新节点和旧节点如果都有子节点，则处理比较更新子节点
  • 只有新节点有子节点，旧节点没有，那么不用比较了，所有节点都是全新的，所以直接全部新建就好了，新建是指创建出所有新DOM，并且添加进父节点
  • 只有旧节点有子节点而新节点没有，说明更新后的页面，旧节点全部都不见了，那么要做的，就是把所有的旧节点删除，也就是直接把DOM 删除

子节点不完全一致，则调用updateChildren

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
    let oldStartIdx = 0 // 旧头索引
    let newStartIdx = 0 // 新头索引
    let oldEndIdx = oldCh.length - 1 // 旧尾索引
    let newEndIdx = newCh.length - 1 // 新尾索引
    let oldStartVnode = oldCh[0] // oldVnode的第一个child
    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx] // oldVnode的最后一个child
    let newStartVnode = newCh[0] // newVnode的第一个child
    let newEndVnode = newCh[newEndIdx] // newVnode的最后一个child
    let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm

    // removeOnly is a special flag used only by <transition-group>
    // to ensure removed elements stay in correct relative positions
    // during leaving transitions
    const canMove = !removeOnly

    // 如果oldStartVnode和oldEndVnode重合，并且新的也都重合了，证明diff完了，循环结束
    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
      // 如果oldVnode的第一个child不存在
      if (isUndef(oldStartVnode)) {
        // oldStart索引右移
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left

      // 如果oldVnode的最后一个child不存在
      } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
        // oldEnd索引左移
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]

      // oldStartVnode和newStartVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
        // patch oldStartVnode和newStartVnode， 索引左移，继续循环
        patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]

      // oldEndVnode和newEndVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
        // patch oldEndVnode和newEndVnode，索引右移，继续循环
        patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]

      // oldStartVnode和newEndVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
        // patch oldStartVnode和newEndVnode
        patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
        // 如果removeOnly是false，则将oldStartVnode.eml移动到oldEndVnode.elm之后
        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
        // oldStart索引右移，newEnd索引左移
        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]

      // 如果oldEndVnode和newStartVnode是同一个节点
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
        // patch oldEndVnode和newStartVnode
        patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
        // 如果removeOnly是false，则将oldEndVnode.elm移动到oldStartVnode.elm之前
        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
        // oldEnd索引左移，newStart索引右移
        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]

      // 如果都不匹配
      } else {
        if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)

        // 尝试在oldChildren中寻找和newStartVnode的具有相同的key的Vnode
        idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
          ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
          : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)

        // 如果未找到，说明newStartVnode是一个新的节点
        if (isUndef(idxInOld)) { // New element
          // 创建一个新Vnode
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)

        // 如果找到了和newStartVnodej具有相同的key的Vnode，叫vnodeToMove
        } else {
          vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
          /* istanbul ignore if */
          if (process.env.NODE_ENV !== 'production' && !vnodeToMove) {
            warn(
              'It seems there are duplicate keys that is causing an update error. ' +
              'Make sure each v-for item has a unique key.'
            )
          }

          // 比较两个具有相同的key的新节点是否是同一个节点
          //不设key，newCh和oldCh只会进行头尾两端的相互比较，设key后，除了头尾两端的比较外，还会从用key生成的对象oldKeyToIdx中查找匹配的节点，所以为节点设置key可以更高效的利用dom。
          if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
            // patch vnodeToMove和newStartVnode
            patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            // 清除
            oldCh[idxInOld] = undefined
            // 如果removeOnly是false，则将找到的和newStartVnodej具有相同的key的Vnode，叫vnodeToMove.elm
            // 移动到oldStartVnode.elm之前
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)

          // 如果key相同，但是节点不相同，则创建一个新的节点
          } else {
            // same key but different element. treat as new element
            createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm)
          }
        }

        // 右移
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      }
    }

while循环主要处理了以下五种情景：

  • 当新老 VNode 节点的 start 相同时，直接 patchVnode ，同时新老 VNode 节点的开始索引都加 1
  • 当新老 VNode 节点的 end相同时，同样直接 patchVnode ，同时新老 VNode 节点的结束索引都减 1
  • 当老 VNode 节点的 start 和新 VNode 节点的 end 相同时，这时候在 patchVnode 后，还需要将当前真实 dom 节点移动到 oldEndVnode 的后面，同时老 VNode 节点开始索引加 1，新 VNode 节点的结束索引减 1
  • 当老 VNode 节点的 end 和新 VNode 节点的 start 相同时，这时候在 patchVnode 后，还需要将当前真实 dom 节点移动到 oldStartVnode 的前面，同时老 VNode 节点结束索引减 1，新 VNode 节点的开始索引加 1
  • 如果都不满足以上四种情形，那说明没有相同的节点可以复用，则会分为以下两种情况：
    • 从旧的 VNode 为 key 值，对应 index 序列为 value 值的哈希表中找到与 newStartVnode 一致 key 的旧的 VNode 节点，再进行patchVnode，同时将这个真实 dom移动到 oldStartVnode 对应的真实 dom 的前面
    • 调用 createElm 创建一个新的 dom 节点放到当前 newStartIdx 的位置

# 小结

  • 当数据发生改变时，订阅者watcher就会调用patch给真实的DOM打补丁
  • 通过isSameVnode进行判断，相同则调用patchVnode方法
  • patchVnode做了以下操作：
    • 找到对应的真实dom，称为el
    • 如果都有都有文本节点且不相等，将el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子节点
    • 如果oldVnode没有子节点而VNode有，则将VNode的子节点真实化后添加到el
    • 如果两者都有子节点，则执行updateChildren函数比较子节点
  • updateChildren主要做了以下操作：
    • 设置新旧VNode的头尾指针
    • 新旧头尾指针进行比较，循环向中间靠拢，根据情况调用patchVnode进行patch重复流程、调用createElem创建一个新节点，从哈希表寻找 key一致的VNode 节点再分情况操作

# Vue的变化侦测原理

问：既然Vue通过数据劫持可以精准探测数据变化,为什么还需要虚拟DOM进行diff检测差异?

答：现代前端框架有两种方式侦测变化,一种是pull一种是push

​ pull: 其代表为React，React是用setStateAPI显式更新，然后React会进行一层层的Virtual Dom Diff操作找出差异，然后Patch到DOM上。

React从一开始就不知道到底是哪发生了变化,只是知道「有变化了」,然后再进行比较暴力的Diff操作查找「哪发生变化了」，另外一个代表就是Angular的脏检查操作。

​ push：Vue 的响应式系统则是 push 的代表。当Vue程序初始化的时候就会对数据 data 进行依赖的收集，一但数据发生变化，响应式系统就会立刻得知，因此 Vue 是一开始就知道是「在哪发生变化了」，但是这又会产生一个问题，如果你熟悉 Vue 的响应式系统就知道，通常一个绑定一个数据就需要一个 Watcher，一旦我们的绑定细粒度过高就会产生大量的 Watcher，这会带来内存以及依赖追踪的开销，而细粒度过低会无法精准侦测变化，因此 Vue 的设计是选择中等细粒度的方案，在组件级别进行 push 侦测的方式，也就是那套响应式系统，通常我们会第一时间侦测到发生变化的组件，然后在组件内部进行 Virtual Dom Diff 获取更加具体的差异，而 Virtual Dom Diff 则是 pull操作，Vue 是 push + pull 结合的方式进行变化侦测的。

# Vue为什么没有类似于React中shouldComponentUpdate的生命周期？

考点: Vue 的变化侦测原理

前置知识: 依赖收集、虚拟DOM、响应式系统

根本原因是Vue与React的变化侦测方式有所不同

React是pull的方式侦测变化，当React知道发生变化后，会使用Virtual Dom Diff进行差异检测，但是很多组件实际上是肯定不会发生变化的，这个时候需要用 shouldComponentUpdate 进行手动操作来减少diff，从而提高程序整体的性能。

Vue是pull+push的方式侦测变化的，在一开始就知道哪个组件发生了变化，因此在push的阶段并不需要手动控制diff，而组件内部采用的diff方式实际上是可以引入类似于shouldComponentUpdate相关生命周期的，但是通常合理大小的组件不会有过量的diff，手动优化的价值有限，因此目前Vue并没有考虑引入shouldComponentUpdate这种手动优化的生命周期

# 参考文献

  • https://juejin.cn/post/6881907432541552648#heading-1
  • https://www.infoq.cn/article/udlcpkh4iqb0cr5wgy7f
更新时间: 3/28/2022, 7:14:34 PM

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