virtual dom及diff算法

原文地址：https://github.com/HolyZheng/...
此篇结合我最近造的小轮子hoz进行分析，其中的virtual dom算法主要参考snabbdom库。

virtual dom

什么是virtual dom

virtual dom的本质是一个用来映射真实dom的JavaScript对象，比如

// hoz库中的 src/vdom/vnode.js

class VNode {
  constructor (sel, tagName, id, className, el, children, data, text, key) {
    this.tagName = tagName // DIV
    this.sel = sel // div#id.class
    this.id = id // id
    this.className = className // []
    this.children = children // []
    this.el = el // node
    this.data = data // {}
    this.key = key
    this.text = text
  }
}

通过一个vnode对象去对应一个dom元素，vnode的属性对应反映dom元素的属性。然后我们可以定义一个toVnode方法，把一个dom tree转为virtual dom tree。

// hoz库中 src/vdom/toVnode.js

import VNode from './vnode'
import * as utils from './is'

function toVnode (node, utilsTool) {
  const api = (utilsTool === undefined ? utils : utilsTool) // 自定义的一些工具
  let text

// 判断是否为node节点，不是抛出错误
  if (!node) {
    throw new Error('Please make sure you have pass the argument "node" in to function toVnode')
  }

// 如果是element类型节点
  if (api.isElement(node)) {

   // 收集该节点各属性信息，这里实现方式比较多，只要获取到需要的足够的信息就行了
  // 这里获取了id，类名cn，类名数组ca，类字符串如 .classA.classB，sel 等等
    const id = node.id ? node.id : ''
    const cn = node.getAttribute('class')
    const ca = cn ? cn.split(' ') : null // classArray
    const c = cn ? '.' + cn.split(' ').join('.') : '' // .classA.classB
    const sel = node.tagName.toLowerCase() + '#' + id + c
    const attrs = {}
    const elmAttrs = node.attributes
    const elmChildren = node.childNodes
    const children = elmChildren.length ? [] : null
    const tag = node.tagName
    let i, n
  
    for (i = 0, n = elmAttrs.length; i < n; i++) {
      if (elmAttrs[i].nodeName !== 'class' && elmAttrs[i].nodeName !== 'id') {
        // id 和 class例外处理
        attrs[elmAttrs[i].nodeName] = elmAttrs[i].nodeValue
      }
    }

// 如果给节点指定了key属性，则获取key的值
    const key = attrs.key ? attrs.key : undefined

// 如果有子节点，对子节点递归调用toVnode方法
    for (i = 0, n = elmChildren.length; i < n; i++) {
      children.push(toVnode(elmChildren[i], api))
    }
    return new VNode(sel, tag, id, ca, node, children, attrs, undefined, key)

// 文本节点
  } else if (api.isText(node)) {
    text = node.textContent
    return new VNode(undefined, undefined, undefined, undefined, node, undefined, undefined, text, undefined)

// 注释节点
  } else if (api.isComment(node)) {
    text = node.textContent
    return new VNode('commont', undefined, undefined, undefined, node, undefined, undefined, text, undefined)
  } else {
    return new VNode('', undefined, undefined, undefined, node, undefined, undefined, undefined, undefined)
  }
}

export default toVnode

toVnode方法说白了就是，判断当前节点类型，创建对应类型的vnode，然后如果有子节点的话，对子节点递归调用toVnode方法，将子节点也转为vnode，执行结束后，我们就可以得到一棵以传入节点为根节点的virtual dom tree了。

到这里我们已经有了一个映射真实dom的virtual dom类（vnode），以及一个将dom转为virtual dom方法（toVnode）

diff算法

接下来到了关键的diff算法，diff算法就是用来对比新旧两个vnode，计算出最小的修改单位，去操作更新真实的dom。下面是一张解释diff流程的经典图，我相信你不是第一次看到

diff会算法会在同一层比较新旧两个vnode，从而将算法复杂度降低到O(n)。hoz库中diff算法的实现在patch.js文件中，这里面有几个关键的函数

patch

/**
 * 比较新老节点，相同则进行patchVnode，不同的话在真实dom上
 * 用新的节点，取代旧的节点。
 */

export default function patch (oldVnode, vnode) {
  if (sameVnode(oldVnode, vnode)) {
    patchVnode(oldVnode, vnode)
  } else {
    const oldElement = oldVnode.el
    let parentElement = api.parentNode(oldElement)
    createElm(vnode)
    if (parentElement !== null) {
      api.insertBefore(parentElement, vnode.el, api.nextSibling(oldElement))
      api.removeChild(parentElement, oldVnode.el)
    }
  }
  return vnode
}

第一个关键函数就是我们diff算法的入口函数patch方法，该方法负责，判断oldVnode,和vnode是否为同一节点，如果是，调用patchVnode方法，进一步比较处理，不是的话，用新节点代替就节点。

ps：通过sameVnode进行判断

function sameVnode (oldVnode, vnode) {
  return vnode.key === oldVnode.key && vnode.tagName === oldVnode.tagName
  // 这里可按自己需要进行比较
}

patchVnode

上面提到，如果是同一节点的话，就会进入到patchVnode方法中

function patchVnode (oldVnode, vnode) {
  const element = vnode.el = oldVnode.el
  let oldCh = oldVnode.children
  let ch = vnode.children
  // 如果相同，不需要比较
  if (oldVnode === vnode) {
    console.log('oldVnode === vnode')
    return
  }
  if (oldVnode.text !== null && vnode.text !== null && oldVnode.text !== vnode.text) {
    api.setTextContent(element, vnode.text)
  } else {
    // 更新element的className, id, 和其他属性
    updateElm(element, vnode)
    if (oldCh && ch && oldCh !== ch) {
      updateChildren(element, oldCh, ch)
    } else if (ch) {
      // 新vnode有子节点，oldvnode没有子节点，给element添加子节点
      addVnodes(element, null, ch, 0, ch.length - 1)
    } else if (oldCh) {
      // 新vnode没有子节点，oldvnode有子节点，给element删除子节点
      removeVnodes(element, oldCh, 0, oldCh.length - 1)
    }
  }
}

patchVnode方法的任务就是

1. 比较oldVnode与vnode，如果两者完全相同，没有变化的话，直接return。不同的话，用新的vnode去更新oldVnode。
2. 比较它们的子节点，如果都由子节点，调用updateChildren去比较它们的子节点。

3. 如果其中一方没有子节点，那么进行dom删除或添加。

   • 添加节点：通过addVnode，遍历vnode子节点，调用createElm创建真实dom，插入到真实dom中。
   • 删除节点：通过removeVnode，遍历oldvnode，并从真实dom中删除。

updateChildren

刚刚说到，如果它们都有子节点，那么会调用updateChildren去继续比较它们的子节点，updateChildren是这里的难点，可以说，最复杂的操作就是这一步，代码

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh) {
  let oldStartIdx = 0
  let newStartIdx = 0
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1
  let newEndIdx = newCh.length - 1
  let oldStartVnode = oldCh[0]
  let newStartVnode = newCh[0]
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx]
  let oldKeyToIdx
  let idxInOld
  let emlToMove
  let before
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    // oldStartIdx 与 oldEndIdx 与 newStartIdx 与 newEndIdx 之间四中比较
    // 简单的判断子节点的移位
    if (oldStartVnode == null) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
    } else if (oldEndVnode == null) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    } else if (newStartVnode == null) {
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (newEndVnode == null) {
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode)
      api.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.el, api.nextSibling(oldEndVnode.el))
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode)
      api.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.el, oldStartVnode.el)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      if (oldKeyToIdx === undefined) {
        oldKeyToIdx = createKeyToOldIndex(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      }
      idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
      // idx 不存在，说明该节点是新增的，原来没有的，故创建一个新节点，并插入
      if (!idxInOld) {
        api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVnode), oldStartVnode.el)
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      } else {
        emlToMove = oldCh[idxInOld]
        // sel 不同的话，证明也是一个原来没有的节点，所以创建并插入
        if (emlToMove.sel !== newStartVnode.sel) {
          api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVnode), oldStartVnode.el)
        } else {
          patchVnode(emlToMove, newStartVnode)
          oldCh[idxInOld] = null
          api.insertBefore(parentElm, emlToMove.el, oldStartVnode.el)
        }
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      }
    }
  }
  // 这是oldVnode已经遍历完，vnode还没有，说明vnode比oldVnode节点多，所以将多出的节点创建并插入
  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    before = newCh[newEndIdx + 1] == null ? null : newCh[newEndIdx + 1].el
    addVnodes(parentElm, before, newCh, newStartIdx, oldEndIdx)
  } else {
    removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
  }
}

下面图反映了updateChildren的运作方式

1. 将oldStartIdx，oldEndIdx，newStartIdx，newEndIdx分别指向同层新旧vnode的首尾，然后随着比较而逐渐往中间移动，对4个节点进行比较，会有4种比较结果，（oldStartIdx和newStartIdx或newEndIdx指向同一节点，oldEndIdx和newStartIdx或newEndIdx指向同一节点这四种），根据4个节点的的4种比较结果做相应的操作，比如当出现oldStartIdx和newStartIdx指向同一节点这个结果时，表示这个节点不需要进行移位操作，直接调用patchVnode进行进一步比较，又比如出现oldStartIdx和newEndIdx指向同一节点这一结果，那么表示oldStartIdx指向的节点需要移动到oldEndIdx后面去，然后再对他们调用patchVnode进行进一步比较。
2. 如果4种结果都不是，调用createKeyToOldIndex 方法，创建一个key与oldIndex之间的映射的map，查看newStartVnode.key是否有对应的oldVnode，如果有，说明oldvnode移动到了oldStartVnode前面，然后将对应的oldVnode插入到oldStartVnode前面，如果没有，说明在当前newStartVnode是新创建得节点，在oldStartVnode前面插入该节点。
3. 判断是否一方已遍历完，对真实dom进行相应的删减或添加。

这就是diff得大致流程了。