背景

大家都知道，在网页中浏览器资源开销最大便是DOM节点了，DOM很慢并且非常庞大，网页性能问题大多数都是有JavaScript修改DOM所引起的。我们使用Javascript来操纵DOM，操作效率往往很低，由于DOM被表示为树结构，每次DOM中的某些内容都会发生变化，因此对DOM的更改非常快，但更改后的元素，并且它的子项必须经过Reflow / Layout阶段，然后浏览器必须重新绘制更改，这很慢的。因此，回流/重绘的次数越多，您的应用程序就越卡顿。但是，Javascript运行速度很快，虚拟DOM是放在JS 和 HTML中间的一个层。它可以通过新旧DOM的对比，来获取对比之后的差异对象，然后有针对性的把差异部分真正地渲染到页面上，从而减少实际DOM操作，最终达到性能优化的目的。

虚拟dom原理流程

简单概括有三点：

1. 用JavaScript模拟DOM树，并渲染这个DOM树

2. 比较新老DOM树，得到比较的差异对象

3. 把差异对象应用到渲染的DOM树。

下面是流程图：

下面我们用代码一步步去实现一个流程图

用JavaScript模拟DOM树并渲染到页面上

其实虚拟DOM，就是用JS对象结构的一种映射，下面我们一步步实现这个过程。

我们用JS很容易模拟一个DOM树的结构，例如用这样的一个函数createEl(tagName, props, children)来创建DOM结构。

tagName标签名、props是属性的对象、children是子节点。

然后渲染到页面上，代码如下:

const createEl = (tagName, props, children) => new CreactEl(tagName, props, children)  const vdom = createEl('p', { 'id': 'box' }, [   createEl('h1', { style: 'color: pink' }, ['I am H1']),   createEl('ul', {class: 'list'}, [createEl('li', ['#list1']), createEl('li', ['#list2'])]),   createEl('p', ['I am p']) ])  const rootnode = vdom.render() document.body.appendChild(rootnode)

通过上面的函数，调用vdom.render()这样子我们就很好的构建了如下所示的一个DOM树，然后渲染到页面上

<div id="box">   <h1 style="color: pink;">I am H1</h1>   <ul class="list">     <li>#list1</li>     <li>#list2</li>   </ul>   <p>I am p</p> </div>

下面我们看看CreactEl.js代码流程：

import { setAttr } from './utils' class CreateEl {   constructor (tagName, props, children) {     // 当只有两个参数的时候 例如 celement(el, [123])     if (Array.isArray(props)) {       children = props       props = {}     }     // tagName, props, children数据保存到this对象上     this.tagName = tagName     this.props = props || {}     this.children = children || []     this.key = props ? props.key : undefined      let count = 0     this.children.forEach(child => {       if (child instanceof CreateEl) {         count += child.count       } else {         child = '' + child       }       count++     })     // 给每一个节点设置一个count     this.count = count   }   // 构建一个 dom 树   render () {     // 创建dom     const el = document.createElement(this.tagName)     const props = this.props     // 循环所有属性，然后设置属性     for (let [key, val] of Object.entries(props)) {       setAttr(el, key, val)     }     this.children.forEach(child => {       // 递归循环 构建tree       let childEl = (child instanceof CreateEl) ? child.render() : document.createTextNode(child)       el.appendChild(childEl)     })     return el   } }

上面render函数的功能是把节点创建好，然后设置节点属性，最后递归创建。这样子我们就得到一个DOM树，然后插入(appendChild)到页面上。

比较新老dom树，得到比较的差异对象

上面，我们已经创建了一个DOM树，然后在创建一个不同的DOM树，然后做比较，得到比较的差异对象。

比较两棵DOM树的差异，是虚拟DOM的最核心部分，这也是人们常说的虚拟DOM的diff算法，两颗完全的树差异比较一个时间复杂度为 O(n^3)。但是在我们的web中很少用到跨层级DOM树的比较，所以一个层级跟一个层级对比，这样算法复杂度就可以达到 O(n)。如下图

其实在代码中，我们会从根节点开始标志遍历，遍历的时候把每个节点的差异(包括文本不同，属性不同，节点不同)记录保存起来。如下图：

两个节点之间的差异有总结起来有下面4种

0 直接替换原有节点 1 调整子节点，包括移动、删除等 2 修改节点属性 3 修改节点文本内容

如下面两棵树比较，把差异记录下来。

主要是简历一个遍历index（看图3），然后从根节点开始比较，比较万之后记录差异对象，继续从左子树比较，记录差异，一直遍历下去。主要流程如下

// 这是比较两个树找到最小移动量的算法是Levenshtein距离，即O（n * m) // 具体请看 https://www.npmjs.com/package/list-diff2 import listDiff from 'list-diff2' // 比较两棵树 function diff (oldTree, newTree) {   // 节点的遍历顺序   let index = 0   // 在遍历过程中记录节点的差异   let patches = {}   // 深度优先遍历两棵树   deepTraversal(oldTree, newTree, index, patches)   // 得到的差异对象返回出去   return patches }  function deepTraversal(oldNode, newNode, index, patches) {   let currentPatch = []   // ...中间有很多对patches的处理   // 递归比较子节点是否相同   diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches, currentPatch)   if (currentPatch.length) {     // 那个index节点的差异记录下来     patches[index] = currentPatch   } }  // 子数的diff function diffChildren (oldChildren, newChildren, index, patches, currentPatch) {   const diffs = listDiff(oldChildren, newChildren)   newChildren = diffs.children   // ...省略记录差异对象   let leftNode = null   let currentNodeIndex = index   oldChildren.forEach((child, i) => {     const newChild = newChildren[i]     // index相加     currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count) ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1 : currentNodeIndex + 1     // 深度遍历，递归     deepTraversal(child, newChild, currentNodeIndex, patches)     // 从左树开始     leftNode = child   }) }

然后我们调用完diff(tree, newTree)等到最后的差异对象是这样子的。

{   "1": [     {       "type": 0,       "node": {         "tagName": "h3",         "props": {           "style": "color: green"         },         "children": [           "I am H1"         ],         "count": 1       }     }   ]   ... }

key是代表那个节点，这里我们是第二个，也就是h1会改变成h3，还有省略的两个差异对象代码没有贴出来~~

然后看下diff.js的完整代码，如下

import listDiff from 'list-diff2' // 每个节点有四种变动 export const REPLACE = 0 // 替换原有节点 export const REORDER = 1 // 调整子节点，包括移动、删除等 export const PROPS = 2 // 修改节点属性 export const TEXT = 3 // 修改节点文本内容  export function diff (oldTree, newTree) {   // 节点的遍历顺序   let index = 0   // 在遍历过程中记录节点的差异   let patches = {}   // 深度优先遍历两棵树   deepTraversal(oldTree, newTree, index, patches)   // 得到的差异对象返回出去   return patches }  function deepTraversal(oldNode, newNode, index, patches) {   let currentPatch = []   if (newNode === null) { // 如果新节点没有的话直接不用比较了     return   }   if (typeof oldNode === 'string' && typeof newNode === 'string') {     // 比较文本节点     if (oldNode !== newNode) {       currentPatch.push({         type: TEXT,         content: newNode       })     }   } else if (oldNode.tagName === newNode.tagName && oldNode.key === newNode.key) {     // 节点类型相同     // 比较节点的属性是否相同     let propasPatches = diffProps(oldNode, newNode)     if (propasPatches) {       currentPatch.push({         type: PROPS,         props: propsPatches       })     }     // 递归比较子节点是否相同     diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches, currentPatch)   } else {     // 节点不一样，直接替换     currentPatch.push({ type: REPLACE, node: newNode })   }    if (currentPatch.length) {     // 那个index节点的差异记录下来     patches[index] = currentPatch   }  }  // 子数的diff function diffChildren (oldChildren, newChildren, index, patches, currentPatch) {   var diffs = listDiff(oldChildren, newChildren)   newChildren = diffs.children   // 如果调整子节点，包括移动、删除等的话   if (diffs.moves.length) {     var reorderPatch = {       type: REORDER,       moves: diffs.moves     }     currentPatch.push(reorderPatch)   }    var leftNode = null   var currentNodeIndex = index   oldChildren.forEach((child, i) => {     var newChild = newChildren[i]     // index相加     currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count) ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1 : currentNodeIndex + 1     // 深度遍历，从左树开始     deepTraversal(child, newChild, currentNodeIndex, patches)     // 从左树开始     leftNode = child   }) }  // 记录属性的差异 function diffProps (oldNode, newNode) {   let count = 0 // 声明一个有没没有属性变更的标志   const oldProps = oldNode.props   const newProps = newNode.props   const propsPatches = {}    // 找出不同的属性   for (let [key, val] of Object.entries(oldProps)) {     // 新的不等于旧的     if (newProps[key] !== val) {       count++       propsPatches[key] = newProps[key]     }   }   // 找出新增的属性   for (let [key, val] of Object.entries(newProps)) {     if (!oldProps.hasOwnProperty(key)) {       count++       propsPatches[key] = val     }   }   // 没有新增 也没有不同的属性 直接返回null   if (count === 0) {     return null   }    return propsPatches }

得到差异对象之后，剩下就是把差异对象应用到我们的dom节点上面了。

把差异对象应用到渲染的dom树

到了这里其实就简单多了。我们上面得到的差异对象之后，然后选择同样的深度遍历，如果那个节点有差异的话，判断是上面4种中的哪一种，根据差异对象直接修改这个节点就可以了。

function patch (node, patches) {   // 也是从0开始   const step = {     index: 0   }   // 深度遍历   deepTraversal(node, step, patches) }  // 深度优先遍历dom结构 function deepTraversal(node, step, patches) {   // 拿到当前差异对象   const currentPatches = patches[step.index]   const len = node.childNodes ? node.childNodes.length : 0   for (let i = 0; i < len; i++) {     const child = node.childNodes[i]     step.index++     deepTraversal(child, step, patches)   }   //如果当前节点存在差异   if (currentPatches) {     // 把差异对象应用到当前节点上     applyPatches(node, currentPatches)   } }

这样子，调用patch(rootnode, patches)就直接有针对性的改变有差异的节点了。

path.js完整代码如下：

import {REPLACE, REORDER, PROPS, TEXT} from './diff' import { setAttr } from './utils'  export function patch (node, patches) {   // 也是从0开始   const step = {     index: 0   }   // 深度遍历   deepTraversal(node, step, patches) }  // 深度优先遍历dom结构 function deepTraversal(node, step, patches) {   // 拿到当前差异对象   const currentPatches = patches[step.index]   const len = node.childNodes ? node.childNodes.length : 0   for (let i = 0; i < len; i++) {     const child = node.childNodes[i]     step.index++     deepTraversal(child, step, patches)   }   //如果当前节点存在差异   if (currentPatches) {     // 把差异对象应用到当前节点上     applyPatches(node, currentPatches)   } }  // 把差异对象应用到当前节点上 function applyPatches(node, currentPatches) {   currentPatches.forEach(currentPatch => {     switch (currentPatch.type) {       // 0: 替换原有节点       case REPLACE:         var newNode = (typeof currentPatch.node === 'string') ?  document.createTextNode(currentPatch.node) : currentPatch.node.render()         node.parentNode.replaceChild(newNode, node)         break       // 1: 调整子节点，包括移动、删除等       case REORDER:          moveChildren(node, currentPatch.moves)         break       // 2: 修改节点属性       case PROPS:         for (let [key, val] of Object.entries(currentPatch.props)) {           if (val === undefined) {             node.removeAttribute(key)           } else {             setAttr(node, key, val)           }         }         break;       // 3：修改节点文本内容       case TEXT:         if (node.textContent) {           node.textContent = currentPatch.content         } else {           node.nodeValue = currentPatch.content         }         break;       default:          throw new Error('Unknow patch type ' + currentPatch.type);     }   }) }  // 调整子节点，包括移动、删除等 function moveChildren (node, moves) {   let staticNodelist = Array.from(node.childNodes)   const maps = {}   staticNodelist.forEach(node => {     if (node.nodeType === 1) {       const key = node.getAttribute('key')       if (key) {         maps[key] = node       }     }   })   moves.forEach(move => {     const index = move.index     if (move.type === 0) { // 变动类型为删除的节点       if (staticNodeList[index] === node.childNodes[index]) {         node.removeChild(node.childNodes[index]);       }       staticNodeList.splice(index, 1);     } else {       let insertNode = maps[move.item.key]            ? maps[move.item.key] : (typeof move.item === 'object')            ? move.item.render() : document.createTextNode(move.item)       staticNodelist.splice(index, 0, insertNode);       node.insertBefore(insertNode, node.childNodes[index] || null)     }   }) }

到这里，最基本的虚拟DOM原理已经讲完了，也简单了实现了一个虚拟DOM.