什么是 Diff 算法？
Diff 算法是比较两棵虚拟 DOM 树的变化，并找出最小的更新路径的算法。在 Vue 中，diff 算法用于高效更新 DOM，以确保用户界面响应快速且流畅。
Vue2 的 Diff 算法
在 Vue2 中，diff 算法是基于 snabbdom 实现的。其核心思想是通过同层比较来找到最小更新路径。以下是 Vue2 diff 算法的几个关键步骤：
- 同层比较：比较两个虚拟 DOM 树的同一层节点。
- 判断节点类型：如果两个节点类型不同，则直接替换整个节点；否则，进一步比较节点的属性和子节点。
- 递归比较子节点：对子节点进行递归比较，直到找到最小的更新路径。
- 双端比较：使用双端比较策略，从新旧节点列表的两端同时开始比较和更新节点，以减少不必要的 DOM 操作。
Vue2 的 diff 算法主要包含在 src/core/vdom/patch.js 文件中。以下是关键的 patchVnode 函数及其解释：
function patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, ownerArray, index, removeOnly) {
// 1. 如果新旧 vnode 相同，则直接返回
if (oldVnode === vnode) return;
const elm = vnode.elm = oldVnode.elm;
// 2. 更新新 vnode 的数据到旧 vnode 上
if (isDef(vnode.data)) {
for (let i = 0; i < cbs.update.length; ++i) {
cbs.update[i](oldVnode, vnode);
}
}
const oldCh = oldVnode.children;
const ch = vnode.children;
// 3. 更新子节点
if (isDef(ch) && isDef(oldCh)) {
if (ch !== oldCh) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly);
} else if (isDef(ch)) {
// 4. 如果旧节点没有子节点而新节点有，则新增子节点
if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '');
addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue);
} else if (isDef(oldCh)) {
// 5. 如果旧节点有子节点而新节点没有，则移除子节点
removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1);
}
}
Vue2 的双端比较策略主要体现在对子节点的更新上，以下是 updateChildren 函数的关键部分：
function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
let oldStartIdx = 0;
let newStartIdx = 0;
let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
let newEndIdx = newCh.length - 1;
let oldStartVnode = oldCh[0];
let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
let newStartVnode = newCh[0];
let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
// 因为暴力对比过程把移动的 vnode 置为 undefined，如果不存在 vnode 节点直接跳过
if (!oldStartVnode) {
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]; // 跳过 undefined 节点
} else if (!oldEndVnode) {
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
} else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
// 头和头对比，依次向后追加
patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx);
// 递归比较儿子以及它们的子节点
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
// 尾和尾对比，依次向前追加
patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
} else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
// 老的头和新的尾相同，把老的头部移动到尾部
patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx);
nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm));
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
// 老的尾和新的头相同，把老的尾部移动到头部
patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx);
nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else {
// 都没有匹配的情况，需要通过 key 去查找或者插入新节点
// ...
}
}
// 处理剩余的节点
if (oldStartIdx <= oldEndIdx || newStartIdx <= newEndIdx) {
if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
// 新增节点
addVnodes(parentElm, null, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue);
} else {
// 删除节点
removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
}
}
}
一些关键代码解释
-
节点比较:
if (oldVnode === vnode) return;：首先判断新旧 vnode 是否相同，如果相同则直接返回，不进行更新操作。 -
数据更新：
if (isDef(vnode.data)) { ... }：如果新 vnode 有数据，依次调用更新钩子函数。 -
子节点更新：
updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)：更新子节点，详细比较和更新子节点的变化。 -
子节点添加：
addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)：如果旧节点没有子节点但新节点有，则新增子节点。 -
子节点移除：
removeVnodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1)：如果旧节点有子节点但新节点没有，则移除旧节点的子节点。 -
双端比较 ： 1.头和头对比，依次向后追加 2.尾和尾对比，依次向前追加 3.老的头和新的尾相同，把老的头部移动到尾部 4.老的尾和新的头相同，把老的尾部移动到头部
Vue2 执行 diff 算法简单的示例说明
// 假设旧节点
const oldVnode = h('div', null, [
h('ul', null, [
h('li', { key: 'a' }, 'Item A'),
h('li', { key: 'b' }, 'Item B'),
h('li', { key: 'c' }, 'Item C'),
]),
h('MyComponent', { key: 'comp' }, [
h('p', null, 'Hello'),
h('span', null, 'World')
])
]);
// 假设新节点
const newVnode = h('div', null, [
h('ul', null, [
h('li', { key: 'a' }, 'Item A'),
h('li', { key: 'c' }, 'Updated Item C'),
h('li', { key: 'd' }, 'Item D'),
]),
h('MyComponent', { key: 'comp' }, [
h('p', null, 'Hello'),
h('span', null, 'Vue')
])
]);
// 执行双端比较更新
patch(oldVnode, newVnode);
在这个例子中，Vue2 的 diff 算法会进行以下步骤：
-
比较根节点
ul：发现类型相同，继续比较其属性和子节点。 -
列表更新：在
ul列表中，Vue2 会从两端开始比较旧节点和新节点的差异。例如，旧节点的Item B没有对应的新节点，需要删除；新节点的Item D是新增的，需要插入。 -
组件更新：对于自定义组件
MyComponent，Vue2 同样从两端开始比较。这里的span内容由World更新为Vue，需要进行更新操作。 -
性能影响：虽然 Vue2 使用了双端比较策略优化了部分比较过程，但对于复杂的结构和频繁的数据更新，仍可能引起一些不必要的性能损耗，特别是在列表较长或嵌套层级深的情况下。
Vue3 Diff 算法
在 Vue3 中，diff 算法大致思路和vue2 差不多,细节方面做了一些优化。
关键改进
-
Fiber 架构：将整个 Diff 过程划分为多个阶段，每个阶段完成特定工作，这样可以实现更高效的异步更新。
-
更新算法优化：Vue3 在比较算法和节点管理上进行了改进，例如采用了更快速的算法来查找匹配的节点，减少了不必要的比较操作。
-
动态规划：在某些情况下，使用动态规划来找到最小的更新路径。
-
PatchFlag：引入 PatchFlag 标记，帮助快速确定节点的变化类型，从而减少不必要的比较。简单来说就是
对于不参与更新的元素，做静态标记并提示，只会被创建一次，在染时直接复用。
Vue3 的 diff 算法主要包含在 packages/runtime-core/src/renderer.ts 文件中。以下是 patchKeyedChildren 函数的关键部分及其解释：
const patchKeyedChildren = (
c1: VNode[],
c2: VNode[],
container: RendererElement,
parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
isSVG: boolean,
slotScopeIds: string[] | null,
optimized: boolean
) => {
let i = 0;
const l2 = c2.length;
let e1 = c1.length - 1;
let e2 = l2 - 1;
// 从头部同步
while (i <= e1 && i <= e2) {
const n1 = c1[i];
const n2 = c2[i];
if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
patch(n1, n2, container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, slotScopeIds, optimized);
} else {
break;
}
i++;
}
// 从尾部同步
while (i <= e1 && i <= e2) {
const n1 = c1[e1];
const n2 = c2[e2];
if (isSameVNodeType(n1, n2)) {
patch(n1, n2, container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, slotScopeIds, optimized);
} else {
break;
}
e1--;
e2--;
}
// 双端比较处理
if (i > e1) {
// 新节点多于旧节点
while (i <= e2) {
patch(null, c2[i], container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, slotScopeIds, optimized);
i++;
}
} else if (i > e2) {
// 旧节点多于新节点
while (i <= e1) {
unmount(c1[i], parentComponent, parentSuspense, true);
i++;
}
} else {
// 复杂情况：新旧节点中间部分不匹配
const oldKeyToIndexMap = new Map();
for (let j = i; j <= e1; j++) {
const key = c1[j].key;
if (key != null) {
oldKeyToIndexMap.set(key, j);
}
}
let patched = 0;
const toBePatched = e2 - i + 1;
const newIndexToOldIndexMap = new Array(toBePatched).fill(0);
for (let j = i; j <= e2; j++) {
const newVNode = c2[j];
const oldIndex = oldKeyToIndexMap.get(newVNode.key);
if (oldIndex != null) {
patch(c1[oldIndex], newVNode, container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, slotScopeIds, optimized);
newIndexToOldIndexMap[j - i] = oldIndex + 1;
patched++;
} else {
patch(null, newVNode, container, null, parentComponent, parentSuspense, isSVG, slotScopeIds, optimized);
}
}
// 移除多余的旧节点
for (let j = i; j <= e1; j++) {
if (newIndexToOldIndexMap.indexOf(j + 1) === -1) {
unmount(c1[j], parentComponent, parentSuspense, true);
}
}
}
};
代码解析
-
从头部同步：
while (i <= e1 && i <= e2)：从头部开始比较新旧节点，直到找到第一个不同节点。 -
从尾部同步：
while (i <= e1 && i <= e2)：从尾部开始比较新旧节点，直到找到第一个不同节点。 -
处理新增节点：
if (i > e1)：如果旧节点已经比较完，但新节点还有剩余，则将剩余的新节点添加到 DOM 中。 -
处理删除节点：
if (i > e2)：如果新节点已经比较完，但旧节点还有剩余，则将剩余的旧节点从 DOM 中移除。 -
未知序列： 构建新节点的
key:index映射表。 遍历旧节点，尝试找到
Vue3 执行 diff 算法简单的示例说明
// 假设旧节点
// 旧虚拟 DOM
const oldVNode = {
tag: 'div',
patchFlag: 1, // PatchFlag for TEXT
children: [
{ tag: 'p', text: 'Hello' }
]
};
// 新虚拟 DOM
const newVNode = {
tag: 'div',
patchFlag: 1, // PatchFlag for TEXT
children: [
{ tag: 'p', text: 'Hi' }
]
};
// 执行双端比较更新
patch(oldVnode, newVnode);
在这个例子中，Vue3 的 diff 算法将通过 PatchFlag 快速确定 p 节点的文本内容发生了变化，从而仅更新文本部分，提升更新效率。
总结
通过这些详细的示例和解释，们可以清楚地了解到 Vue2 和 Vue3 在 Virtual DOM 更新过程中的整体流程和优化点。Vue3 在继承了 Vue2 的基础上，通过优化算法和数据结构，使得在大规模数据更新和复杂视图场景下，能够提供更出色的性能和响应速度，从而改善用户体验。
