React怎麼實作diff演算法

這次帶給大家React怎麼實作diff演算法，React實作diff演算法的注意事項有哪些，下面就是實戰案例，一起來看一下。

前言

在上一篇文章，我們已經實作了React的元件功能，從功能的角度來說已經實作了React的核心功能了。

但是我們的實作方式有很大的問題：每次更新都重新渲染整個應用或整個元件，DOM操作十分昂貴，這樣效能損耗就非常大。

為了減少DOM更新，我們需要找渲染前後真正變化的部分，只更新這一部分DOM。而比較變化，找出需要更新部分的演算法我們稱為diff演算法。

對比策略

在前兩篇文章後，我們實作了一個render方法，它能將虛擬DOM渲染成真正的DOM ，我們現在就需要改進它，讓它不要再傻乎乎地重新渲染整個DOM樹，而是找出真正變化的部分。

這部分很多類React框架實現方式都不太一樣，有的框架會選擇保存上次渲染的虛擬DOM，然後對比虛擬DOM前後的變化，得到一系列更新的數據，然後再將這些更新應用到真正的DOM。

但也有一些框架會選擇直接對比虛擬DOM和真實DOM，這樣就不需要額外保存上一次渲染的虛擬DOM，並且能夠一邊對比一邊更新，這也是我們選擇的方式。

不管是DOM還是虛擬DOM，它們的結構都是一棵樹，完全對比兩棵樹變化的演算法時間複雜度是O(n^3)，但考慮到我們很少會跨層級移動DOM，所以我們只需要比較同一層級的變化。

只需要比較同一顏色框內的節點

總而言之，我們的diff演算法有兩個原則：

1. #比較目前真實的DOM和虛擬DOM，在比較過程中直接更新真實DOM

2. #只比較同一層級的變化實作

我們需要實作一個diff方法，它的作用是比較真實DOM和虛擬DOM，最後回傳更新後的DOM

/**
 * @param {HTMLElement} dom 真实DOM
 * @param {vnode} vnode 虚拟DOM
 * @returns {HTMLElement} 更新后的DOM
 */
function diff( dom, vnode ) {
  // ...
}

接下來就要實現這個方法。

在這之前先來回憶一下我們虛擬DOM的結構:

虛擬DOM的結構可以分為三種，分別表示文本、原生DOM節點以及元件。

// 原生DOM节点的vnode
{
  tag: 'p',
  attrs: {
    className: 'container'
  },
  children: []
}
// 文本节点的vnode
"hello,world"
// 组件的vnode
{
  tag: ComponentConstrucotr,
  attrs: {
    className: 'container'
  },
  children: []
}

比較文字節點

首先考慮最簡單的文字節點，如果目前的DOM是文字節點，直接更新內容，否則就新建一個文字節點，並移除掉原來的DOM。

// diff text node
if ( typeof vnode === 'string' ) {
  // 如果当前的DOM就是文本节点，则直接更新内容
  if ( dom && dom.nodeType === 3 ) {  // nodeType: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Node/nodeType
    if ( dom.textContent !== vnode ) {
      dom.textContent = vnode;
    }
  // 如果DOM不是文本节点，则新建一个文本节点DOM，并移除掉原来的
  } else {
    out = document.createTextNode( vnode );
    if ( dom && dom.parentNode ) {
      dom.parentNode.replaceChild( out, dom );
    }
  }
  return out;
}

文字節點十分簡單，它沒有屬性，也沒有子元素，所以這一步結束後就可以直接回傳結果了。

對比非文字DOM節點

如果vnode表示的是非文字的DOM節點，那就要分成幾種情況了：

如果真實DOM和虛擬DOM的類型不同，例如當前真實DOM是一個p，而vnode的tag的值是'button'，那麼原來的p就沒有利用價值了，直接新建一個button元素，並將p的所有子節點移到button下，然後用replaceChild方法將p替換成button。

if ( !dom || dom.nodeName.toLowerCase() !== vnode.tag.toLowerCase() ) {
  out = document.createElement( vnode.tag );
  if ( dom ) {
    [ ...dom.childNodes ].map( out.appendChild );  // 将原来的子节点移到新节点下
    if ( dom.parentNode ) {
      dom.parentNode.replaceChild( out, dom );  // 移除掉原来的DOM对象
    }
  }
}

如果真實DOM和虛擬DOM是相同類型的，那我們暫時不需要做別的，只需要等待後面比較屬性和對比子節點。

對比屬性

其實diff演算法不只是找出節點類型的變化，它還要找出來節點的屬性以及事件監聽的變化。我們將對比屬性單獨拿出來作為一個方法：

function diffAttributes( dom, vnode ) {
  const old = dom.attributes;  // 当前DOM的属性
  const attrs = vnode.attrs;   // 虚拟DOM的属性
  // 如果原来的属性不在新的属性当中，则将其移除掉（属性值设为undefined）
  for ( let name in old ) {
    if ( !( name in attrs ) ) {
      setAttribute( dom, name, undefined );
    }
  }
  // 更新新的属性值
  for ( let name in attrs ) {
    if ( old[ name ] !== attrs[ name ] ) {
      setAttribute( dom, name, attrs[ name ] );
    }
  }
}

setAttribute方法的實作請參考第一篇文章

對比子節點

##節點本身比較完成了，接下來就是比較它的子節點。

这里会面临一个问题，前面我们实现的不同diff方法，都是明确知道哪一个真实DOM和虚拟DOM对比，但是子节点是一个数组，它们可能改变了顺序，或者数量有所变化，我们很难确定要和虚拟DOM对比的是哪一个。

为了简化逻辑，我们可以让用户提供一些线索：给节点设一个key值，重新渲染时对比key值相同的节点。

// diff方法
if ( vnode.children && vnode.children.length > 0 || ( out.childNodes && out.childNodes.length > 0 ) ) {
  diffChildren( out, vnode.children );
}

function diffChildren( dom, vchildren ) {
  const domChildren = dom.childNodes;
  const children = [];
  const keyed = {};
  // 将有key的节点和没有key的节点分开
  if ( domChildren.length > 0 ) {
    for ( let i = 0; i < domChildren.length; i++ ) {
      const child = domChildren[ i ];
      const key = child.key;
      if ( key ) {
        keyedLen++;
        keyed[ key ] = child;
      } else {
        children.push( child );
      }
    }
  }
  if ( vchildren && vchildren.length > 0 ) {
    let min = 0;
    let childrenLen = children.length;
    for ( let i = 0; i < vchildren.length; i++ ) {
      const vchild = vchildren[ i ];
      const key = vchild.key;
      let child;
      // 如果有key，找到对应key值的节点
      if ( key ) {
        if ( keyed[ key ] ) {
          child = keyed[ key ];
          keyed[ key ] = undefined;
        }
      // 如果没有key，则优先找类型相同的节点
      } else if ( min < childrenLen ) {
        for ( let j = min; j < childrenLen; j++ ) {
          let c = children[ j ];
          if ( c && isSameNodeType( c, vchild ) ) {
            child = c;
            children[ j ] = undefined;
            if ( j === childrenLen - 1 ) childrenLen--;
            if ( j === min ) min++;
            break;
          }
        }
      }
      // 对比
      child = diff( child, vchild );
      // 更新DOM
      const f = domChildren[ i ];
      if ( child && child !== dom && child !== f ) {
        if ( !f ) {
          dom.appendChild(child);
        } else if ( child === f.nextSibling ) {
          removeNode( f );
        } else {
          dom.insertBefore( child, f );
        }
      }
    }
  }
}

对比组件

如果vnode是一个组件，我们也单独拿出来作为一个方法:

function diffComponent( dom, vnode ) {
  let c = dom && dom._component;
  let oldDom = dom;
  // 如果组件类型没有变化，则重新set props
  if ( c && c.constructor === vnode.tag ) {
    setComponentProps( c, vnode.attrs );
    dom = c.base;
  // 如果组件类型变化，则移除掉原来组件，并渲染新的组件
  } else {
    if ( c ) {
      unmountComponent( c );
      oldDom = null;
    }
    c = createComponent( vnode.tag, vnode.attrs );
    setComponentProps( c, vnode.attrs );
    dom = c.base;
    if ( oldDom && dom !== oldDom ) {
      oldDom._component = null;
      removeNode( oldDom );
    }
  }
  return dom;
}

下面是相关的工具方法的实现，和上一篇文章的实现相比，只需要修改renderComponent方法其中的一行。

function renderComponent( component ) {
  
  // ...
  // base = base = _render( renderer );     // 将_render改成diff
  base = diff( component.base, renderer );
  // ...
}

完整diff实现看这个文件

渲染

现在我们实现了diff方法，我们尝试渲染上一篇文章中定义的Counter组件，来感受一下有无diff方法的不同。

class Counter extends React.Component {
  constructor( props ) {
    super( props );
    this.state = {
      num: 1
    }
  }
  onClick() {
    this.setState( { num: this.state.num + 1 } );
  }
  render() {
    return (
      <p>
        <h1>count: { this.state.num }</h1>
        <button onClick={ () => this.onClick()}>add</button>
      </p>
    );
  }
}

不使用diff

使用上一篇文章的实现，从chrome的调试工具中可以看到，闪烁的部分是每次更新的部分，每次点击按钮，都会重新渲染整个组件。

使用diff

而实现了diff方法后，每次点击按钮，都只会重新渲染变化的部分。

后话

在这篇文章中我们实现了diff算法，通过它做到了每次只更新需要更新的部分，极大地减少了DOM操作。React实现远比这个要复杂，特别是在React 16之后还引入了Fiber架构，但是主要的思想是一致的。

实现diff算法可以说性能有了很大的提升，但是在别的地方仍然后很多改进的空间：每次调用setState后会立即调用renderComponent重新渲染组件，但现实情况是，我们可能会在极短的时间内多次调用setState。

假设我们在上文的Counter组件中写出了这种代码

onClick() {
  for ( let i = 0; i < 100; i++ ) {
    this.setState( { num: this.state.num + 1 } );
  }
}

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