Vue中的Diff算法

本篇文章主要介绍Diff算法的思想和Vue中对Diff算法的基本实现。

1. 为什么要用Diff算法

由于在浏览器中操作DOM的代价是非常“昂贵”的，所以才在Vue引入了Virtual DOM，Virtual DOM是对真实DOM的一种抽象描述，不懂的朋友可以自行查阅相关资料。

即使使用了Virtual DOM来进行真实DOM的渲染，在页面更新的时候，也不能全量地将整颗Virtual DOM进行渲染，而是去渲染改变的部分，这时候就需要一个计算Virtual DOM树改变部分的算法了，这个算法就是Diff算法。

2. 传统的Diff算法

传统的Diff算法通过循环递归对节点进行比较，然后判断每个节点的状态以及要做的操作（add，remove，change），最后 根据Virtual DOM进行DOM的渲染。大体流程如下图（图来源）：

传统Diff算法的复杂度为O(n^3)，这个复杂度相对来说还是较高的。后来React开发者提供了一种复杂度仅为O(n) 的Diff算法。下面就来看一下O(n)复杂度的Diff算法是如何实现的。

3. 更高效的Diff算法

React的开发者结合Web界面的特点做出了两个大胆的假设，使得Diff算法复杂度直接从O(n^3)降低到O(n)，假设如下：

• 两个相同组件产生类似的DOM结构，不同的组件产生不同的DOM结构；
• 对于同一层次的一组子节点，它们可以通过唯一的id进行区分。

通过这两个假设，他们提供了下面的Diff算法思路。

同层比较

新的Diff算法是逐层进行比较，只比较同一层次的节点，大大降低了复杂度，具体如下图。在后面的内容中也会介绍Vue中同层节点比较的具体实现。

不同类型节点的比较

如果发现新旧两个节点类型不同时，Diff算法会直接删除旧的节点及其子节点并插入新的节点，这是由于前面提出的不同组件产生的DOM结构一般是不同的，所以可以不用浪费时间去比较。注意的是，删除节点意味着彻底销毁该节点，并不会将该节点去与后面的节点相比较。

相同类型节点的比较

若是两个节点类型相同时，Diff算法会更新节点的属性实现转换。

列表节点的比较

列表节点的操作一般包括添加、删除和排序，列表节点需要我们给它一个key才能进行高效的比较。

4.Vue Diff算法的实现

了解了Diff算法的大体思路后，我们回过头来看下Vue中的Diff算法是如何实现的。

Vue的Diff算法与上面的思路大体相似，只比较同级的节点，若找不到与新节点类型相同的节点，则插入一个新节点，若有相同类型的节点则进行节点属性的更新，最后删除新节点列表中不包含的旧节点。具体的实现在vue源码的src/core/vdom/patch.js中的updateChildren方法中，由于代码较长，下面简单说一下整个的比较流程。

初始化

如上图，有一组新旧节点数组before：[A, B, C, D]、after：[E, C, F, G]，我们设置了四个哨兵节点，oldStartIdx、newStartIdx、oldEndIdx、newEndIdx分别指向新旧节点数组的起始下标和开始下标，值为0,0,3,3；oldStartVnode，newStartVnode，oldEndVnode，newEndVnode则分别指向了before和after节点列表中对应哨兵节点下标的值，值为before[oldStartVnode],after[newStartIdx],before[oldEndIdx],after[newEndIdx]。

Diff

当哨兵满足oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx的条件的时候，我们会循环进行一系列节点之间的比较。

优先判断

我们首先对上面声明的各个节点进行一些优先级较高的判断。

• 判断1：oldStartVnode是否为空，若为true则oldStartIdx向后移动，继续下一个节点的判断。判断代码如下：

if (isUndef(oldStartVnode)) {
    // 更新哨兵
    oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
}

• 判断2：oldEndVnode是否为空，若为true则oldEndIdx向前移动。判断代码如下：

else if (isUndef(oldEndVnode)) {
    oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
}

• 判断3：使用 sameVnode判断before和after未判断的头节点是否为相同节点，若为true，则按照上面思路说的，对相同类型节点进行节点的属性的更新并修改哨兵位置。

// sameVnode为判断节点是否相等的方法，包括key、tag、isComment等各个属性的相等才能算作相同节点
else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
    // 更新节点内容
    patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
    // 更新哨兵
    oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
}

• 判断4：使用上一步相同的方法对oldEndVnode和newEndVnode进行判断。并执行相同的更新操作。

else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
    patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
    // 更新哨兵
    oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
}

• 判断5：使用sameVNode判断旧列表的头节点和新列表的尾节点进行判断，
  sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)，若为true，更新相同节点，若该节点可以移动在真实DOM中将oldStartVnode，放到真实节点列表的最后。

 else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
    patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue)
    // 真实DOM移动到真实节点列表的最后面
    canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
    // 更新哨兵
    oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
    newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
}

• 判断6：使用sameVnode比较旧列表的尾节点和新列表的头节点，若为true，和上面一样，更新相同节点，将oldEndVnode放到真实节点列表的最开始。

 else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
    patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
    // 真实DOM移动到真实节点列表最前面
    canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
    oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
} 

通过这一系列的优先判断条件，一方面对于一些不需要做移动的DOM可以得到快速处理，另一方面使待处理节点变少，缩小了后续操作的处理范围，可以更快地完成同级节点的对比。

若节点不满足上面的所有判断，则会进入到最后一个条件分支，判断7：。

else {
    // oldKeyToIdx为after列表中key和index的映射，可以加快查找速度
    if (isUndef(oldKeyToIdx)) {
        // 若不存在该映射则去初始化映射
        oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
    // 若newStartVnode存在key的情况，则去映射中查找，若无则从oldStartIdx到oldEndIdx遍历after列表查找新节点是否存在
    idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
          ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
          : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    // 若新节点不存在于旧节点数组中，新建一个元素并插入真实DOM节点列表中
    if (isUndef(idxInOld)) { // New element
        createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
    } else {
        // 若在旧列表中查找到新节点，则去判断两个节点是否相等
        vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
            // 更新节点内容和哨兵并进行节点的移动
            patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue)
            oldCh[idxInOld] = undefined
            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
            // same key but different element. treat as new element
            createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
        }
    }
    newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
}

循环结束

最后当oldStartIdx > oldEndIdx || newStartIdx > newEndIdx，也就是新或旧节点数组有一个被查找完之后则退出判断循环。当循环结束时，旧节点数组中剩下的节点即为要删除的节点，新节点数组中剩下的即为要新增的节点。只需要进行简单的新增和删除操作即可，代码如下：

if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    // 新节点数组中有剩余，新增新节点
    refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
      addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
} else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    // 旧节点数组中有剩余，删除旧节点
    removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
}

经历过了这么多的判断之后，就完成了同级节点之间的Diff比较。

就地复用

在Diff中会使用到一种就地复用的策略。就地复用是指Vue会尽可能复用之前的DOM，尽可能不发生DOM的移动。

Vue判断新旧节点是否为相同节点（也就是上面的sameVnode方法），这个相同节点的意思并不是两个完全相同的节点，实际上它仅判断是否为同类节点（同类节点为类型相同且节点数据一致，如前后两个span，span标签上的属性没有改变，但是里面的内容变了，这样就算作同类节点），如果是同类节点，那么Vue会直接复用旧DOM节点，只要更新节点中的内容即可。这样可以大大减少列表中节点的移动操作。

图解Diff

下面通过之前的初始化的节点图，进行一步一步的图解。

（1）在初始化并设置了哨兵之后，进入了条件判断循环。第一步发现了旧数组的头和新数组的尾都是A节点，这时候进入了上面的判断5。oldStartIdx向后移动，newEndIdx向前移动。更新A节点内容并在真实DOM中将A移动到队伍最后。

（2）第二次循环，进入判断7，发现新节点E并不存在于旧节点列表中，只能新建E节点，并插入真实DOM中。哨兵newStartIdx向后移动。

（3）第三次循环，进入判断7，根据key map获取遍历旧节点数组发现C节点存在旧节点数组中，获取C节点在旧节点数组中的位置，在真实DOM中将C节点插入到oldStartNode（B节点）前面，将旧节点数组中的该元素（before[idxInOld]）置为undefined，newStartIdx向后移动。

（4）第四次循环，同第二次循环，新节点F并不存在旧节点数组中，新建F节点，并插入节点C后。newStartIdx向后移动。

（5）newStartIdx > newEndIdx，不满足循环条件，即新节点数组已处理完成。接下来进入退出循环后的条件处理，所以从oldStartIdx到oldEndIdx遍历旧节点数组，依次删除B，D两个节点。完成节点比较

总结

Vue中的Diff算法采用了React相似的思路，都是同层节点进行比较，在比较的过程中，使用了一些优先判断和就地复用策略，提高了Diff算法的效率。