虚拟DOM是最近非常火的技术，两大著名前端框架React和Vue都使用了虚拟DOM。今天，我们结合浏览器的工作机制对虚拟DOM进行一次分析。
一.DOM的缺陷
首先，我们应该知道DOM的生成过程，通过JavaScript操纵DOM是会影响到整个渲染流水线的。另外，DOM还提供了一组JavaScript接口用来遍历或者修改节点，这套接口包含了getElementById、removeChild、appendChild等方法。
比如，我们可以调用document.body.appendChild(node)往body节点上添加一个元素，调用该API之后会引发一系列的连锁反应。首先渲染引擎会将node节点添加到body节点之上，然后触发样式计算、布局、绘制、栅格化、合成等任务，我们把这一过程称为重排 。除了重排之外，还有可能引起重绘 或者合成操作 ，形象地理解就是"牵一发而动全身"。另外，对于DOM的不当操作还有可能引发强制同步布局 和布局抖动的问题，这些操作都会大大降低渲染效率。因此，对于DOM的操作我们时刻都需要非常小心谨慎。
当然，对于简单的页面来说，其DOM结构还是比较简单的，所以以上这些操作DOM的问题并不会对用户体验产生太多影响。但是对于一些复杂的页面或者目前使用非常多的单页应用来说，其DOM结构是非常复杂的，而且还需要不断地去修改DOM树，每次操作DOM渲染引擎都需要进行重排、重绘或者合成等操作，因为DOM结构复杂，所生成的页面结构也会很复杂，对于这些复杂的页面，执行一次重排或者重绘操作都是非常耗时的，这就给我们带来了真正的性能问题。
所以我们需要有一种方式来减少JavaScript对DOM的操作，这时候虚拟DOM就上场了。
二.什么是虚拟DOM?
1.DOM解决了哪些问题？
● 将页面改变的内容应用到虚拟DOM上，而不是直接应用到DOM上。
● 变化被应用到虚拟DOM上时，虚拟DOM并不急着去渲染页面，而仅仅是调整虚拟DOM的内部状态，这样操作虚拟DOM的代价就变得非常轻了。
● 在虚拟DOM收集到足够的改变时，再把这些变化一次性应用到真实的DOM上。
基于以上三点，我们再来看看什么是虚拟DOM。为了直观理解，你可以参考下图：
虚拟DOM执行流程
该图是我结合React流程画的一张虚拟DOM执行流程图，下面我们就结合这张图来分析下虚拟DOM到底怎么运行的。
● 创建阶段。首先依据JSX和基础数据创建出来虚拟DOM，它反映了真实的DOM树的结构。然后由虚拟DOM树创建出真实DOM树，真实的DOM树生成完后，再触发渲染流水线往屏幕输出页面。
● 更新阶段。如果数据发生了改变，那么就需要根据新的数据创建一个新的虚拟DOM树；然后React比较两个树，找出变化的地方，并把变化的地方一次性更新到真实的DOM树上；最后渲染引擎更新渲染流水线，并生成新的页面。
既然聊到虚拟DOM的更新，那我们就不得不聊聊最新的React Fiber更新机制。通过上图我们知道，当有数据更新时，React会生成一个新的虚拟DOM，然后拿新的虚拟DOM和之前的虚拟DOM进行比较，这个过程会找出变化的节点，然后再将变化的节点应用到DOM上。
这里我们重点关注下比较过程，最开始的时候，比较两个虚拟DOM的过程是在一个递归函数里执行的，其核心算法是reconciliation。通常情况下，这个比较过程执行得很快，不过当虚拟DOM比较复杂的时候，执行比较函数就有可能占据主线程比较久的时间，这样就会导致其他任务的等待，造成页面卡顿。为了解决这个问题，React团队重写了reconciliation算法，新的算法称为Fiber reconciler ，之前老的算法称为Stack reconciler 。
了解完虚拟DOM的大致执行流程，你应该也就知道为何需要虚拟DOM了。不过以上都从单纯的技术视角来分析虚拟DOM的，那接下来我们再从双缓存 和MVC 模型这两个视角来聊聊虚拟DOM。
2.双缓存
在开发游戏或者处理其他图像的过程中，屏幕从前缓冲区读取数据然后显示。但是很多图形操作都很复杂且需要大量的运算，比如一幅完整的画面，可能需要计算多次才能完成，如果每次计算完一部分图像，就将其写入缓冲区，那么就会造成一个后果，那就是在显示一个稍微复杂点的图像的过程中，你看到的页面效果可能是一部分一部分地显示出来，因此在刷新页面的过程中，会让用户感受到界面的闪烁。
而使用双缓存，可以让你先将计算的中间结果存放在另一个缓冲区中，等全部的计算结束，该缓冲区已经存储了完整的图形之后，再将该缓冲区的图形数据一次性复制到显示缓冲区，这样就使得整个图像的输出非常稳定。
在这里，你可以把虚拟DOM看成是DOM的一个buffer，和图形显示一样，它会在完成一次完整的操作之后，再把结果应用到DOM上，这样就能减少一些不必要的更新，同时还能保证DOM的稳定输出。
3.MVC
到这里我们了解了虚拟DOM是一种类似双缓存的实现。不过如果站在技术角度来理解虚拟缓存，依然不能全面理解其含义。那么接下来我们再来看看虚拟DOM在MVC模式中所扮演的角色。
在各大设计模式当中，MVC是一个非常重要且应用广泛的模式，因为它能将数据和视图进行分离，在涉及到一些复杂的项目时，能够大大减轻项目的耦合度，使得程序易于维护。
关于MVC的基础结构，你可以先参考下图：
MVC基础结构
通过上图你可以发现，MVC的整体结构比较简单，由模型、视图和控制器组成，其核心思想就是将数据和视图分离，也就是说视图和模型之间是不允许直接通信的，它们之间的通信都是通过控制器来完成的。通常情况下的通信路径是视图发生了改变，然后通知控制器，控制器再根据情况判断是否需要更新模型数据。当然还可以根据不同的通信路径和控制器不同的实现方式，基于MVC又能衍生出很多其他的模式，如MVP、MVVM等，不过万变不离其宗，它们的基础骨架都是基于MVC而来。
所以在分析基于React或者Vue这些前端框架时，我们需要先重点把握大的MVC骨架结构，然后再重点查看通信方式和控制器的具体实现方式，这样我们就能从架构的视角来理解这些前端框架了。比如在分析React项目时，我们可以把React的部分看成是一个MVC中的视图，在项目中结合Redux就可以构建一个MVC的模型结构，如下图所示：
基于React和Redux构建MVC模型
在该图中，我们可以把虚拟DOM看成是MVC的视图部分，其控制器和模型都是由Redux提供的。其具体实现过程如下：
● 图中的控制器是用来监控DOM的变化，一旦DOM发生变化，控制器便会通知模型，让其更新数据；
● 模型数据更新好之后，控制器会通知视图，告诉它模型的数据发生了变化；
● 视图接收到更新消息之后，会根据模型所提供的数据来生成新的虚拟DOM；
● 新的虚拟DOM生成好之后，就需要与之前的虚拟DOM进行比较，找出变化的节点；
● 比较出变化的节点之后，React将变化的虚拟节点应用到DOM上，这样就会触发DOM节点的更新；
● DOM节点的变化又会触发后续一系列渲染流水线的变化，从而实现页面的更新。
在实际工程项目中，你需要学会分析出这各个模块，并梳理出它们之间的通信关系，这样对于任何框架你都能轻松上手了。
三.虚拟DOM都解决了哪些问题
主要是将页面变化的内容更新到虚拟DOM中，将部分变化的状态先同步到虚拟DOM中，等待一个更新时机，根据变化部分更新到真实DOM中。
总结：
首先我们分析了直接操作DOM会触发渲染流水线的一系列反应，如果对DOM操作不当的话甚至还会触发强制同步布局和布局抖动的问题，这也是我们在操作DOM时需要非常小心谨慎的原因。
在此分析的基础上，我们介绍了虚拟DOM是怎么解决直接操作DOM所带来的问题以及React Fiber更新机制。
要聊前端框架，就绕不开设计模式，所以接下来我们又从双缓存和MVC角度分析了虚拟DOM。双缓存是一种经典的思路，应用在很多场合，能解决页面无效刷新和闪屏的问题，虚拟DOM就是双缓存思想的一种体现。而基于MVC的设计思想也广泛地渗透到各种场合，并且基于MVC又衍生出了很多其他模式（如MVP、MVVM等），不过万变不离其宗，它们的基础骨架都是基于MVC而来。站在MVC视角来理解虚拟DOM能让你看到更为"广阔的世界"。