Vue 3 Diff 算法过程及基本实现方式

Vue 3 的 Diff 算法

Vue 3 使用的是一种高效的 DOM Diff 算法,主要用于在虚拟 DOM 树发生变化时,计算最小的操作以更新真实 DOM。相比 Vue 2,Vue 3 的 Diff 算法做了很多优化。


Diff 算法的背景与目的

  • 虚拟 DOM 树的对比:在 Vue 中,每次组件状态更新时,会生成一个新的虚拟 DOM 树,Diff 算法会对新旧虚拟 DOM 树进行对比,计算需要更新的部分。
  • 更新真实 DOM:根据 Diff 的结果,Vue 仅对必要的部分执行 DOM 更新,避免全量重建,提高性能。

Vue 3 Diff 算法的核心逻辑

Vue 3 的 Diff 算法采用了一种 双端比较策略,与 Vue 2 的简单逐个比较方式不同,其性能更高。

算法流程
  1. 双端指针(双端 Diff)

    • Vue 3 使用左右双指针同时扫描新旧节点列表:
      • 头指针从左向右。
      • 尾指针从右向左。
    • 优化了只从左到右逐个比较的逻辑,适应更多场景。
  2. 比较规则

    • 优先匹配相同节点
      • 比较当前头指针的节点,如果相同则直接复用。
      • 如果头尾对比都无法找到相同节点,则可能需要移动或创建节点。
    • 最长递增子序列(LIS)优化
      • 用于处理中间乱序的节点,最小化移动操作。
  3. 四种主要比较情况

    • 头与头比较 (旧头与新头):
      • 如果匹配,移动头指针,继续下一轮比较。
    • 尾与尾比较 (旧尾与新尾):
      • 如果匹配,移动尾指针,继续下一轮比较。
    • 旧头与新尾比较 (优化尾部插入的情况):
      • 如果匹配,说明节点从头移动到了尾,调整位置后继续。
    • 旧尾与新头比较 (优化头部插入的情况):
      • 如果匹配,说明节点从尾移动到了头,调整位置后继续。
  4. 中间部分的乱序处理

    • 当头尾指针交错后,剩余的节点(乱序部分)需要特殊处理。
    • Vue 3 使用 最长递增子序列(LIS)算法 找出新列表中可以复用的最长子序列。
      • 其余节点要么插入,要么删除。
    • 最小化 DOM 操作次数,提升性能。

Vue 3 Diff 算法的优化点

  1. 双端比较

    • 同时从两端扫描新旧虚拟 DOM 节点列表,减少无效比较。
  2. 最长递增子序列(LIS)

    • 在处理乱序部分时,通过 LIS 算法最小化 DOM 移动操作。
  3. Patch 标记

    • Vue 3 在生成虚拟 DOM 时,对每个节点添加了 动态标记,用于标识哪些部分需要更新、复用或跳过,从而减少无用的计算。
  4. 静态节点的静态提升

    • 对不变的静态节点进行提升,只计算一次,避免重复对比。
  5. Fragment 支持

    • 允许多个子节点共存(不需要唯一根节点),简化 DOM 结构的操作。

Diff 算法的运行时复杂度

  • 最优情况 (双端快速匹配):O(n)
  • 普通情况 (中间乱序部分 + LIS):O(n + m),其中 n 是节点数量,m 是 LIS 的计算复杂度。
  • 最坏情况 (无任何匹配):O(n^2),但在实际场景中几乎不会发生。

伪代码示例

以下是 Vue 3 Diff 核心逻辑的简化伪代码:

javascript 复制代码
function diff(oldChildren, newChildren) {
  let oldStart = 0, oldEnd = oldChildren.length - 1;
  let newStart = 0, newEnd = newChildren.length - 1;

  while (oldStart <= oldEnd && newStart <= newEnd) {
    if (oldChildren[oldStart] === newChildren[newStart]) {
      // 头与头匹配
      patch(oldChildren[oldStart], newChildren[newStart]);
      oldStart++;
      newStart++;
    } else if (oldChildren[oldEnd] === newChildren[newEnd]) {
      // 尾与尾匹配
      patch(oldChildren[oldEnd], newChildren[newEnd]);
      oldEnd--;
      newEnd--;
    } else if (oldChildren[oldStart] === newChildren[newEnd]) {
      // 旧头与新尾匹配
      move(oldChildren[oldStart], newEnd);
      oldStart++;
      newEnd--;
    } else if (oldChildren[oldEnd] === newChildren[newStart]) {
      // 旧尾与新头匹配
      move(oldChildren[oldEnd], newStart);
      oldEnd--;
      newStart++;
    } else {
      // 中间乱序部分处理
      handleUnmatched(oldChildren, newChildren, oldStart, oldEnd, newStart, newEnd);
    }
  }

  // 剩余节点的插入或删除
  handleRemaining(oldChildren, newChildren, oldStart, oldEnd, newStart, newEnd);
}

总结

Vue 3 的 Diff 算法通过以下方式提升性能:

  • 双端比较优化。
  • 利用最长递增子序列(LIS)减少 DOM 操作。
  • 静态提升减少重复计算。
  • 更高效地处理 Fragment。
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