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

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。
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。
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。
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

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。
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。
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。
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。
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。