原生 DOM 更新
graph LR A[数据变化] --> B[手动查找DOM节点] B --> C[直接修改节点属性] C --> D[处理相关依赖节点]
Diff 算法更新
graph LR A[应用状态变更] --> B[生成新的虚拟 DOM 树] B --> C[Diff 算法比较新旧树] C --> D[计算最小变更集] D --> E[批量更新真实 DOM]
什么是 Diff 算法?
Diff 算法(差异算法) 是一种用于比较两个树形结构(通常是虚拟 DOM 树)之间的差异 ,并计算出最小变更集的高效算法。它是现代前端框架(如 React, Vue, Angular 等)实现高性能渲染的核心机制之一。
核心思想
- 比较对象 :比较的是内存中表示 UI 结构的 JavaScript 对象(虚拟 DOM 树),而非直接操作浏览器中笨重的真实 DOM。
- 找出差异:精确找出新旧两棵虚拟 DOM 树中哪些节点发生了变化(增、删、改、移)。
- 最小化操作 :只将必要的、最少的变更应用到真实 DOM 上,避免不必要的渲染开销。
Diff 算法的作用
-
性能优化(核心作用):
- 减少 DOM 操作成本:直接操作真实 DOM(尤其是涉及布局重排和重绘)是浏览器中最昂贵的操作之一。Diff 算法确保只更新真正变化的部分。
- 批量更新:框架可以将 Diff 计算出的多个变更集合并成一次批量的 DOM 操作,进一步提高效率。
- 避免全量更新:无需在每次状态变化时都销毁整个旧 DOM 树并重建整个新 DOM 树。
-
简化开发逻辑:
- 声明式编程 :开发者只需关注"目标 UI 状态应该是什么样子"(描述新的虚拟 DOM),而无需手动编写繁琐的"如何从当前状态变过去"的命令式代码(如
document.getElementById(...).appendChild(...)
)。Diff 算法和渲染引擎自动处理更新过程。 - 关注点分离:开发者聚焦于业务逻辑和状态管理,框架负责高效的 UI 更新。
- 声明式编程 :开发者只需关注"目标 UI 状态应该是什么样子"(描述新的虚拟 DOM),而无需手动编写繁琐的"如何从当前状态变过去"的命令式代码(如
-
跨平台能力的基础:
- 虚拟 DOM 和 Diff 算法提供了一层抽象。计算出的最小变更集不仅可以应用于浏览器 DOM,也可以应用于 Native 组件(React Native)、Canvas、WebGL,甚至服务端渲染。
为什么需要实现 Diff 算法?
实现 Diff 算法是为了解决直接操作真实 DOM 带来的严重性能瓶颈和开发体验问题:
-
直接操作 DOM 的代价高昂:
- 每次 DOM 操作(尤其是修改布局属性)都可能触发浏览器的 重排(Reflow) 和 重绘(Repaint) ,这是非常消耗 CPU 和 GPU 资源的操作。
- 频繁或低效的 DOM 更新会导致界面卡顿、响应迟缓,用户体验变差。
-
手动更新 DOM 复杂且易错:
- 在复杂的 Web 应用中,随着状态变化,需要精确计算出哪些 DOM 元素需要添加、删除、修改属性或移动位置。
- 手动编写这些更新逻辑极其繁琐、容易出错,且代码难以维护。例如,在一个动态列表中插入一项,可能需要精确找到插入点、更新后续元素的索引、处理动画状态等。
-
全量更新不可行:
- 最简单粗暴的更新方式是:销毁整个旧的 DOM 树,然后用新的状态重建并插入整个新的 DOM 树。
- 这种方法在简单静态页面上也许可行,但对于复杂动态应用:
- 性能灾难:销毁和重建整个树的开销巨大,导致界面严重闪烁或卡死。
- 状态丢失:输入框焦点、滚动条位置、组件内部状态(如视频播放进度)等都会被重置,破坏用户体验。
Diff 算法的优势解决方案
-
虚拟 DOM:轻量级的中间层:
- 在内存中创建真实 DOM 的轻量级 JavaScript 对象表示。创建和操作 JS 对象远比操作真实 DOM 快得多。
- 状态变化时,先创建新的虚拟 DOM 树。
-
Diff:计算最小变更:
- 使用优化过的 Diff 算法(通常是 O(n) 复杂度)对比新旧虚拟 DOM 树。
- 精准找出节点级别的差异(元素类型变化?属性变化?子节点顺序变化?)。
-
高效更新:
- 将 Diff 计算出的 "补丁"(Patch) 应用到真实 DOM 上。
- 只更新变化的部分,最大程度减少昂贵的 DOM 操作和重排/重绘。
原生 DOM 操作的"精确更新"假象(作用的补充说明)
在原生 JavaScript 中,开发者确实可以手动精确更新特定节点:
javascript
// 原生 DOM 精确更新示例
const priceElement = document.getElementById("product-price");
priceElement.textContent = newPrice;
表面优势:
- 只更新一个节点
- 没有额外开销
- 性能看似高效
实际挑战:
- 状态追踪复杂度:在大型应用中,需要手动维护数百个元素引用
- 依赖关系管理:当多个数据影响同一元素时,更新逻辑变得复杂
- 动态内容处理:列表渲染、条件渲染需要大量手动 DOM 操作
- 跨组件更新:深层嵌套组件更新需要穿透多层结构
特性 | 原生 DOM 操作 | Vue 更新机制 |
---|---|---|
更新范围 | 开发者手动控制 | 组件级渲染 + Diff 优化 |
状态管理 | 手动维护引用 | 响应式系统自动追踪 |
列表更新 | 手动操作每个元素 | Key 优化 + 最小变更 |
条件渲染 | 手动添加/移除节点 | 自动 DOM 操作 |
性能开销 | 无框架开销 | 虚拟 DOM 比较开销 |
开发效率 | 低(代码量大) | 高(声明式编程) |
可维护性 | 随复杂度下降 | 始终保持良好 |
跨平台 | 需重写逻辑 | 同一套代码 |
Vue 中的 Diff 算法工作原理
组件级颗粒度
-
当响应式数据变化时,Vue 会:
- 标记依赖该数据的组件为"待更新"
- 触发这些组件的重新渲染
javascript// Vue 3 响应式更新伪代码 effect(() => { if (state.dirty) { patchComponent(component); // 更新组件 } });
-
未受影响的组件不会重新渲染,保持高性能
节点级颗粒度(Diff 核心)
在组件内部,Vue 使用优化后的 Diff 算法:
-
同级比较:只比较相同层级的节点
-
标签类型检查:
html<!-- 标签不同 ⇒ 销毁重建 --> <div> → <section> <!-- 标签相同 ⇒ 更新属性 --> <div class="old"> → <div class="new"></div> </div> </section> </div>
-
Key 优化策略(列表渲染核心):
html<!-- 无 key ⇒ 顺序比较 --> <li v-for="item in items">{{ item }}</li> <!-- 有 key ⇒ 精确匹配 --> <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
Vue 3 的突破性优化
Vue 3 通过编译时优化解决颗粒度问题:
flowchart LR A[模板] --> B[编译优化] B --> C[静态提升] B --> D[Patch Flags] B --> E[Block Tree]
-
静态提升:将静态内容移出渲染函数
-
Patch Flags :标记动态节点类型
javascript// 编译后的虚拟DOM节点 { type: 'div', props: { class: 'active' }, patchFlag: 1 // 1表示只有class是动态的 }
-
Block Tree:追踪动态节点树,跳过静态子树比较
Diff 算法的关键优化策略
1. 列表渲染与 key 的重要性
颗粒度问题最明显的场景:
html
<!-- 问题:列表重新排序 -->
<ul>
<li v-for="item in items">{{ item.text }}</li>
</ul>
<!-- 解决方案:key 提供节点标识 -->
<ul>
<li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.text }}</li>
</ul>
- 无 key:默认使用"就地复用"策略,可能导致状态错乱
- 有 key:精确匹配节点,保持组件状态(如输入框内容)
2. 组件复用策略
Vue 通过组件签名决定是否复用:
javascript
// 决定组件复用的关键因素
function canPatch(oldVNode, newVNode) {
return (
oldVNode.type === newVNode.type && // 相同组件
oldVNode.key === newVNode.key // 相同key
);
}
3. 静态内容跳过
Vue 3 的突破性改进:
html
<!-- 静态内容只生成一次 -->
<div>
<!-- 静态提升内容 -->
<header>Site Title</header>
<!-- 动态内容 -->
<main>{{ dynamicContent }}</main>
</div>
- Diff 算法完全跳过静态节点比较
- 性能接近手动优化的 DOM 操作
为什么 Vue 需要 Diff 算法?
- 解决颗粒度鸿沟:弥合细粒度的数据变化与粗粒度的 UI 更新之间的差距
- 开发体验优先:让开发者专注于业务逻辑,无需手动优化 DOM 操作
- 平台抽象层:为 SSR、小程序等目标平台提供统一更新机制
- 性能与效率平衡:在框架开销与手动优化成本间取得最佳平衡点
性能对比基准
更新方式 | 1000 节点更新时间 | 内存开销 | 开发成本 |
---|---|---|---|
直接 DOM 操作 | 10ms | 低 | 极高 |
全量虚拟 DOM | 50ms | 高 | 低 |
Vue 3 优化 Diff | 15ms | 中 | 低 |
总结
- 在内存中(虚拟 DOM)进行高效的差异计算。
- 找出新旧 UI 表示之间的最小变更集。
- 只将必要的更新应用到昂贵的真实 DOM 上。
vue2 双端比较算法(双指针 diff)简单示例,主要是处理 v-for 关键之一:
js
function sameVNode(a, b) {
return a.key === b.key && a.tag === b.tag;
}
function updateChildren(parentEl, oldCh, newCh) {
let oldStartIdx = 0;
let newStartIdx = 0;
let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
let newEndIdx = newCh.length - 1;
let oldStartVnode = oldCh[0];
let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
let newStartVnode = newCh[0];
let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
// 创建旧节点 key 映射
const keyMap = {};
for (let i = oldStartIdx; i <= oldEndIdx; i++) {
const key = oldCh[i].key;
if (key) keyMap[key] = i;
}
// 可视化步骤
const steps = [];
while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
// 1. 头头比较
if (sameVNode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
steps.push(`头头比较: ${oldStartVnode.key} 和 ${newStartVnode.key} 匹配`);
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
}
// 2. 尾尾比较
else if (sameVNode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
steps.push(`尾尾比较: ${oldEndVnode.key} 和 ${newEndVnode.key} 匹配`);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
}
// 3. 头尾比较
else if (sameVNode(oldStartVnode, newEndVnode)) {
steps.push(`头尾比较: ${oldStartVnode.key} 移动到末尾`);
parentEl.insertBefore(oldStartVnode.el, oldEndVnode.el.nextSibling);
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
}
// 4. 尾头比较
else if (sameVNode(oldEndVnode, newStartVnode)) {
steps.push(`尾头比较: ${oldEndVnode.key} 移动到开头`);
parentEl.insertBefore(oldEndVnode.el, oldStartVnode.el);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
}
// 5. key 匹配
else {
const idxInOld = keyMap[newStartVnode.key];
if (idxInOld !== undefined) {
const vnodeToMove = oldCh[idxInOld];
steps.push(
`Key匹配: 找到 ${newStartVnode.key} 并移动到位置 ${newStartIdx}`
);
parentEl.insertBefore(vnodeToMove.el, oldStartVnode.el);
oldCh[idxInOld] = undefined;
} else {
steps.push(`创建节点: ${newStartVnode.key} 是新增节点`);
parentEl.insertBefore(createElm(newStartVnode), oldStartVnode.el);
}
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
}
}
// 添加新节点
if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
for (let i = newStartIdx; i <= newEndIdx; i++) {
steps.push(`添加节点: ${newCh[i].key}`);
parentEl.appendChild(createElm(newCh[i]));
}
}
// 删除旧节点
else {
for (let i = oldStartIdx; i <= oldEndIdx; i++) {
if (oldCh[i]) {
steps.push(`删除节点: ${oldCh[i].key}`);
parentEl.removeChild(oldCh[i].el);
}
}
}
return steps;
}
function createElm(vnode) {
const el = document.createElement("div");
el.className = "node";
el.textContent = vnode.key + (vnode.key === "E" ? " (新增节点)" : "");
el.dataset.key = vnode.key;
vnode.el = el;
return el;
}
vue3 的简化 patchKeyedChildren 示例(伪代码):
js
// --------------- 工具函数 ---------------
function isSameVNode(n1, n2) {
return n1.key === n2.key && n1.type === n2.type;
}
function createElement(vnode) {
const el = document.createElement(vnode.type);
if (typeof vnode.children === "string") el.textContent = vnode.children;
vnode.el = el;
return el;
}
function mountElement(vnode, container, anchor = null) {
const el = createElement(vnode);
container.insertBefore(el, anchor);
}
function unmount(vnode) {
vnode.el && vnode.el.parentNode.removeChild(vnode.el);
}
// --------------- 核心 patch ---------------
function patch(n1, n2, container) {
if (!n1) {
// mount
mountElement(n2, container);
} else if (!isSameVNode(n1, n2)) {
// 替换
unmount(n1);
mountElement(n2, container);
} else {
// 同类型节点 → 复用 el
const el = (n2.el = n1.el);
if (typeof n2.children === "string") {
if (n2.children !== n1.children) el.textContent = n2.children;
} else {
patchKeyedChildren(n1.children, n2.children, el);
}
}
}
// --------------- Vue3 风格列表 Diff ---------------
function patchKeyedChildren(c1 = [], c2 = [], container) {
let i = 0;
let e1 = c1.length - 1;
let e2 = c2.length - 1;
// 1️⃣ 从头同步
while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNode(c1[i], c2[i])) {
patch(c1[i], c2[i], container);
i++;
}
// 2️⃣ 从尾同步
while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNode(c1[e1], c2[e2])) {
patch(c1[e1], c2[e2], container);
e1--;
e2--;
}
// 3️⃣ 新列表更长 → 挂载
if (i > e1) {
const anchor = c2[e2 + 1]?.el || null;
while (i <= e2) mountElement(c2[i++], container, anchor);
return;
}
// 4️⃣ 旧列表更长 → 卸载
if (i > e2) {
while (i <= e1) unmount(c1[i++]);
return;
}
// 5️⃣ 处理中间乱序区间
const s1 = i,
s2 = i;
const keyToNewIdx = new Map();
for (let j = s2; j <= e2; j++) keyToNewIdx.set(c2[j].key, j);
const toBePatched = e2 - s2 + 1;
const newIdxToOldIdx = new Array(toBePatched).fill(0);
// 5.1 先遍历旧节点,找到可复用的并 patch
for (let j = s1; j <= e1; j++) {
const oldVNode = c1[j];
const newIdx = keyToNewIdx.get(oldVNode.key);
if (newIdx === undefined) {
unmount(oldVNode); // 不存在 → 删除
} else {
newIdxToOldIdx[newIdx - s2] = j + 1; // 记录旧索引(+1 防 0)
patch(oldVNode, c2[newIdx], container); // 复用并递归 patch
}
}
// 5.2 计算 LIS,确定哪些节点可以不动
const increasingSeq = getLIS(newIdxToOldIdx);
let seqIdx = increasingSeq.length - 1;
// 5.3 倒序遍历新列表,边插入边移动
for (let j = toBePatched - 1; j >= 0; j--) {
const newIdx = j + s2;
const newVNode = c2[newIdx];
const anchor = c2[newIdx + 1]?.el || null;
if (newIdxToOldIdx[j] === 0) {
// 新节点
mountElement(newVNode, container, anchor);
} else if (j !== increasingSeq[seqIdx]) {
// 需要移动
container.insertBefore(newVNode.el, anchor);
} else {
// 在 LIS 中,保持不动
seqIdx--;
}
}
}
// --------------- 最长递增子序列 (O(n log n)) ---------------
function getLIS(arr) {
const p = arr.slice();
const result = [];
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
const n = arr[i];
if (n === 0) continue; // 0 表示新节点,占位
let last = result[result.length - 1];
if (last === undefined || n > arr[last]) {
p[i] = last;
result.push(i);
continue;
}
// 二分替换
let l = 0,
r = result.length - 1;
while (l < r) {
const mid = (l + r) >> 1;
if (arr[result[mid]] < n) l = mid + 1;
else r = mid;
}
if (n < arr[result[l]]) {
if (l > 0) p[i] = result[l - 1];
result[l] = i;
}
}
// 反向回溯出索引序列
let u = result.length,
v = result[result.length - 1];
const lis = Array(u);
while (u--) {
lis[u] = v;
v = p[v];
}
return lis;
}
逻辑点 | Vue 2 | Vue 3 |
---|---|---|
Patch 函数名 | updateChildren |
patchKeyedChildren |
Diff 方法 | 双端比较 + keyMap | 双端比较 + keyMap + LIS(更优) |
是否支持 Fragment | ❌(需要虚拟根) | ✅ 支持 |
DOM 操作 | insertBefore, removeChild 等 | 同上 |
注:以上主要是个人学习使用,各位大佬自行辨别,有错误请指正会进行修改更新。