React 源码深度解读（十）：Diff 算法详解
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1、前言
React 是一个十分庞大的库，因为要同时考虑 ReactDom 和 ReactNative ，还有服务器渲染等，致使其代码抽象化程度很高，嵌套层级很是深。阅读 React 源码是一个很是艰辛的过程，在学习过程当中给我帮助最大的就是这个系列文章。做者对代码的调用关系梳理得很是清楚，并且还有配图帮助理解，很是值得一读。站在巨人的肩膀之上，我尝试再加入本身的理解，但愿对有志于学习 React 源码的读者带来一点启发。前端
本系列文章基于 React 15.4.2 ，如下是本系列其它文章的传送门：
React 源码深度解读（一）：首次 DOM 元素渲染 - Part 1
React 源码深度解读（二）：首次 DOM 元素渲染 - Part 2
React 源码深度解读（三）：首次 DOM 元素渲染 - Part 3
React 源码深度解读（四）：首次自定义组件渲染 - Part 1
React 源码深度解读（五）：首次自定义组件渲染 - Part 2
React 源码深度解读（六）：依赖注入
React 源码深度解读（七）：事务 - Part 1
React 源码深度解读（八）：事务 - Part 2
React 源码深度解读（九）：单个元素更新
React 源码深度解读（十）：Diff 算法详解java
2、Diff 策略
React 在比较新旧 2 棵虚拟 DOM 树的时候，会同时考虑两点：react
- 尽可能少的建立 / 删除节点，多使用移动节点的方式
- 比较次数要尽可能少，算法要足够的快
若是只考虑第一点，算法的时间复杂度要达到 O(n3) 的级别。也就是说对于一个有 1000 个节点的树，要进行 10 亿次的比较，这对于前端应用来讲是彻底不可接受的。所以，React 选用了启发式的算法，将时间复杂度控制在 O(n) 的级别。这个算法基于如下 2 个假设：git
- 若是 2 个节点的类型不同，以这 2 个节点为根结点的树会彻底不一样
- 对于屡次 render 中结构保持不变的节点，开发者会用一个 key 属性标识出来，以便重用
另外，React 只会对同一层的节点做比较，不会跨层级比较，如图所示：github
Diff 使用的是深度优先算法，当遇到下图这样的状况：算法
最高效的算法应该是直接将 A 子树移动到 D 节点，但这样就涉及到跨层级比较，时间复杂度会陡然上升。React 的作法比较简单，它会先删除整个 A 子树，而后再从新建立一遍。结合到实际的使用场景，改变一个组件的从属关系的状况也是不多的。segmentfault
一样道理，当 D 节点改成 G 节点时，整棵 D 子树也会被删掉，E、F 节点会从新建立。数组
对于列表的 Diff，节点的 key 有助于节点的重用：服务器
如上图所示，当没有 key 的时候，若是中间插入一个新节点，Diff 过程当中从第三个节点开始的节点都是删除旧节点，建立新节点。当有 key 的时候，除了第三个节点是新建立外，第四和第五个节点都是经过移动实现的。
3、无 Key Diff
在了解了整体的 Diff 策略后，咱们来近距离的审视源码。先更新示例代码，注意 li 元素没有使用 key ：
class App extends Component {
constructor(props) {
super(props);
this.state = {
data : ['one', 'two'],
};
this.timer = setInterval(
() => this.tick(),
5000
);
}
tick() {
this.setState({
data: ['new', 'one', 'two'],
});
}
render() {
return (
<ul>
{
this.state.data.map(function(val, i) {
return <li>{ val }</li>;
})
}
</ul>
);
}
}
export default App;
元素变化以下图所示，5 秒后会新增一个 new 元素。
咱们跳过前面的逻辑，直接来看 Diff 的代码
_updateRenderedComponent: function (transaction, context) {
var prevComponentInstance = this._renderedComponent;
// 以前的 Virtual DOM
var prevRenderedElement = prevComponentInstance._currentElement;
// 最新的 Virtual DOM
var nextRenderedElement = this._renderValidatedComponent();
var debugID = 0;
if (__DEV__) {
debugID = this._debugID;
}
if (shouldUpdateReactComponent(prevRenderedElement,
nextRenderedElement)) {
ReactReconciler.receiveComponent(
prevComponentInstance,
nextRenderedElement,
transaction,
this._processChildContext(context)
);
} else {
...
}
},
// shouldUpdateReactComponent.js
function shouldUpdateReactComponent(prevElement, nextElement) {
var prevEmpty = prevElement === null || prevElement === false;
var nextEmpty = nextElement === null || nextElement === false;
if (prevEmpty || nextEmpty) {
return prevEmpty === nextEmpty;
}
var prevType = typeof prevElement;
var nextType = typeof nextElement;
if (prevType === 'string' || prevType === 'number') {
return (nextType === 'string' || nextType === 'number');
} else {
return (
nextType === 'object' &&
prevElement.type === nextElement.type &&
prevElement.key === nextElement.key
);
}
}
_updateRenderedComponent方法位于 ReactCompositeComponent 内。它先获取新、旧 2 个 Virtual DOM，而后经过shouldUpdateReactComponent判断节点类型是否相同。在咱们的例子里，跟节点都是 ul 元素，所以跳过中间的层级后，会走到 ReactDOMComponent 的 updateComponent 方法。他会更新属性和子元素，更新属性部分上一篇文章已经讲清楚了，下面看看更新子元素部分。最终会调用 ReactMultiChild 的 _updateChildren ：
_updateChildren: function (nextNestedChildrenElements, transaction, context) {
...
var nextChildren = this._reconcilerUpdateChildren(
prevChildren,
nextNestedChildrenElements,
mountImages,
removedNodes,
transaction,
context
);
...
for (name in nextChildren) {
if (!nextChildren.hasOwnProperty(name)) {
continue;
}
var prevChild = prevChildren && prevChildren[name];
var nextChild = nextChildren[name];
if (prevChild === nextChild) {
updates = enqueue(
updates,
this.moveChild(prevChild, lastPlacedNode,
nextIndex, lastIndex)
);
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
prevChild._mountIndex = nextIndex;
} else {
if (prevChild) {
// Update `lastIndex` before `_mountIndex` gets unset by unmounting.
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
// The `removedNodes` loop below will actually remove the child.
}
// The child must be instantiated before it's mounted.
updates = enqueue(
updates,
this._mountChildAtIndex(
nextChild,
mountImages[nextMountIndex],
lastPlacedNode,
nextIndex,
transaction,
context
)
);
nextMountIndex++;
}
nextIndex++;
lastPlacedNode = ReactReconciler.getHostNode(nextChild);
}
// Remove children that are no longer present.
for (name in removedNodes) {
if (removedNodes.hasOwnProperty(name)) {
updates = enqueue(
updates,
this._unmountChild(prevChildren[name],
removedNodes[name])
);
}
}
if (updates) {
processQueue(this, updates);
}
this._renderedChildren = nextChildren;
},
_reconcilerUpdateChildren: function (
prevChildren,
nextNestedChildrenElements,
mountImages,
removedNodes,
transaction,
context
) {
var nextChildren;
var selfDebugID = 0;
nextChildren = flattenChildren(nextNestedChildrenElements,
selfDebugID);
ReactChildReconciler.updateChildren(
prevChildren,
nextChildren,
mountImages,
removedNodes,
transaction,
this,
this._hostContainerInfo,
context,
selfDebugID
);
return nextChildren;
},
在开始 Diff li 元素以前，它会先调用_reconcilerUpdateChildren去更新 li 元素的子元素，也就是文本。在函数中调用了flattenChildren方法，将数组转换成对象：
function flattenSingleChildIntoContext(
traverseContext: mixed,
child: ReactElement < any > ,
name: string,
selfDebugID ? : number,
): void {
// We found a component instance.
if (traverseContext && typeof traverseContext === 'object') {
const result = traverseContext;
const keyUnique = (result[name] === undefined);
if (keyUnique && child != null) {
result[name] = child;
}
}
}
function flattenChildren(
children: ReactElement < any > ,
selfDebugID ? : number,
): ? {
[name: string]: ReactElement < any >
} {
if (children == null) {
return children;
}
var result = {};
traverseAllChildren(children, flattenSingleChildIntoContext, result);
return result;
}
// traverseAllChildren.js
function traverseAllChildren(children, callback, traverseContext) {
if (children == null) {
return 0;
}
return traverseAllChildrenImpl(children, '', callback, traverseContext);
}
function traverseAllChildrenImpl(
children,
nameSoFar,
callback,
traverseContext
) {
var type = typeof children;
if (type === 'undefined' || type === 'boolean') {
// All of the above are perceived as null.
children = null;
}
if (children === null ||
type === 'string' ||
type === 'number' ||
// The following is inlined from ReactElement. This means we can optimize
// some checks. React Fiber also inlines this logic for similar purposes.
(type === 'object' && children.$$typeof === REACT_ELEMENT_TYPE)) {
callback(
traverseContext,
children,
// If it's the only child, treat the name as if it was wrapped in an array
// so that it's consistent if the number of children grows.
nameSoFar === '' ? SEPARATOR + getComponentKey(children, 0) :
nameSoFar
);
return 1;
}
var child;
var nextName;
var subtreeCount = 0; // Count of children found in the current subtree.
var nextNamePrefix = nameSoFar === '' ? SEPARATOR : nameSoFar +
SUBSEPARATOR;
if (Array.isArray(children)) {
for (var i = 0; i < children.length; i++) {
child = children[i];
nextName = nextNamePrefix + getComponentKey(child, i);
subtreeCount += traverseAllChildrenImpl(
child,
nextName,
callback,
traverseContext
);
}
}
...
return subtreeCount;
}
function getComponentKey(component, index) {
// Do some typechecking here since we call this blindly. We want to ensure
// that we don't block potential future ES APIs.
if (component && typeof component === 'object' && component.key != null) {
// Explicit key
return KeyEscapeUtils.escape(component.key);
}
// Implicit key determined by the index in the set
return index.toString(36);
}
flattenSingleChildIntoContext做为flattenChildren的回调函数，会做用在每个数组元素上，构造一个对象（result）。对象的 key 是经过getComponentKey这个方法生成的，能够看到若是没有定义 key 属性，则默认会用数组的 index 做为 key 。最终构造出来的对象是这个样子的：
而后就会调用ReactChildReconciler.updateChildren方法，去更新 li 的文本和建立新的 li 元素。
updateChildren: function (
prevChildren,
nextChildren,
mountImages,
removedNodes,
transaction,
hostParent,
hostContainerInfo,
context,
selfDebugID // 0 in production and for roots
) {
if (!nextChildren && !prevChildren) {
return;
}
var name;
var prevChild;
for (name in nextChildren) {
if (!nextChildren.hasOwnProperty(name)) {
continue;
}
prevChild = prevChildren && prevChildren[name];
var prevElement = prevChild && prevChild._currentElement;
var nextElement = nextChildren[name];
if (prevChild != null &&
shouldUpdateReactComponent(prevElement, nextElement)) {
ReactReconciler.receiveComponent(
prevChild, nextElement, transaction, context
);
nextChildren[name] = prevChild;
} else {
if (prevChild) {
removedNodes[name] = ReactReconciler.getHostNode(
prevChild);
ReactReconciler.unmountComponent(prevChild, false);
}
// The child must be instantiated before it's mounted.
var nextChildInstance = instantiateReactComponent(
nextElement, true);
nextChildren[name] = nextChildInstance;
// Creating mount image now ensures refs are resolved in right order
// (see https://github.com/facebook/react/pull/7101 for explanation).
var nextChildMountImage = ReactReconciler.mountComponent(
nextChildInstance,
transaction,
hostParent,
hostContainerInfo,
context,
selfDebugID
);
mountImages.push(nextChildMountImage);
}
}
// Unmount children that are no longer present.
for (name in prevChildren) {
if (prevChildren.hasOwnProperty(name) &&
!(nextChildren && nextChildren.hasOwnProperty(name))) {
prevChild = prevChildren[name];
removedNodes[name] = ReactReconciler.getHostNode(
prevChild);
ReactReconciler.unmountComponent(prevChild, false);
}
}
},
在更新 li 前，会根据 key 去取上一次 render 对应的元素prevChild = prevChildren && prevChildren[name]。以第 0 个元素为例，prevElement 为 ReactElement[3]（ key 为‘.0’），而 nextElement 为 ReactElement[2]，所以会调用ReactReconciler.receiveComponent来更新文本元素，过程与上一篇文章同样。
当遍历到最后一个 li ，因为没有 prevChild，会建立一个新的实例。
再回到 ReactMultiChild 的 _updateChildren 方法，这时nextChildren已经建立好，开始遍历：
_updateChildren: function (nextNestedChildrenElements, transaction, context) {
...
var nextChildren = this._reconcilerUpdateChildren(
prevChildren,
nextNestedChildrenElements,
mountImages,
removedNodes,
transaction,
context
);
...
for (name in nextChildren) {
if (!nextChildren.hasOwnProperty(name)) {
continue;
}
var prevChild = prevChildren && prevChildren[name];
var nextChild = nextChildren[name];
if (prevChild === nextChild) { ------------------------------------ 1）
updates = enqueue(
updates,
this.moveChild(prevChild, lastPlacedNode,
nextIndex, lastIndex)
);
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
prevChild._mountIndex = nextIndex;
} else { ------------------------------------ 2）
if (prevChild) {
// Update `lastIndex` before `_mountIndex` gets unset by unmounting.
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
// The `removedNodes` loop below will actually remove the child.
}
// The child must be instantiated before it's mounted.
updates = enqueue(
updates,
this._mountChildAtIndex(
nextChild,
mountImages[nextMountIndex],
lastPlacedNode,
nextIndex,
transaction,
context
)
);
nextMountIndex++;
}
nextIndex++;
lastPlacedNode = ReactReconciler.getHostNode(nextChild);
}
// Remove children that are no longer present.
for (name in removedNodes) {
if (removedNodes.hasOwnProperty(name)) {
updates = enqueue(
updates,
this._unmountChild(prevChildren[name],
removedNodes[name])
);
}
}
if (updates) {
processQueue(this, updates);
}
this._renderedChildren = nextChildren;
},
前面 2 个 li 元素会走到分支 1），第三个元素会到分支 2）,建立新的 li 元素，过程与上一篇的相似。
4、有 Key Diff
例子改一下，加入 key：
class App extends Component {
constructor(props) {
super(props);
this.state = {
data: ['one', 'two']
};
this.timer = setTimeout(() => this.tick(), 5000);
}
tick() {
this.setState({
data: ['new', 'one', 'two']
});
}
render() {
return (
<ul>
{
this.state.data.map(function (val, i) {
return <li key={val}>{ val }</li>;
})
}
</ul>
);
}
}
流程与无 key 相似，再也不赘述。flattenChildren后的对象是这个样子的：
因为使用了 key ，ReactChildReconciler.updateChildren再也不须要更新 text 了，只须要建立一个新的实例。
而后到 ReactMultiChild 的 _updateChildren ：
_updateChildren: function (nextNestedChildrenElements, transaction, context) {
...
for (name in nextChildren) {
if (!nextChildren.hasOwnProperty(name)) {
continue;
}
var prevChild = prevChildren && prevChildren[name];
var nextChild = nextChildren[name];
if (prevChild === nextChild) { ------------------------------------ 1）
updates = enqueue(
updates,
this.moveChild(prevChild, lastPlacedNode,
nextIndex, lastIndex)
);
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
prevChild._mountIndex = nextIndex;
} else { ------------------------------------ 2）
if (prevChild) {
// Update `lastIndex` before `_mountIndex` gets unset by unmounting.
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex,
lastIndex);
// The `removedNodes` loop below will actually remove the child.
}
// The child must be instantiated before it's mounted.
updates = enqueue(
updates,
this._mountChildAtIndex(
nextChild,
mountImages[nextMountIndex],
lastPlacedNode,
nextIndex,
transaction,
context
)
);
nextMountIndex++;
}
nextIndex++;
lastPlacedNode = ReactReconciler.getHostNode(nextChild);
}
// Remove children that are no longer present.
for (name in removedNodes) {
if (removedNodes.hasOwnProperty(name)) {
updates = enqueue(
updates,
this._unmountChild(prevChildren[name],
removedNodes[name])
);
}
}
if (updates) {
processQueue(this, updates);
}
this._renderedChildren = nextChildren;
},
匹配第一个元素的时候，会到分支 2），后面 2 个元素都是走分支 1）。
有 key 跟没 key 相比，减小了 2 次文本元素的更新，提升了效率。
5、深挖 Key Diff
再来考虑更复杂的状况：
假设要作上图的变化，再来分析下源码：
_updateChildren: function (nextNestedChildrenElements, transaction, context) {
...
var nextIndex = 0;
var lastIndex = 0;
var nextMountIndex = 0;
var lastPlacedNode = null;
for (name in nextChildren) {
if (!nextChildren.hasOwnProperty(name)) {
continue;
}
var prevChild = prevChildren && prevChildren[name];
var nextChild = nextChildren[name];
if (prevChild === nextChild) { ------------------------------------ 1）
updates = enqueue(
updates,
this.moveChild(prevChild, lastPlacedNode, nextIndex, lastIndex)
);
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex, lastIndex);
prevChild._mountIndex = nextIndex;
} else { ------------------------------------ 2）
if (prevChild) {
// Update `lastIndex` before `_mountIndex` gets unset by unmounting.
lastIndex = Math.max(prevChild._mountIndex, lastIndex);
// The `removedNodes` loop below will actually remove the child.
}
// The child must be instantiated before it's mounted.
updates = enqueue(
updates,
this._mountChildAtIndex(
nextChild,
mountImages[nextMountIndex],
lastPlacedNode,
nextIndex,
transaction,
context
)
);
nextMountIndex++;
}
nextIndex++;
lastPlacedNode = ReactReconciler.getHostNode(nextChild);
}
...
},
moveChild: function (child, afterNode, toIndex, lastIndex) {
// If the index of `child` is less than `lastIndex`, then it needs to
// be moved. Otherwise, we do not need to move it because a child will be
// inserted or moved before `child`.
if (child._mountIndex < lastIndex) {
return makeMove(child, afterNode, toIndex);
}
},
这里要先搞清楚 3 个 index：
- nextIndex：遍历 nextChildren 时候的 index，每遍历一个元素加 1
- lastIndex：上一次从 prevChildren 中取出来元素时，这个元素在 prevChildren 中的 index
- _mountIndex：元素在数组中的位置
下面咱们来走一遍流程：
- nextChildren 的第一个元素是 B ，在 prevChildren 中的位置是 1（_mountIndex），nextIndex 和 lastIndex 都是 0。节点移动的前提是
_mountIndex < lastIndex，所以 B 不须要移动。lastIndex 更新为 _mountIndex 和 lastIndex 中较大的：1 。nextIndex 自增：1； - nextChildren 的第二个元素是 A ，在 prevChildren 中的位置是 0（_mountIndex），nextIndex 和 lastIndex 都是 1。这时
_mountIndex < lastIndex，所以将 A 移动到 lastPlacedNode (B)的后面 。lastIndex 更新为 _mountIndex 和 lastIndex 中较大的：1 。nextIndex 自增：2； - nextChildren 的第三个元素是 D ，中 prevChildren 中的位置是 3（_mountIndex），nextIndex 是 2 ，lastIndex 是 1。这时不知足
_mountIndex < lastIndex，所以 D 不须要移动。lastIndex 更新为 _mountIndex 和 lastIndex 中较大的：3 。nextIndex 自增：3； - nextChildren 的第四个元素是 C ，中 prevChildren 中的位置是 2（_mountIndex），nextIndex 是 3 ，lastIndex 是 3。这时
_mountIndex < lastIndex，所以将 C 移动到 lastPlacedNode (D)的后面。循环结束。
观察整个过程，移动的原则是将原来的元素往右边移，经过 lastIndex 来控制。在 lastIndex 左边的，就往 lastIndex 的右边移动；在 lastIndex 左边的，不须要动。
6、总结
本文详细讲解了 Diff 过程当中 key 的做用以及复用节点的移动原则，并结合源码作了深刻的讨论。到此为止，整个 React 源码解读系列先告一段落了，后会有期。
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