vitual-dom原理与简单实现

前言

目前广为人知的React和Vue都采用了virtual-dom，Virtual DOM凭借其高效的diff算法，让咱们再也不关心性能问题，能够为所欲为的修改数据状态。在实际开发中，咱们并不须要关心Virtual DOM是如何实现的，可是理解Virtual DOM的实现原理确实有必要的。本文是参照https://github.com/livoras/si... DOM。

1、前端应用状态管理

在日益复杂的前端应用中，状态管理是一个常常被说起的话题，从早期的刀耕火种时代到jQuery，再到如今流行的MVVM时代，状态管理的形式发生了翻天覆地的变化，咱们不再用维护茫茫多的事件回调、监听来更新视图，转而使用使用双向数据绑定，只须要维护相应的数据状态，就能够自动更新视图，极大提升开发效率。

可是，双向数据绑定也并非惟一的办法，还有一个很是粗暴有效的方式：一旦数据发生变化，从新绘制整个视图，也就是从新设置一下innerHTML。这样的作法确实简单、粗暴、有效，可是若是只是由于局部一个小的数据发生变化而更新整个视图，性价比未免过低了，并且，像事件，获取焦点的输入框等，都须要从新处理。因此，对于小的应用或者说局部的小视图，这样处理彻底是能够的，可是面对复杂的大型应用，这样的作法不可取。因此咱们能够采起用JavaScript的方法来模拟DOM树，用新渲染的对象树去和旧的树进行对比，记录下变化的变化，而后应用到真实的DOM树上，这样咱们只须要更改与原来视图不一样的地方，而不须要所有从新渲染一次。这就是virtual-DOM的优点

2、视图渲染

相对于DOM对象，原生的JavaScript对象处理得更快，并且简单。DOM树上的结构，属性信息咱们都能经过JavaScript进行表示出来，例如：

var element = {
    tagName: 'ul', // 节点标签名
    props: { // dom的属性键值对
        id: 'list'
    },
    children: [
        {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 1"]},
        {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 2"]},
        {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 3"]}
    ]
}

那么在html渲染的结果就是：

<ul id="list">
    <li class="item">Item 1</li>
    <li class="item">Item 2</li>
    <li class="item">Item 3</li>
</ul>

既然可以经过JavaScript表示DOM树的信息，那么就能够经过使用JavaScript来构建DOM树。

然而光是构建DOM树，没什么卵用，咱们须要将JavaScript构建的DOM树渲染到真实的DOM树上，用JavaScript表现一个dom一个节点很是简单，咱们只须要记录他的节点类型，属性键值对，子节点:

function Element(tagName, props, children) {
    this.tagName = tagName
    this.props = props
    this.children = children
}

那么ul标签咱们就可使用这种方式来表示

var ul = new Element('ul', {id: 'list'}, [
    {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 1"]},
    {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 2"]},
    {tagName: 'li', props: {class: 'item'}, children: ["Item 3"]}
])

说了这么多，他只是用JavaScript表示的一个结构，那该如何将他渲染到真实的DOM结构中呢：

Element.prototype.render = function() {
    let el = document.createElement(this.tagName), // 节点名称
        props = this.props // 节点属性

    for (var propName in props) {
        propValue = props[propName]
        el.setAttribute(propName, propValue)
    }

    this.children.forEach((child) => {
        var childEl = (child instanceof Element)
            ? child.render()
            : document.createTextNode(child)
        el.appendChild(childEl)
    })
    return el
}

若是咱们想将ul渲染到DOM结构中，就只须要

ulRoot = ul.render()
document.appendChild(ulRoot)

这样就完成了ul到DOM的渲染，也就有了真正的DOM结构

<ul id="list">
    <li class="item">Item 1</li>
    <li class="item">Item 2</li>
    <li class="item">Item 3</li>
</ul>

3、比较虚拟DOM树的差别

React的核心算法是diff算法(这里指的是优化后的算法)咱们来看看diff算法是如何实现的：

diff只会对相同颜色方框内的DOM节点进行比较，即同一个父节点下的全部子节点。当发现节点不存在，则该节点和子节点会被彻底删除，不会作进一步的比较。

在实际的代码中，会对新旧两棵树进行深度的遍历，给每个节点进行标记。而后在新旧两棵树的对比中，将不一样的地方记录下来。

// diff 算法，对比两棵树
function diff(oldTree, newTree) {
    var index = 0   // 当前节点的标志
    var patches = {} // 记录每一个节点差别的地方
    dfsWalk(oldTree, newTree, index, patches)
    return patches
}
function dfsWalk(oldNode, newNode, index, patches) {
    // 对比newNode和oldNode的差别地方进行记录
    patches[index] = [...]

    diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, patches)
}
function diffChildren(oldChildren, newChildren, index, patches) {
    let leftNode = null
    var currentNodeIndex = index
    oldChildren.forEach((child, i) => {
        var newChild = newChildren[i]
        currentNodeIndex =  (leftNode && leftNode.count) // 计算节点的标记
                ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1
                : currentNodeIndex + 1
        dfsWalk(child, newChild, currentNodeIndex, patches) // 遍历子节点
        leftNode = child
    })
}

例如：

在图中若是div有差别，标记为0,那么：

patches[0] = [{difference}, {difference}]

同理，有p是patches[1], ul是patches[3],以此类推
patches指的是差别变化，这些差别包括：一、节点类型的不一样，二、节点类型相同，可是属性值不一样，文本内容不一样。因此有这么几种类型：

var REPLACE = 0,    // replace 替换
    REORDER = 1,    // reorder 父节点中子节点的操做
    PROPS   = 2,    // props 属性的变化
    TEXT    = 3     // text 文本内容的变化

若是节点类型不一样，就说明是须要替换，例如将div替换成section,就记录下差别：

patches[0] = [{
    type: REPLACE,
    node: newNode // section
},{
    type: PROPS,
    props: {
        id: 'container'
    }
}]

4、将差别应用到DOM树上

在标题二中构建了真正的DOM树的信息，因此先对那一棵DOM树进行深度优先的遍历，遍历的时候同
patches对象进行对比，找到其中的差别，而后应用到DOM操做中。

function patch(node, patches) {
    var walker = {index: 0} // 记录当前节点的标志
    dfsWalk(node, walker, patches)
}

function dfsWalk(node, walker, patches) {
    var currentPatches = patches[walker.index] // 这是当前节点的差别

    var len = node.childNodes
        ? node.childNodes.length
        : 0

    for (var i = 0; i < len; i++) { // 深度遍历子节点
        var child = node.childNodes[i]
        walker.index++
        dfsWalk(child, walker, patches)
    }

    if (currentPatches) {
        applyPatches(node, currentPatches) // 对当前节点进行DOM操做
    }
}
// 将差别的部分应用到DOM中
function applyPatches(node, currentPatches) {
    currentPatches.forEach((currentPatch) => {
        switch (currentPatch.type) {
            case REPLACE:
                var newNode = (typeof currentPatch.node === 'string')
                    ? document.createTextNode(currentPatch.node)
                    : currentPatch.node.render()
                node.parentNode.replaceChild(newNode, node)
                break;
            case REORDER:
                reorderChldren(node, currentPatch.moves)
                break
            case PROPS:
                setProps(node, currentPatch.props)
                break
            case TEXT:
                if (node.textContent) {
                    node.textContent = currentPatch.content
                } else {
                    node.nodeValue = currentPatch.content
                }
                break
            default:
                throw new Error('Unknown patch type ' + currentPatch.type)
        }
    })
}

此次的粗糙的virtual-dom基本已经实现了，具体的状况更加复杂。但这已经足够让咱们理解virtual-dom。
具体的带解析的代码已经上传到github

5、 References

https://www.cnblogs.com/justa...
https://github.com/livoras/bl...
https://github.com/y8n/blog/i...
https://medium.com/@deathmood...
http://www.infoq.com/cn/artic...