Vue Diff 算法完全解析
Vue 3 Diff 算法完全解析：原理、代码与优化细节
在 Vue 3 中，Diff 算法是虚拟 DOM 的核心，它决定了如何高效地比较新旧虚拟 DOM 树，并将变化反映到真实 DOM 上。本篇文章将详细解读 Vue 3 Diff 算法，包括原理、具体实现、优化策略及其背后的设计哲学，力求做到理论与实践的结合。
1. Diff 算法简介
1.1 什么是 Diff 算法？
Diff（区别）算法是一种在最短时间内找出两棵树结构差异的算法。其主要目标是：
- 最小化 DOM 操作：直接操作 DOM 成本高明，因此框架通过 Diff 算法找到最小的更新路径。
- 高效地更新 UI：快速对比新旧虚拟 DOM 树，并将必要的更改反映到实际 DOM 上。
1.2 为什么需要优化 Diff 算法？
前端应用中存在许多可能引发性能瓶颈的场景：
- 列表操作：如大规模的数据列表增删改。
- 静态内容：重复比较不会变化的内容浪费计算资源。
- 频繁更新：复杂交互场景下需要高频率更新页面。
为解决这些问题，Vue 3 结合算法优化与编译时优化，实现了高效的 Diff 过程。
2. Diff 算法的核心设计思想
Vue 3 的 Diff 算法设计中，包含以下几个关键思想：
- 最小化 DOM 操作：
- 避免不必要的创建或销毁操作，尽可能处理现有 DOM 节点。
- 双端比较：
- 从新旧子节点两端开始比较，快速处理相同部分。
- 最长递增子序 (LIS)：
- 利用 LIS 优化节点移动，尽量保持节点的顺序。
- 静态标记：
- 静态节点在编译阶段被标记，可以跳过后续的 Diff 比较。
3. Diff 算法的实现原理
3.1 整体流程
在 Vue 3 中，Diff 算法的核心逻辑位于 patch 函数中。它的主要任务是：
- 判断新旧节点的类型是否相同。
- 如果类型相同，则进行属性和子节点的更新。
- 如果类型不同，则直接替换节点。
代码示例
以下是一个简化版本的 patch 函数：
function patch(n1, n2, container) {
if (n1.type !== n2.type) {
// 直接替换节点
replaceNode(n1, n2, container);
} else {
// 更新节点
updateNode(n1, n2, container);
}
}
3.2 属性更新
属性更新是 Diff 算法的重要组成部分，Vue 3 通过逐一比较新旧属性集合来更新节点属性。
属性更新逻辑
- 如果新旧属性值不同，则更新到新值。
- 如果某个属性在旧节点中存在，但新节点中不存在，则移除该属性。
属性更新代码示例
function patchProps(oldProps, newProps, el) {
// 更新或新增属性
for (const key in newProps) {
const oldValue = oldProps[key];
const newValue = newProps[key];
if (oldValue !== newValue) {
el.setAttribute(key, newValue);
}
}
// 移除旧属性
for (const key in oldProps) {
if (!(key in newProps)) {
el.removeAttribute(key);
}
}
3.3 子节点比较
子节点的比较是 Diff 算法中最复杂的部分。Vue 3 采用以下优化策略：
双端比较
双端比较 是一种高效的比较方式，它通过同时从新旧子节点的两端开始对比，快速跳过相同部分。
- 头尾比较：比较新旧子节点的头部和尾部。
- 特殊情况处理：如果两端无法匹配，则使用 key 来定位节点。
双端比较代码示例
function patchChildren(c1, c2, container) {
let oldStart = 0;
let oldEnd = c1.length - 1;
let newStart = 0;
let newEnd = c2.length - 1;
while (oldStart <= oldEnd && newStart <= newEnd) {
if (c1[oldStart].key === c2[newStart].key) {
// 前端匹配
patch(c1[oldStart], c2[newStart], container);
oldStart++;
newStart++;
} else if (c1[oldEnd].key === c2[newEnd].key) {
// 后端匹配
patch(c1[oldEnd], c2[newEnd], container);
oldEnd--;
newEnd--;
} else {
// 无法直接匹配，复杂情况处理
handleUnmatched(c1, c2, oldStart, oldEnd, newStart, newEnd, container);
}
}
}
图解双端比较
假设初始节点如下：
旧节点： [A, B, C, D]
新节点： [A, C, E, D]
| 步骤 | 操作 | 新旧子节点状态 |
|---|---|---|
| 第一步 | 比较头部 A === A | [B, C, D]/ [C, E, D] |
| 第二步 | 比较尾部 D === D | [B, C]/ [C, E] |
| 第三步 | 插入节点 E，删除 B | [ C]/ [C] |
3.4 最长递增子序列 (LIS)
对于中间部分无法直接匹配的节点，Vue 3 使用最长递增子序列 (LIS) 算法优化节点的移动操作。
LIS 的作用
LIS 算法通过计算不需要移动的节点索引，尽量减少 DOM 的插入和移动次数。
LIS 实现代码示例
以下是一个简化版本的 LIS 实现：
function getLIS(arr) {
const dp = [];
const result = [];
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
const num = arr[i];
const pos = binarySearch(dp, num);
dp[pos] = num;
result[pos] = i;
}
return result;
}
function binarySearch(dp, num) {
let low = 0, high = dp.length - 1;
while (low <= high) {
const mid = Math.floor((low + high) / 2);
if (dp[mid] < num) {
low = mid + 1;
} else {
high = mid - 1;
}
}
return low;
}
图解 LIS
假设节点索引序列为 [0, 2, 4, 3]，LIS 为 [0, 2, 3]。
这意味着索引 1对应的节点需要移动。
4. 静态节点优化
Vue 3 在编译阶段标记静态节点，渲染时可以跳过这些节点的比较。
静态标记代码示例
function patch(n1, n2, container) {
if (n2.isStatic) {
// 跳过静态节点
return;
}
// 其他逻辑
}
5. 总结
Vue 3 的 Diff 算法通过双端比较、最长递增子序列优化和静态节点标记等策略，在性能和灵活性之间找到了良好的平衡。了解这些原理不仅有助于理解 Vue 的设计理念，也为开发高性能的前端应用提供了实践指导。
原文地址：https://blog.csdn.net/liuxinghuashao1/article/details/144614774
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