React怎么实现diff算法

前言

在上一篇文章，我们已经实现了React的组件功能，从功能的角度来说已经实现了React的核心功能了。

但是我们的实现方式有很大的问题：每次更新都重新渲染整个应用或者整个组件，DOM操作十分昂贵，这样性能损耗非常大。

为了减少DOM更新，我们需要找渲染前后真正变化的部分，只更新这一部分DOM。而对比变化，找出需要更新部分的算法我们称之为diff算法。

对比策略

在前面两篇文章后，我们实现了一个render方法，它能将虚拟DOM渲染成真正的DOM，我们现在就需要改进它，让它不要再傻乎乎地重新渲染整个DOM树，而是找出真正变化的部分。

这部分很多类React框架实现方式都不太一样，有的框架会选择保存上次渲染的虚拟DOM，然后对比虚拟DOM前后的变化，得到一系列更新的数据，然后再将这些更新应用到真正的DOM上。

但也有一些框架会选择直接对比虚拟DOM和真实DOM，这样就不需要额外保存上一次渲染的虚拟DOM，并且能够一边对比一边更新，这也是我们选择的方式。

不管是DOM还是虚拟DOM，它们的结构都是一棵树，完全对比两棵树变化的算法时间复杂度是O(n^3)，但是考虑到我们很少会跨层级移动DOM，所以我们只需要对比同一层级的变化。

只需要对比同一颜色框内的节点

总而言之，我们的diff算法有两个原则：

1. 对比当前真实的DOM和虚拟DOM，在对比过程中直接更新真实DOM

2. 只对比同一层级的变化实现

我们需要实现一个diff方法，它的作用是对比真实DOM和虚拟DOM，最后返回更新后的DOM

/**
 * @param {HTMLElement} dom 真实DOM
 * @param {vnode} vnode 虚拟DOM
 * @returns {HTMLElement} 更新后的DOM
 */
function diff( dom, vnode ) {
  // ...
}

接下来就要实现这个方法。

在这之前先来回忆一下我们虚拟DOM的结构:

虚拟DOM的结构可以分为三种，分别表示文本、原生DOM节点以及组件。

// 原生DOM节点的vnode
{
  tag: 'p',
  attrs: {
    className: 'container'
  },
  children: []
}
// 文本节点的vnode
"hello,world"
// 组件的vnode
{
  tag: ComponentConstrucotr,
  attrs: {
    className: 'container'
  },
  children: []
}

对比文本节点

首先考虑最简单的文本节点，如果当前的DOM就是文本节点，则直接更新内容，否则就新建一个文本节点，并移除掉原来的DOM。

// diff text node
if ( typeof vnode === 'string' ) {
  // 如果当前的DOM就是文本节点，则直接更新内容
  if ( dom && dom.nodeType === 3 ) {  // nodeType: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Node/nodeType
    if ( dom.textContent !== vnode ) {
      dom.textContent = vnode;
    }
  // 如果DOM不是文本节点，则新建一个文本节点DOM，并移除掉原来的
  } else {
    out = document.createTextNode( vnode );
    if ( dom && dom.parentNode ) {
      dom.parentNode.replaceChild( out, dom );
    }
  }
  return out;
}

文本节点十分简单，它没有属性，也没有子元素，所以这一步结束后就可以直接返回结果了。

对比非文本DOM节点

如果vnode表示的是一个非文本的DOM节点，那就要分几种情况了：

如果真实DOM和虚拟DOM的类型不同，例如当前真实DOM是一个p，而vnode的tag的值是'button'，那么原来的p就没有利用价值了，直接新建一个button元素，并将p的所有子节点移到button下，然后用replaceChild方法将p替换成button。

if ( !dom || dom.nodeName.toLowerCase() !== vnode.tag.toLowerCase() ) {
  out = document.createElement( vnode.tag );
  if ( dom ) {
    [ ...dom.childNodes ].map( out.appendChild );  // 将原来的子节点移到新节点下
    if ( dom.parentNode ) {
      dom.parentNode.replaceChild( out, dom );  // 移除掉原来的DOM对象
    }
  }
}

如果真实DOM和虚拟DOM是同一类型的，那我们暂时不需要做别的，只需要等待后面对比属性和对比子节点。

对比属性

实际上diff算法不仅仅是找出节点类型的变化，它还要找出来节点的属性以及事件监听的变化。我们将对比属性单独拿出来作为一个方法：

function diffAttributes( dom, vnode ) {
  const old = dom.attributes;  // 当前DOM的属性
  const attrs = vnode.attrs;   // 虚拟DOM的属性
  // 如果原来的属性不在新的属性当中，则将其移除掉（属性值设为undefined）
  for ( let name in old ) {
    if ( !( name in attrs ) ) {
      setAttribute( dom, name, undefined );
    }
  }
  // 更新新的属性值
  for ( let name in attrs ) {
    if ( old[ name ] !== attrs[ name ] ) {
      setAttribute( dom, name, attrs[ name ] );
    }
  }
}

setAttribute方法的实现参见第一篇文章

对比子节点

节点本身对比完成了，接下来就是对比它的子节点。

这里会面临一个问题，前面我们实现的不同diff方法，都是明确知道哪一个真实DOM和虚拟DOM对比，但是子节点是一个数组，它们可能改变了顺序，或者数量有所变化，我们很难确定要和虚拟DOM对比的是哪一个。

为了简化逻辑，我们可以让用户提供一些线索：给节点设一个key值，重新渲染时对比key值相同的节点。

// diff方法
if ( vnode.children && vnode.children.length > 0 || ( out.childNodes && out.childNodes.length > 0 ) ) {
  diffChildren( out, vnode.children );
}

function diffChildren( dom, vchildren ) {
  const domChildren = dom.childNodes;
  const children = [];
  const keyed = {};
  // 将有key的节点和没有key的节点分开
  if ( domChildren.length > 0 ) {
    for ( let i = 0; i < domChildren.length; i++ ) {
      const child = domChildren[ i ];
      const key = child.key;
      if ( key ) {
        keyedLen++;
        keyed[ key ] = child;
      } else {
        children.push( child );
      }
    }
  }
  if ( vchildren && vchildren.length > 0 ) {
    let min = 0;
    let childrenLen = children.length;
    for ( let i = 0; i < vchildren.length; i++ ) {
      const vchild = vchildren[ i ];
      const key = vchild.key;
      let child;
      // 如果有key，找到对应key值的节点
      if ( key ) {
        if ( keyed[ key ] ) {
          child = keyed[ key ];
          keyed[ key ] = undefined;
        }
      // 如果没有key，则优先找类型相同的节点
      } else if ( min < childrenLen ) {
        for ( let j = min; j < childrenLen; j++ ) {
          let c = children[ j ];
          if ( c && isSameNodeType( c, vchild ) ) {
            child = c;
            children[ j ] = undefined;
            if ( j === childrenLen - 1 ) childrenLen--;
            if ( j === min ) min++;
            break;
          }
        }
      }
      // 对比
      child = diff( child, vchild );
      // 更新DOM
      const f = domChildren[ i ];
      if ( child && child !== dom && child !== f ) {
        if ( !f ) {
          dom.appendChild(child);
        } else if ( child === f.nextSibling ) {
          removeNode( f );
        } else {
          dom.insertBefore( child, f );
        }
      }
    }
  }
}

对比组件

如果vnode是一个组件，我们也单独拿出来作为一个方法:

function diffComponent( dom, vnode ) {
  let c = dom && dom._component;
  let oldDom = dom;
  // 如果组件类型没有变化，则重新set props
  if ( c && c.constructor === vnode.tag ) {
    setComponentProps( c, vnode.attrs );
    dom = c.base;
  // 如果组件类型变化，则移除掉原来组件，并渲染新的组件
  } else {
    if ( c ) {
      unmountComponent( c );
      oldDom = null;
    }
    c = createComponent( vnode.tag, vnode.attrs );
    setComponentProps( c, vnode.attrs );
    dom = c.base;
    if ( oldDom && dom !== oldDom ) {
      oldDom._component = null;
      removeNode( oldDom );
    }
  }
  return dom;
}

下面是相关的工具方法的实现，和上一篇文章的实现相比，只需要修改renderComponent方法其中的一行。

function renderComponent( component ) {
  
  // ...
  // base = base = _render( renderer );     // 将_render改成diff
  base = diff( component.base, renderer );
  // ...
}

完整diff实现看这个文件

渲染

现在我们实现了diff方法，我们尝试渲染上一篇文章中定义的Counter组件，来感受一下有无diff方法的不同。

class Counter extends React.Component {
  constructor( props ) {
    super( props );
    this.state = {
      num: 1
    }
  }
  onClick() {
    this.setState( { num: this.state.num + 1 } );
  }
  render() {
    return (
      <p>
        <h1>count: { this.state.num }</h1>
        <button onClick={ () => this.onClick()}>add</button>
      </p>
    );
  }
}

不使用diff

使用上一篇文章的实现，从chrome的调试工具中可以看到，闪烁的部分是每次更新的部分，每次点击按钮，都会重新渲染整个组件。

使用diff

而实现了diff方法后，每次点击按钮，都只会重新渲染变化的部分。

后话

在这篇文章中我们实现了diff算法，通过它做到了每次只更新需要更新的部分，极大地减少了DOM操作。React实现远比这个要复杂，特别是在React 16之后还引入了Fiber架构，但是主要的思想是一致的。

实现diff算法可以说性能有了很大的提升，但是在别的地方仍然后很多改进的空间：每次调用setState后会立即调用renderComponent重新渲染组件，但现实情况是，我们可能会在极短的时间内多次调用setState。

假设我们在上文的Counter组件中写出了这种代码

onClick() {
  for ( let i = 0; i < 100; i++ ) {
    this.setState( { num: this.state.num + 1 } );
  }
}

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