vue核心之虚拟DOM(vdom)

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一、真实DOM和其解析流程?

    浏览器渲染引擎工作流程都差不多,大致分为5步,创建DOM树——创建StyleRules——创建Render树——布局Layout——绘制Painting

    第一步,用HTML分析器,分析HTML元素,构建一颗DOM树(标记化和树构建)。

    第二步,用CSS分析器,分析CSS文件和元素上的inline样式,生成页面的样式表。

    第三步,将DOM树和样式表,关联起来,构建一颗Render树(这一过程又称为Attachment)。每个DOM节点都有attach方法,接受样式信息,返回一个render对象(又名renderer)。这些render对象最终会被构建成一颗Render树。

    第四步,有了Render树,浏览器开始布局,为每个Render树上的节点确定一个在显示屏上出现的精确坐标。

    第五步,Render树和节点显示坐标都有了,就调用每个节点paint方法,把它们绘制出来。 

    DOM树的构建是文档加载完成开始的?构建DOM数是一个渐进过程,为达到更好用户体验,渲染引擎会尽快将内容显示在屏幕上。它不必等到整个HTML文档解析完毕之后才开始构建render数和布局。

    Render树是DOM树和CSSOM树构建完毕才开始构建的吗?这三个过程在实际进行的时候又不是完全独立,而是会有交叉。会造成一边加载,一遍解析,一遍渲染的工作现象。

    CSS的解析是从右往左逆向解析的(从DOM树的下-上解析比上-下解析效率高),嵌套标签越多,解析越慢。

webkit渲染引擎工作流程

二、JS操作真实DOM的代价!

        用我们传统的开发模式,原生JS或JQ操作DOM时,浏览器会从构建DOM树开始从头到尾执行一遍流程。在一次操作中,我需要更新10个DOM节点,浏览器收到第一个DOM请求后并不知道还有9次更新操作,因此会马上执行流程,最终执行10次。例如,第一次计算完,紧接着下一个DOM更新请求,这个节点的坐标值就变了,前一次计算为无用功。计算DOM节点坐标值等都是白白浪费的性能。即使计算机硬件一直在迭代更新,操作DOM的代价仍旧是昂贵的,频繁操作还是会出现页面卡顿,影响用户体验。

三、为什么需要虚拟DOM,它有什么好处?

        Web界面由DOM树(树的意思是数据结构)来构建,当其中一部分发生变化时,其实就是对应某个DOM节点发生了变化,

        虚拟DOM就是为了解决浏览器性能问题而被设计出来的。如前,若一次操作中有10次更新DOM的动作,虚拟DOM不会立即操作DOM,而是将这10次更新的diff内容保存到本地一个JS对象中,最终将这个JS对象一次性attch到DOM树上,再进行后续操作,避免大量无谓的计算量。所以,用JS对象模拟DOM节点的好处是,页面的更新可以先全部反映在JS对象(虚拟DOM)上,操作内存中的JS对象的速度显然要更快,等更新完成后,再将最终的JS对象映射成真实的DOM,交由浏览器去绘制。

四、实现虚拟DOM

        例如一个真实的DOM节点。

真实DOM

        我们用JS来模拟DOM节点实现虚拟DOM。

虚拟DOM

        其中的Element方法具体怎么实现的呢?

Element方法实现

        第一个参数是节点名(如div),第二个参数是节点的属性(如class),第三个参数是子节点(如ul的li)。除了这三个参数会被保存在对象上外,还保存了key和count。其相当于形成了虚拟DOM树。

虚拟DOM树

        有了JS对象后,最终还需要将其映射成真实DOM

虚拟DOM对象映射成真实DOM

        我们已经完成了创建虚拟DOM并将其映射成真实DOM,这样所有的更新都可以先反应到虚拟DOM上,如何反应?需要用到Diff算法

        两棵树如果完全比较时间复杂度是O(n^3),但参照《深入浅出React和Redux》一书中的介绍,React的Diff算法的时间复杂度是O(n)。要实现这么低的时间复杂度,意味着只能平层的比较两棵树的节点,放弃了深度遍历。这样做,似乎牺牲掉了一定的精确性来换取速度,但考虑到现实中前端页面通常也不会跨层移动DOM元素,这样做是最优的。

        深度优先遍历,记录差异

        。。。。

        Diff操作

        在实际代码中,会对新旧两棵树进行一个深度的遍历,每个节点都会有一个标记。每遍历到一个节点就把该节点和新的树进行对比,如果有差异就记录到一个对象中。

        下面我们创建一棵新树,用于和之前的树进行比较,来看看Diff算法是怎么操作的。

old Tree
new Tree

        平层Diff,只有以下4种情况:

        1、节点类型变了,例如下图中的P变成了H3。我们将这个过程称之为REPLACE。直接将旧节点卸载并装载新节点。旧节点包括下面的子节点都将被卸载,如果新节点和旧节点仅仅是类型不同,但下面的所有子节点都一样时,这样做效率不高。但为了避免O(n^3)的时间复杂度,这样是值得的。这也提醒了开发者,应该避免无谓的节点类型的变化,例如运行时将div变成p没有意义。

        2、节点类型一样,仅仅属性或属性值变了。我们将这个过程称之为PROPS。此时不会触发节点卸载和装载,而是节点更新。

查找不同属性方法

        3、文本变了,文本对也是一个Text Node,也比较简单,直接修改文字内容就行了,我们将这个过程称之为TEXT

        4、移动/增加/删除 子节点,我们将这个过程称之为REORDER。看一个例子,在A、B、C、D、E五个节点的B和C中的BC两个节点中间加入一个F节点。

例子

        我们简单粗暴的做法是遍历每一个新虚拟DOM的节点,与旧虚拟DOM对比相应节点对比,在旧DOM中是否存在,不同就卸载原来的按上新的。这样会对F后边每一个节点进行操作。卸载C,装载F,卸载D,装载C,卸载E,装载D,装载E。效率太低。

粗暴做法

        如果我们在JSX里为数组或枚举型元素增加上key后,它能够根据key,直接找到具体位置进行操作,效率比较高。常见的最小编辑距离问题,可以用Levenshtein Distance算法来实现,时间复杂度是O(M*N),但通常我们只要一些简单的移动就能满足需要,降低精确性,将时间复杂度降低到O(max(M,N))即可。

最终Diff出来的结果

映射成真实DOM

        虚拟DOM有了,Diff也有了,现在就可以将Diff应用到真实DOM上了。深度遍历DOM将Diff的内容更新进去。

根据Diff更新DOM
根据Diff更新DOM

我们会有两个虚拟DOM(js对象,new/old进行比较diff),用户交互我们操作数据变化new虚拟DOM,old虚拟DOM会映射成实际DOM(js对象生成的DOM文档)通过DOM fragment操作给浏览器渲染。当修改new虚拟DOM,会把newDOM和oldDOM通过diff算法比较,得出diff结果数据表(用4种变换情况表示)。再把diff结果表通过DOM fragment更新到浏览器DOM中。

虚拟DOM的存在的意义?vdom 的真正意义是为了实现跨平台,服务端渲染,以及提供一个性能还算不错 Dom 更新策略。vdom 让整个 mvvm 框架灵活了起来

Diff算法只是为了虚拟DOM比较替换效率更高,通过Diff算法得到diff算法结果数据表(需要进行哪些操作记录表)。原本要操作的DOM在vue这边还是要操作的,只不过用到了js的DOM fragment来操作dom(统一计算出所有变化后统一更新一次DOM)进行浏览器DOM一次性更新。其实DOM fragment我们不用平时发开也能用,但是这样程序员写业务代码就用把DOM操作放到fragment里,这就是框架的价值,程序员才能专注于写业务代码

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