VirtualDOM

VirtualDOM

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React 的核心思想

给我一个数据，我根据这个数据生成一个全新的Virtual DOM，然后跟我上一次生成的Virtual DOM去 diff，得到一个Patch，
然后把这个Patch打到浏览器的DOM上去。完事,并且这里的patch显然不是完整的虚拟DOM，
而是新的虚拟DOM和上一次的虚拟DOM经过diff后的差异化的部分。

JSX和createElement

我们在实现一个React组件时可以选择两种编码方式，第一种是使用JSX编写：

class Hello extends Component {
  render() {
    return <div>Hello hzf</div>;
  }
}

第二种是直接使用React.createElement编写：

class Hello extends Component {
  render() {
    return React.createElement('div', null, `Hello hzf`);
  }
}

实际上，上面两种写法是等价的，JSX只是为 React.createElement(component, props, ...children)方法提供的语法糖。也就是说所有的JSX代码最后都会转换成React.createElement(...)，Babel帮助我们完成了这个转换的过程。

注意：babel在编译时会判断JSX中组件的首字母，当首字母为小写时，其被认定为原生DOM标签，createElement的第一个变量被编译为字符串；当首字母为大写时，其被认定为自定义组件，createElement的第一个变量被编译为对象,所以组件首字母要大写

Virtual DOM

冷静对待虚拟dom，他不是一定能够提升页面的性能，如果是首次渲染，Vitrua lDom不具有任何优势，甚至它要进行更多的计算，消耗更多的内存，是因为有diff他才会展现它的优势

Virtual DOM的存在的意义

Vitrua Dom为React带来了跨平台渲染的能力。以React Native为例子;React根据Vitrual Dom画出相应平台的ui层，只不过不同平台画的姿势不同而已
服务端渲染
函数式编程

Virtual DOM 基本步骤:

用js对象来表示DOM树的结构；然后用这个树构建一个真正的DOM树，插入到文档中。
当状态变更的时候，重新构造一个新的对象，然后用这个新的树和旧的树作对比，记录两个树的差异。
把2所记录的差异应用在步骤1所构建的真正的DOM树上，视图就更新了。

看看虚拟DOM的真实模样

type：元素的类型，可以是原生html类型（字符串），或者自定义组件（函数或class）
key：组件的唯一标识，用于Diff算法
ref：用于访问原生dom节点
props：传入组件的props
owner：当前正在构建的Component所属的Component
$$typeof：防止xss攻击，如果你的服务器有一个漏洞，允许用户存储任意JSON对象，而客户端代码需要一个字符串，这可能为你的应用程序带来风险。JSON中不能存储Symbol类型的变量，而React渲染时会把没有$$typeof标识的组件过滤掉。
self指定当前位于哪个组件实例。
_source指定调试代码来自的文件(fileName)和代码行数(lineNumber)。

简单实现 vdom

<body>
    <div id="app"></div>
</body>
<script src="./createElement.js"></script>

class React {
    /**
     * 创建虚拟dom用的
     * @param {*} type 标签的类型
     * @param {*} options props
     * @param  {...any} arg 子代
     */
    static createElement(type, options, ...arg) {
        // options肯定是一个对象，不管传还是不传
        options = options || null;
        //arg是存储上下的参数，即使没有其他的参数，arg也是一个空数组，
        let obj = {
            type,
            key: null,
            ref: null,
            props: {}
        };
        //key ref
        ["key", "ref"].forEach(item => {
            if (item in options) {
                obj[item] = options[item];
                delete options[item]
            }
        });
        //处理props
        obj.props = { ...options };
        //因为我这用的es6语法，下面的判断没什么作用，用es5的话需要加上
        let len = arg.length;
        switch (len) {
            case 1:
                obj.props.children = arg[0];
                break;
            default:
                // 拥有多个子节点
                obj.props.children = arg
        }
        return obj;
    }
}

class ReactDom {
    /**
     * 将虚拟节点转换成真实的dom节点，最后插入到container容器中
     * @param {*} objJSX 编译后的虚拟节点
     * @param {*} container 要渲染到那个容器中
     * @param {*} callback 回调函数
     */
    static render(objJSX, container, callback) {
        let newEle = ReactDom.createDomElementFromVnode(objJSX)
        container.appendChild(newEle);
        callback && callback();
    }
    static createDomElementFromVnode(objJSX){
        let { type, props } = objJSX;
        objJSX.newEle = document.createElement(type);
        //设置属性
        for (let key in props) {
            if (!props.hasOwnProperty(key)) continue;
            //className
            if (key === "className") {
                objJSX.newEle.setAttribute("class", props["className"]);
            }
            //style设置
            else if (key === "style") {
                for (let key in props['style']) {
                    if (props["style"].hasOwnProperty(key)) {
                        objJSX.newEle["style"][key] = props["style"][key]
                    }
                }
                continue;
            }
            //children
            else if (key === "children") {
                let children = props['children'];
                if (children instanceof Array) {
                    children.forEach(itemChildren => {
                        ReactDom.handChildren(itemChildren, objJSX.newEle)
                    });
                    continue;
                }
                ReactDom.handChildren(children, objJSX.newEle);
                continue;
            }
            else {
                objJSX.newEle.setAttribute(key, props[key]);
            }
        }
        return objJSX.newEle
    }
    static handChildren(children, newEle) {
        //只有一个子节点
        if (typeof children === "object") {
            //当前唯一的新对象
            ReactDom.render(children, newEle)
        } else {
            newEle.appendChild(document.createTextNode(children))
            console.log(newEle)
        }
    }
}
let styleObj = { color: 'red' };

ReactDom.render(
    React.createElement("div", {
        id: "box",
        className: "box",
        style: styleObj
      }, React.createElement("h2", {
        className: "title"
      }, "\u8FD9\u91CC\u662F\u5934\u90E8"), React.createElement("ul", {
        className: "newsItem"
      }, React.createElement("li", {
        key: "1",
        style: {
          color: "#ccc"
        }
      }, "\u54C8\u54C8\u54C8"), React.createElement("li", {
        key: "2"
      }, "\u5475\u5475\u5475")), "1221"), 
    window.app
);

然后根据不同的情况，来进行树上节点的增删改的操作。这个过程是分为diff和patch：

diff：递归对比两棵 VDom 树的、对应位置的节点差异
patch：根据不同的差异，进行节点的更新

diff

其实React的 virtual dom的性能好也离不开它本身特殊的diff算法。传统的diff算法时间复杂度达到O(n3)，而react的diff算法时间复杂度只是o(n)，react的diff能减少到o(n)依靠的是react diff的三大策略。

传统diff 对比 react diff

传统的diff算法追求的是“完全”以及“最小”，而react diff则是放弃了这两种追求：
在传统的diff算法下，对比前后两个节点，如果发现节点改变了，会继续去比较节点的子节点，一层一层去对比。就这样循环递归去进行对比，复杂度就达到了O(n3)，n是树的节点数，想象一下如果这棵树有1000个节点，我们得执行上十亿次比较，这种量级的对比次数，时间基本要用秒来做计数单位了。

React diff 三大策略

tree diff：Web UI中DOM节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。（DOM结构发生改变-----直接卸载并重新creat）
component diff：组件的DOM结构一样—–不会卸载,但是会update
element diff：所有同一层级的子节点.他们都可以通过key来区分—–同时遵循1.2两点

虚拟DOM树分层比较（`tree diff`）

上图中，div只会和同一层级的div对比，第二层级的只会和第二层级对比。这样算法复杂度就可以达到O(n)。

但是如果DOM节点出现了跨层级操作，diff会如何处理？

React是不会机智的判断出子树仅仅是发生了移动，而是会直接销毁，并重新创建这个子树，然后再挂在到目标DOM上;

实际上，React官方也并不推荐我们做出跨层级的骚操作。所以我们可以从中悟出一个道理：就是我们自己在实现组件的时候，一个稳定的DOM结构是有助于我们的性能提升的。

组件间的比较（`component diff`）

核心的策略还是看结构是否发生改变。React是基于组件构建应用的，对于组件间的比较所采用的策略也是非常简洁和高效的。

如果是同一个类型的组件，则按照原策略进行Virtual DOM比较。

如果不是同一类型的组件，则将其判断为dirty component，从而替换整个组价下的所有子节点。

如果是同一个类型的组件，有可能经过一轮Virtual DOM比较下来，并没有发生变化。如果我们能够提前确切知道这一点，那么就可以省下大量的diff运算时间。因此，React允许用户通过shouldComponentUpdate()来判断该组件是否需要进行diff算法分析。

// 对比自定义组件
function diffComponent(oldNode, newNode) {
  if (oldNode._component && (oldNode._component.constructor !== newNode.nodeName)) { // 如果新老组件不同, 则直接将新组件替换老组件
    const newDom = vdomToDom(newNode)
    oldNode._component.parentNode.insertBefore(newDom, oldNode._component)
    oldNode._component.parentNode.removeChild(oldNode._component)
  } else {
    setProps(oldNode._component, newNode.attributes) // 如果新老组件相同, 则将新组件的 props 赋到老组件上
    renderComponent(oldNode._component)              // 对获得新 props 前后的老组件做 diff 比较（renderComponent 中调用了 diff）
  }
}

元素间的比较（`element diff`）

当节点处于同一层级的时候，react diff 提供了三种节点操作：插入、删除、移动。

操作| 描述|
–|:–:|:–:|–|
插入|新节点不存在于老集合当中，即全新的节点，就会执行插入操作|
移动|新节点在老集合中存在，并且只做了位置上的更新，就会复用之前的节点，做移动操作（依赖于Key）|
删除|新节点在老集合中存在，但节点做出了更改不能直接复用，做出删除操作|

Key的作用

react利用key来识别组件，它是一种身份标识标识，就像我们的身份证用来辨识一个人一样。每个key对应一个组件，相同的key react认为是同一个组件，这样后续相同的key对应组件都不会被创建。

key的使用场景

数组动态创建的子组件
为一个有复杂繁琐逻辑的组件添加key后，后续操作可以改变该组件的key属性值，从而达到先销毁之前的组件，再重新创建该组件。

我们在循环渲染列表时候(map)时候忘记标记key值报的警告,既然是警告,就说明即使没有key的情况下也不会影响程序执行的正确性,其实这个key的存在只会影响diff算法的复杂度(不是一定会提高性能),也就是说你不加上Key就会暴力渲染，加了Key之后，React就可以做出移动的操作了，看例子：

每个节点都加上了唯一的key值，通过这个Key值发现新老集合里面其实全部都是相同的元素，只不过位置发生了改变。因此就无需进行节点的插入、删除等操作了，只需要将老集合当中节点的位置进行移动就可以了。React给出的diff结果为：B、D不做操作，A、C进行移动操作。react是如何判断谁该移动，谁该不动的呢？

react会去循环整个新的集合：

① 从新集合中取到B，然后去旧集合中判断是否存在相同的B，确认B存在后，再去判断是否要移动：
B在旧集合中的index = 1，有一个游标叫做lastindex。默认lastindex = 0，然后会把旧集合的index和游标作对比来判断是否需要移动，如果index < lastindex ，那么就做移动操作，在这里B的index = 1，不满足于 index < lastindex,所以就不做移动操作，然后游标lastindex更新，取(index, lastindex) 的较大值，这里就是lastindex = 1

② 然后遍历到A，A在老集合中的index = 0，此时的游标lastindex = 1，满足index < lastindex，所以对A需要移动到对应的位置，此时lastindex = max(index, lastindex) = 1

③ 然后遍历到D，D在老集合中的index = 3，此时游标lastindex = 1，不满足index < lastindex，所以D保持不动。lastindex = max(index, lastindex) = 3

④ 然后遍历到C，C在老集合中的index = 2，此时游标lastindex = 3，满足 index < lastindex，所以C移动到对应位置。C之后没有节点了，diff就结束了

以上主要分析新老集合中节点相同但位置不同的情景，仅对节点进行位置移动的情况，如果新集合中有新加入的节点且老集合存在需要删除的节点，那么 React diff 又是如何对比运作的呢？

和第一种情景基本是一致的，react还是去循环整个新的集合：
① 不赘述了，和上面的第一步是一样的，B不做移动，lastindex = 1

② 新集合取得E，发现旧集合中不存在，则创建E并放在新集合对应的位置，lastindex = 1

③ 遍历到C，不满足index < lastindex，C不动，lastindex = 2

④ 遍历到A，满足index < lastindex，A移动到对应位置，lastindex = 2

⑤ 当完成新集合中所有节点 diff 时，最后还需要对老集合进行循环遍历，判断是否存在新集合中没有但老集合中仍存在的节点，发现存在这样的节点 D，因此删除节点 D，到此 diff 全部完成

但是 react diff也存在一些问题，和需要优化的地方，看下面的例子：

在上面的这个例子，A、B、C、D都没有变化，仅仅是D的位置发生了改变。看上面的图我们就知道react并没有把D的位置移动到头部，而是把 A、B、C分别移动到D的后面了，通过前面的两个例子，我们也大概知道，为什么会发生这样的情况了：

因为D节点在老集合里面的index 是最大的，使得A、B、C三个节点都会 index < lastindex，从而导致A、B、C都会去做移动操作。所以在开发过程中，尽量减少类似将最后一个节点移动到列表首部的操作，当节点数量过大或更新操作过于频繁时，在一定程度上会影响 React 的渲染性能。

三句箴言

所以经过这么一分析react diff的三大策略，我们能够在开发中更加进一步的提高react的渲染效率。

在开发组件时，保持稳定的 DOM 结构会有助于性能的提升；
使用 shouldComponentUpdate()方法节省diff的开销
在开发过程中，尽量减少类似将最后一个节点移动到列表首部的操作，当节点数量过大或更新操作过于频繁时，在一定程度上会影响 React 的渲染性能。

为什么不推荐使用index作为Key

看下面这个示例

import React, { Component } from 'react';
class App extends Component {
   state = {
      list: [{ id: 1, val: 'A' }, { id: 2, val: 'B' }, { id: 3, val: 'C' }]
  }
  click = () => {
    const { list } = this.state
    this.setState({
      list:list.reverse()
    })
  }
  render() {
    return (
      <ul>
        {
          this.state.list.map((item, index) => {
            return (
              <li key={index} >
                {item.val}
                <input type="text"></input>
              </li>
            )
          })
        }
        <button onClick={this.click}>Reverse</button>
      </ul>
    )
  }
}

我们在三个输入框里面，依次输入1，2，3，点击Reverse按钮，按照我们的预期，这时候页面应该渲染成3，2，1，但是实际上，顺序依然还是1，2，3，证明数据确实是更新了的。那么为什么会发生这种事情，我们可以分析一下：

出现这种情况，使用key是用来表示唯一的标识组件，当发现setState前后key的值没有发生变化，react就会认为你setState前后是同一个组件，进而只会对内部的属性进行修改：

检测key值发现都是0，判定组件为同一个。
检测item.val部分，发现有变化重新渲染这部分
检测input，发现不依赖props，所以不进行重新渲染

diff 源码

// diff函数，对比两颗树
function diff(oldTree, newTree) {
    // 当前的节点的标志。因为在深度优先遍历的过程中，每个节点都有一个index。
    var index = 0;
    // 在遍历到每个节点的时候，都需要进行对比，找到差异，并记录在下面的对象中。
    var pathches = {};
    // 开始进行深度优先遍历
    dfsWalk(oldTree, newTree, index, pathches);
    // 最终diff算法返回的是一个两棵树的差异。
    return pathches;
}

// 对两棵树进行深度优先遍历。
function dfsWalk(oldNode, newNode, index, pathches) {
    // 对比oldNode和newNode的不同，记录下来
    pathches[index] = [...];
  if (_.isString(newNode)) {
    // 对比文本 dom 节点
    return diffTextDom(oldNode, newNode, index, pathches)   
  }
  if (oldNode.nodeName.toLowerCase() !== newNode.nodeName) {
    // 对比非文本 dom 节点
    diffNotTextDom(oldNode, newNode, index, pathches)     
  }
  if (_.isFunction(newNode.nodeName)) {
    // 对比自定义组件
    return diffComponent(oldNode, newNode, index, pathches) 
  }
  if (
     // 值对比标签的类型和key值是否一致
      oldNode.type === newNode.type &&
      oldNode.key === newNode.key
    ) {
      var propsPatches = diffProps(oldNode, newNode) // 对比属性
      if (propsPatches) {
        pathches.push({ type: patch.PROPS, props: propsPatches })
      }
     if (newVdom.children.length > 0) {
       // 遍历对比子节点
       diffChildren(oldNode.children, newNode.children, index, pathches);  
     }
  }
}

// 遍历子节点
function diffChildren(oldChildren, newChildren, index, pathches) {  
    var leftNode = null;
    var currentNodeIndex = index;
    oldChildren.forEach(function (child, i) {
    var newChild = newChildren[i];
    currentNodeIndex = (leftNode && leftNode.count)
    ? currentNodeIndex + leftNode.count + 1
    : currentNodeIndex + 1

    // 深度遍历子节点
    dfsWalk(child, newChild, currentNodeIndex, pathches);
    leftNode = child;
    });
}

详细diff跳转

patch

因为步骤一所构建的 JavaScript 对象树和render出来真正的DOM树的信息、结构是一样的。
所以我们可以对那棵DOM树也进行深度优先的遍历，遍历的时候从步骤二生成的patches对象中找出当前遍历的节点差异，然后进行 DOM 操作。

差异类型

DOM操作可能会：

替换原来的节点，如把上面的div换成了section。
移动、删除、新增子节点，例如上面div的子节点，把p和ul顺序互换。
修改了节点的属性。
对于文本节点，文本内容可能会改变。
所以，我们可以定义下面的几种类型：

var REPLACE = 0; 
var REORDER = 1;
var PROPS = 2;
var TEXT = 3;

//patches里面存储着差异的dom,是个数组
patches[0] = [
  {
   type:  TEXT,
   content: 'word'
  },
  { 
    type: PROPS,
    props: {
      id: 'container'
    }
  }
]

patch 源码

function patch (node, patches) {
  var walker = {index: 0}
  dfsWalk(node, walker, patches)
}

function dfsWalk (node, walker, patches) {
  var currentPatches = patches[walker.index] // 从patches拿出当前节点的差异

  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操作
  }
}

applyPatches，根据不同类型的差异对当前节点进行 DOM 操作：

function applyPatches (node, currentPatches) {
  currentPatches.forEach(function (currentPatch) {
    switch (currentPatch.type) {
      case REPLACE:
        node.parentNode.replaceChild(currentPatch.node.render(), node)
        break
      case REORDER:
        reorderChildren(node, currentPatch.moves)
        break
      case PROPS:
        setProps(node, currentPatch.props)
        break
      case TEXT:
        node.textContent = currentPatch.content
        break
      default:
        throw new Error('Unknown patch type ' + currentPatch.type)
    }
  })
}

详细patch跳转

总结

virtual DOM算法主要实现上面步骤的三个函数： react.createElement、diff、patch，然后就可以实际的进行使用了。

// 1. 构建虚拟DOM
let tree = React.createElement("div", {
  id: "box",
  className: "box",
  style: {
    color: "#ccc"
  }
}, 
React.createElement("h2", {
   className: "title"
 }, "hhhh222"),
"divdivdiv"
)

// 2. 通过虚拟DOM构建真正的DOM
var root = tree.render()

// 3. 生成新的虚拟DOM
var newTree = React.createElement("div", {
  id: "box",
  className: "box",
  style: {
    color: "#ccc"
  }
}, 
React.createElement("h2", {
   className: "title"
 }, "--hhhh222"),
"--divdivdiv"
)

// 4. 比较两棵虚拟DOM树的不同
var patches = diff(tree, newTree)

// 5. 在真正的DOM元素上应用变更
patch(root, patches)

当然这是非常粗糙的实践，实际中还需要处理事件监听等；生成虚拟 DOM 的时候也可以加入 JSX 语法。这些事情都做了的话，就可以构造一个简单的ReactJS了。

参考文档

https://juejin.im/post/5cb66fdaf265da0384128445

https://blog.csdn.net/qq_36407875/article/details/84965311

https://www.cnblogs.com/zhuzhenwei918/p/7271305.html

http://react-china.org/t/react-react/26788

https://github.com/MuYunyun/blog/blob/master/React/%E4%BB%8E0%E5%88%B01%E5%AE%9E%E7%8E%B0React/4.diff%E7%AE%97%E6%B3%95.md