深入分析 Vue 3 源码中 `patch` 函数的 Diff 算法,特别是针对数组头部/尾部移动的“快速路径”(`fast path`)优化。

各位观众老爷们,大家好!我是你们的老朋友,今天咱们来聊聊 Vue 3 源码里那个神奇的 patch 函数,特别是它在 Diff 算法中,如何像闪电一样快速处理数组头部/尾部移动的“快速路径”。

准备好了吗?咱们这就开车!

开场白:Diff 算法的江湖地位

在前端的世界里,DOM 操作一直是个性能瓶颈。Vue、React 这些框架之所以能高效更新页面,很大程度上要归功于它们的 Virtual DOM 和 Diff 算法。Diff 算法就像一个聪明的侦探,它能找出新旧 Virtual DOM 树之间的差异,然后只更新真正变化的部分,避免不必要的 DOM 操作,从而提升性能。

patch 函数是 Vue 3 中执行实际 DOM 更新的核心函数,而 Diff 算法则是 patch 函数的灵魂。理解 patch 函数的 Diff 算法,尤其是那些“快速路径”优化,能帮助我们更好地理解 Vue 3 的性能优化策略,写出更高效的 Vue 代码。

patch 函数:DOM 更新的幕后英雄

简单来说,patch 函数负责比较新旧 VNode(Virtual DOM 节点),然后将差异应用到实际 DOM 上。它的主要任务包括:

  • 类型判断: 判断新旧 VNode 是否是同一种类型的节点。如果不是,直接替换整个节点。
  • 属性更新: 如果是同一种类型的节点,比较它们的属性,更新发生变化的属性。
  • 子节点更新: 递归地比较新旧 VNode 的子节点,更新子节点。

Diff 算法:新旧 VNode 的差异侦探

Diff 算法的核心在于找出新旧 VNode 树之间的最小差异。Vue 3 的 Diff 算法借鉴了 React 的一些思想,并进行了优化。它主要采用了以下策略:

  1. 同级比较: 只比较同一层级的节点,不会跨层级比较。
  2. Key 的作用: key 属性是 Diff 算法的关键。Vue 会尽可能地复用 DOM 节点,而 key 可以帮助 Vue 识别哪些节点是相同的,哪些是新增的,哪些是需要移动的。
  3. 优化策略: 针对常见的节点操作场景,Vue 3 提供了多种优化策略,例如:
    • 简单 Diff: 新旧 VNode 只有一个子节点或都没有子节点的情况。
    • 双端 Diff: 针对数组头部/尾部插入、删除、移动等操作的优化。
    • 最长递增子序列 (Longest Increasing Subsequence, LIS): 用于优化节点乱序排列的情况。

今天我们重点聊聊双端 Diff,也就是针对数组头部/尾部移动的“快速路径”。

双端 Diff:快速处理数组头部/尾部移动

想象一下,你有一个水果列表,需要根据用户的操作进行排序。如果只是简单地从头到尾比较,然后进行 DOM 操作,效率会很低。双端 Diff 算法就像一个聪明的搬运工,它能快速找到需要移动的水果,然后以最少的步骤完成排序。

算法原理:

双端 Diff 算法从新旧子节点数组的两端开始比较,逐步向中间靠拢。它会维护四个指针:

  • i: 新旧子节点数组的起始索引。
  • e1: 旧子节点数组的结束索引。
  • e2: 新子节点数组的结束索引。

算法的流程如下:

  1. 头部比较:i 开始,比较新旧子节点数组的头部节点,直到找到不同的节点为止。
  2. 尾部比较:e1e2 开始,比较新旧子节点数组的尾部节点,直到找到不同的节点为止。
  3. 头部新增: 如果 i > e1i <= e2,说明新的子节点数组头部有新增节点,需要创建这些节点并插入到 DOM 中。
  4. 头部删除: 如果 i > e2i <= e1,说明旧的子节点数组头部有需要删除的节点,需要移除这些节点。
  5. 尾部新增: 如果 i > e1i <= e2,说明新的子节点数组尾部有新增节点,需要创建这些节点并插入到 DOM 中。
  6. 尾部删除: 如果 i > e2i <= e1,说明旧的子节点数组尾部有需要删除的节点,需要移除这些节点。
  7. 乱序比较: 如果头部和尾部比较都无法找到匹配的节点,说明节点发生了乱序移动,需要使用更复杂的算法来处理 (通常是基于 key 的查找和移动)。

代码示例 (简化版):

为了更好地理解双端 Diff 算法,我们来看一个简化版的代码示例 (只关注核心逻辑,省略了一些边界情况处理和 DOM 操作):

function patchChildren(n1, n2, container, anchor) {
  const oldChildren = n1.children;
  const newChildren = n2.children;

  const oldLength = oldChildren.length;
  const newLength = newChildren.length;

  let i = 0;
  let e1 = oldLength - 1;
  let e2 = newLength - 1;

  // 1. 头部比较
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNodeType(oldChildren[i], newChildren[i])) {
    patch(oldChildren[i], newChildren[i], container, anchor); // 递归 patch
    i++;
  }

  // 2. 尾部比较
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNodeType(oldChildren[e1], newChildren[e2])) {
    patch(oldChildren[e1], newChildren[e2], container, anchor); // 递归 patch
    e1--;
    e2--;
  }

  // 3. 新增节点 (头部或尾部)
  if (i > e1) {
    if (i <= e2) {
      const nextPos = e2 + 1;
      const anchor = nextPos < newLength ? newChildren[nextPos].el : anchor; // 获取插入锚点
      while (i <= e2) {
        patch(null, newChildren[i], container, anchor); // 创建并插入新节点
        i++;
      }
    }
  }

  // 4. 删除节点 (头部或尾部)
  else if (i > e2) {
    while (i <= e1) {
      unmount(oldChildren[i]); // 移除旧节点
      i++;
    }
  }

  // 5. 乱序比较 (简化,实际 Vue 3 中更复杂)
  else {
    // 在实际 Vue 3 源码中,这里会使用基于 key 的查找和移动算法
    // 为了简化示例,我们这里只做一个简单的替换
    while (i <= e2) {
      patch(oldChildren[i], newChildren[i], container, anchor);
      i++;
    }
  }
}

function isSameVNodeType(n1, n2) {
  return n1.type === n2.type && n1.key === n2.key;
}

// 假设的 unmount 函数,用于移除节点
function unmount(vnode) {
    // 这里应该包含真正的 DOM 移除逻辑,以及卸载组件等等
    console.log('Removing node:', vnode);
}

// 假设的 patch 函数,用于更新节点
function patch(n1, n2, container, anchor) {
    if (!n1) {
        // 创建新节点 (mount)
        console.log('Creating node:', n2);
        // 这里应该包含真正的 DOM 创建和插入逻辑
    } else {
        // 更新节点
        console.log('Updating node:', n1, 'to', n2);
        // 这里应该包含真正的 DOM 更新逻辑
    }
}

代码解释:

  • patchChildren: 这是 patch 函数中处理子节点的关键部分。它接收新旧 VNode 的子节点数组,以及容器 (container) 和锚点 (anchor)。
  • isSameVNodeType: 判断两个 VNode 是否是相同的类型 (包括 typekey)。
  • 头部比较尾部比较: 这两个循环分别从新旧子节点数组的头部和尾部开始比较,如果节点相同,则递归调用 patch 函数更新节点。
  • 新增节点删除节点: 这两个 if 语句分别处理新增和删除节点的情况。
  • 乱序比较: 如果头部和尾部比较都无法找到匹配的节点,说明节点发生了乱序移动。在实际 Vue 3 源码中,这里会使用更复杂的算法来处理,例如基于 key 的查找和移动算法。 为了简化示例,我们这里只做一个简单的替换。
  • unmount: 用于移除vnode对应的dom

举个栗子:

假设我们有以下两个水果列表:

旧列表: [A, B, C, D, E]
新列表: [A, B, E, F, G]

双端 Diff 算法的执行过程如下:

  1. 头部比较: AA 相同,BB 相同,i 指针移动到 2。
  2. 尾部比较: EG 不同,e1 指针指向 De2 指针指向 F
  3. 乱序比较: 由于头部和尾部比较都无法找到匹配的节点,进入乱序比较。 (在简化版代码中,这里会简单地替换 CEDF,然后创建 G 节点。)

真实 Vue 3 源码中的双端 Diff:

真实 Vue 3 源码中的双端 Diff 比我们上面看到的简化版代码要复杂得多。它包含了更多的优化和边界情况处理。例如:

  • key 的使用: Vue 3 会使用 key 来查找节点在旧子节点数组中的位置,从而更高效地移动节点。
  • move 标志: 如果节点需要移动,Vue 3 会给节点添加一个 move 标志,然后在后续的 DOM 操作中根据这个标志来移动节点。
  • 最长递增子序列 (LIS) 优化: 对于乱序排列的节点,Vue 3 会使用 LIS 算法来找出不需要移动的节点,然后只移动其他节点,从而减少 DOM 操作。

双端 Diff 的优势:

  • 高效处理头部/尾部移动: 双端 Diff 算法能够快速处理数组头部/尾部插入、删除、移动等操作,避免不必要的 DOM 操作。
  • 减少 DOM 操作: 通过复用现有的 DOM 节点,双端 Diff 算法可以减少 DOM 操作,从而提升性能。
  • 提高渲染速度: 更少的 DOM 操作意味着更快的渲染速度,从而提升用户体验。

总结:

双端 Diff 算法是 Vue 3 中 Diff 算法的重要组成部分。它通过从新旧子节点数组的两端开始比较,快速处理数组头部/尾部移动等常见场景,从而提升了 Vue 3 的渲染性能。

给观众老爷们的小提示:

  • 在编写 Vue 组件时,尽量使用 key 属性,这可以帮助 Vue 更高效地进行 Diff。
  • 了解 Vue 3 的 Diff 算法,可以帮助我们更好地理解 Vue 3 的性能优化策略,写出更高效的 Vue 代码。
  • 源码面前,了无秘密。有兴趣的观众老爷们可以深入研究 Vue 3 的源码,相信会有更多的收获。

今天的讲座就到这里了。希望对大家有所帮助。 感谢各位的观看! 下次再见!

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