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Vue 3 Diff算法中的类型/Key不匹配处理：VNode的复用与重新创建的性能权衡

Vue 3 Diff 算法：类型/Key 不匹配时的 VNode 复用与重新创建

大家好，今天我们来深入探讨 Vue 3 Diff 算法中一个关键而又复杂的环节：当新旧 VNode 的类型（type）或 Key 值不匹配时，Vue 如何决定复用还是重新创建 VNode，以及这背后的性能考量。

在 Vue 的渲染过程中，Diff 算法负责比较新旧 VNode 树，找出需要更新的部分，并尽可能高效地应用这些更新到真实 DOM 上。而类型和 Key 的匹配是 Diff 算法进行节点复用判断的重要依据。当两者之一或两者皆不匹配时，Vue 需要仔细权衡，决定是尝试复用节点以节省创建和销毁 DOM 节点的开销，还是直接抛弃旧节点并创建新的节点以保证渲染的正确性和避免潜在的副作用。

Key 的重要性：为何需要 Key？

首先，我们来回顾一下 key 的作用。在 Vue 的列表渲染中，key 是一个特殊的 attribute，用于 Vue 识别 VNode，以便在数据发生变化时正确地追踪每个节点的身份。如果没有 key，Vue 只能通过节点的位置进行比较，这在列表元素发生移动、插入或删除时会导致不必要的 DOM 操作，甚至产生错误。

示例：没有 Key 的情况

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items">{{ item.name }}</li>
  </ul>
  <button @click="addItem">Add Item</button>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, name: 'Apple' },
        { id: 2, name: 'Banana' },
      ],
    };
  },
  methods: {
    addItem() {
      this.items.unshift({ id: Date.now(), name: 'Orange' });
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，每次点击 "Add Item" 按钮，都会在列表的开头插入一个新的 <li> 元素。由于没有 key，Vue 会认为所有的 <li> 元素都发生了变化，导致所有元素都被重新渲染，即使只有第一个元素是新增的。这意味着不必要的 DOM 操作，降低了性能。

示例：使用 Key 的情况

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
  </ul>
  <button @click="addItem">Add Item</button>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, name: 'Apple' },
        { id: 2, name: 'Banana' },
      ],
    };
  },
  methods: {
    addItem() {
      this.items.unshift({ id: Date.now(), name: 'Orange' });
    },
  },
};
</script>

现在，我们为每个 <li> 元素添加了 key 属性，并将 item.id 作为 key 的值。有了 key，Vue 能够正确地识别每个元素的身份，只更新新增的 <li> 元素，而保持其他元素的 DOM 节点不变。这大大提高了性能。

类型与 Key 不匹配：Diff 算法的处理策略

当新旧 VNode 的 type 或 key 不匹配时，Diff 算法会采取不同的处理策略，具体取决于不同的情况。

1. Type 不匹配

如果新旧 VNode 的 type 不同，这意味着它们代表的是完全不同的组件或 DOM 元素。在这种情况下，Vue 总是会直接替换旧的 VNode，即销毁旧的 DOM 节点并创建新的 DOM 节点。

示例：Type 不匹配

假设我们有以下模板：

<template>
  <div>
    <component :is="currentComponent"></component>
  </div>
</template>

<script>
import ComponentA from './ComponentA.vue';
import ComponentB from './ComponentB.vue';

export default {
  data() {
    return {
      currentComponent: 'ComponentA',
    };
  },
  components: {
    ComponentA,
    ComponentB,
  },
  mounted() {
    setTimeout(() => {
      this.currentComponent = 'ComponentB';
    }, 2000);
  },
};
</script>

在这个例子中，currentComponent 的值在 2 秒后从 'ComponentA' 变为 'ComponentB'。这意味着 component 的 type 从 ComponentA 变为 ComponentB。由于 type 不同，Vue 会销毁 ComponentA 的实例和对应的 DOM 节点，并创建 ComponentB 的实例和新的 DOM 节点。

2. Key 不匹配

如果新旧 VNode 的 type 相同，但 key 不同，Vue 的处理策略会更加复杂。一般来说，Vue 会认为这两个 VNode 代表的是不同的节点，因此会替换旧的 VNode。然而，在某些情况下，Vue 可能会尝试复用旧的 VNode，以提高性能。

示例：Key 不匹配，父节点可复用

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
  </ul>
  <button @click="reverseItems">Reverse Items</button>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      items: [
        { id: 1, name: 'Apple' },
        { id: 2, name: 'Banana' },
      ],
    };
  },
  methods: {
    reverseItems() {
      this.items.reverse();
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，点击 "Reverse Items" 按钮会反转 items 数组。虽然 key 值仍然存在，但由于数组顺序发生了变化，导致每个 <li> 元素对应的 key 值也发生了变化（相对于其在旧 VNode 树中的位置）。在这种情况下，Vue 可能会尝试复用现有的 <li> 元素，而不是销毁并重新创建它们。

3. Key 存在但不同类型：

如果新旧 VNode 都有 key 属性，但是他们的类型不一致，Vue 会直接替换旧 VNode。因为即使 key 相同，类型不同也表示这是一个完全不同的节点。

示例：Key 相同类型不同

<template>
  <div>
    <div v-if="showDiv" key="unique-key">This is a div</div>
    <p v-else key="unique-key">This is a paragraph</p>
    <button @click="toggleShowDiv">Toggle</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      showDiv: true,
    };
  },
  methods: {
    toggleShowDiv() {
      this.showDiv = !this.showDiv;
    },
  },
};
</script>

在这个例子中，无论显示的是 div 还是 p 元素，它们都具有相同的 key 值 "unique-key"。但是，它们的类型分别是 div 和 p。因此，当 showDiv 的值发生变化时，Vue 会销毁旧的 DOM 节点（div 或 p），并创建新的 DOM 节点（p 或 div）。尽管 key 值相同，但由于类型不同，Vue 不会尝试复用节点。

Vue 是如何决定是否复用 VNode 的？

Vue 的 Diff 算法使用了一系列的优化策略来决定是否复用 VNode。这些策略包括：

  • SameVNode 函数：

    Vue 首先会使用 SameVNode 函数来判断两个 VNode 是否可以被认为是同一个节点。SameVNode 函数会比较 VNode 的 type、key 和其他一些属性，如果它们都相同，则认为这两个 VNode 可以被复用。

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

  • PatchKeyedChildren 函数：

    当处理具有 key 的子节点列表时，Vue 会使用 PatchKeyedChildren 函数。该函数会尝试找到旧 VNode 树和新 VNode 树中具有相同 key 的节点，并将它们进行复用。该函数还负责处理节点的移动、插入和删除。

  • 优化策略：

    Vue 还使用了一些其他的优化策略，例如：

    • 预处理： 在 Diff 算法开始之前，Vue 会对新旧 VNode 树进行预处理，例如移除静态节点，以减少 Diff 的范围。
    • 双端 Diff： Vue 使用双端 Diff 算法来比较新旧 VNode 树的子节点列表。双端 Diff 算法可以更有效地处理节点的移动和插入。

性能权衡：复用 vs. 重新创建

在决定是否复用 VNode 时，Vue 需要权衡性能。复用 VNode 可以节省创建和销毁 DOM 节点的开销，但如果复用不当，可能会导致错误或性能问题。

复用 VNode 的优点：

  • 减少 DOM 操作：复用 VNode 可以减少 DOM 操作，从而提高渲染性能。
  • 保留组件状态：复用 VNode 可以保留组件的状态，避免组件重新初始化。

复用 VNode 的缺点：

  • 潜在的副作用：如果复用的 VNode 包含状态或副作用，可能会导致错误。
  • 增加 Diff 的复杂度：为了正确地复用 VNode，Diff 算法需要进行更复杂的比较和更新操作。

重新创建 VNode 的优点：

  • 避免副作用：重新创建 VNode 可以避免潜在的副作用，保证渲染的正确性。
  • 简化 Diff 的复杂度：重新创建 VNode 可以简化 Diff 算法的比较和更新操作。

重新创建 VNode 的缺点：

  • 增加 DOM 操作：重新创建 VNode 会增加 DOM 操作，降低渲染性能。
  • 丢失组件状态：重新创建 VNode 会导致组件状态丢失，需要重新初始化。

因此，Vue 需要在复用和重新创建 VNode 之间找到一个平衡点。Vue 的 Diff 算法会根据不同的情况选择不同的策略，以实现最佳的性能。

最佳实践：如何编写高效的 Vue 代码

为了编写高效的 Vue 代码，我们需要遵循一些最佳实践：

  • 始终使用 Key： 在列表渲染中，始终为每个元素添加 key 属性。key 的值应该是唯一的，并且尽可能保持不变。
  • 避免不必要的更新： 尽量避免不必要的更新操作。可以使用 v-memo 指令来缓存静态节点，或者使用 computed 属性来避免重复计算。
  • 合理使用组件： 将页面拆分成多个组件可以提高代码的可维护性和复用性。但是，过多的组件嵌套可能会降低性能。
  • 使用性能分析工具： 使用 Vue Devtools 等性能分析工具来分析 Vue 应用的性能瓶颈，并进行优化。

总结

在 Vue 3 的 Diff 算法中，类型和 Key 的匹配是决定 VNode 是否可以复用的关键因素。当类型不匹配时，Vue 会直接替换旧的 VNode。当 Key 不匹配时，Vue 会尝试复用旧的 VNode，但会权衡性能和正确性。编写高效的 Vue 代码需要遵循一些最佳实践，例如始终使用 Key、避免不必要的更新、合理使用组件和使用性能分析工具。理解 Vue 的 Diff 算法可以帮助我们更好地优化 Vue 应用的性能。

通过深入理解 Vue 3 Diff 算法中类型/Key 不匹配时的 VNode 处理策略，我们可以更好地掌握 Vue 的渲染机制，编写出更高效、更健壮的 Vue 应用。

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