Vue VNode 复用策略：Key 匹配与 VNode 类型匹配的底层逻辑
大家好，今天我们来深入探讨 Vue.js 中 VNode (Virtual DOM Node) 的复用策略，这是 Vue 性能优化的一个关键环节。理解 VNode 复用机制，可以帮助我们更好地编写高效的 Vue 组件，避免不必要的 DOM 操作，从而提升应用的整体性能。
1. 什么是 VNode 复用？
在 Vue 中，数据驱动视图更新的核心思想是：当数据发生变化时，Vue 会重新渲染 Virtual DOM (VNode 树)，然后通过 Diff 算法对比新旧 VNode 树的差异，最终只更新实际 DOM 中发生变化的部分。
VNode 复用是指在 Diff 算法中，如果发现某个新的 VNode 节点与旧的 VNode 节点 "相似"，那么 Vue 就不会直接销毁旧节点并创建新节点，而是尝试复用旧节点，仅仅更新其属性或子节点。这样可以极大地减少 DOM 操作，提高渲染效率。
2. VNode 复用的两个关键条件：Key 匹配与 VNode 类型匹配
Vue 的 VNode 复用机制依赖于两个核心条件：
- Key 匹配： 新旧 VNode 节点的
key属性必须相同。 - VNode 类型匹配： 新旧 VNode 节点的类型必须相同。 类型包括tag和data中的属性。
只有当这两个条件都满足时，Vue 才会考虑复用旧的 VNode 节点。
3. Key 的重要性
key 属性是 Vue 用于识别 VNode 节点的唯一标识符。它可以是字符串、数字或任何可以作为对象属性键的值。
为什么需要 Key？
考虑以下场景：一个列表，其中包含三个元素：A、B、C。现在，我们在列表的开头插入了一个新的元素 D。如果没有 key，Vue 在进行 Diff 算法时，会认为 A 变成了 D，B 变成了 A，C 变成了 B，然后创建一个新的 C。这意味着 Vue 会销毁并重新创建 A、B、C 三个节点，这是一个非常低效的操作。
但是，如果我们为每个列表项都添加了 key，比如 key="A", key="B", key="C"，那么 Vue 在插入 D 后，会发现 A、B、C 的 key 仍然存在，只是需要移动它们的位置，并创建一个新的 D 节点。这样就避免了不必要的销毁和重新创建，大大提升了性能。
示例：
<template>
<ul>
<li v-for="item in items" :key="item.id">
{{ item.name }}
</li>
</ul>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
items: [
{ id: 1, name: 'A' },
{ id: 2, name: 'B' },
{ id: 3, name: 'C' }
]
};
},
mounted() {
setTimeout(() => {
this.items = [
{ id: 4, name: 'D' }, //插入D
{ id: 1, name: 'A' },
{ id: 2, name: 'B' },
{ id: 3, name: 'C' }
];
}, 2000);
}
};
</script>在这个例子中，item.id 被用作 key。当我们在 items 数组的开头插入一个新的元素时，Vue 可以正确地识别出哪些节点需要移动，哪些节点需要创建。
Key 的选择：
key必须是唯一的。在同一个父节点下，不同的 VNode 节点的key不能重复。- 尽量使用稳定的值作为
key，例如数据库中的 ID 或唯一的标识符。避免使用数组索引作为key，因为当数组发生变化时，索引可能会改变，导致 Vue 无法正确地复用节点。 - 如果列表中的数据本身没有唯一的 ID，可以考虑使用索引，但要意识到这可能会影响性能，尤其是在列表频繁更新的情况下。
4. VNode 类型匹配
VNode 类型匹配是指新旧 VNode 节点的类型必须相同。VNode 的类型由其 tag 属性决定，比如 'div', 'span', 'component' 等。 此外，data中的属性也需要匹配。
为什么需要类型匹配？
如果新旧 VNode 节点的类型不同，那么 Vue 认为它们是完全不同的节点，无法复用。比如，如果一个旧的 VNode 节点是 <div>，而一个新的 VNode 节点是 <span>，即使它们的 key 相同，Vue 也会销毁旧的 <div> 节点，并创建一个新的 <span> 节点。
示例：
<template>
<div>
<component :is="currentComponent" :key="dynamicKey"></component>
</div>
</template>
<script>
export default {
data() {
return {
currentComponent: 'ComponentA',
dynamicKey: 'componentA'
};
},
mounted() {
setTimeout(() => {
this.currentComponent = 'ComponentB';
this.dynamicKey = 'componentB';
}, 2000);
}
};
</script>在这个例子中，我们使用 <component :is="currentComponent"> 来动态渲染组件。当 currentComponent 改变时，Vue 会根据新的组件类型创建新的 VNode 节点。 改变 dynamicKey 可以强制组件重新渲染。
5. VNode 复用的底层逻辑
VNode 复用发生在 Vue 的 Diff 算法中，具体来说是在 patchVnode 函数中。patchVnode 函数用于比较新旧两个 VNode 节点，并更新 DOM。
patchVnode 函数的基本流程如下：
- 判断新旧 VNode 节点是否完全相同 (sameVnode): 如果是，则直接返回，无需更新。
- 判断新旧 VNode 节点的
key和类型是否匹配: 如果不匹配，则直接替换旧节点为新节点。 - 如果
key和类型匹配，则尝试复用旧节点:- 更新节点的属性 (props)。
- 递归地比较和更新子节点。
代码示例 (简化版):
function patchVnode(oldVnode, vnode) {
if (oldVnode === vnode) {
return;
}
if (!sameVnode(oldVnode, vnode)) {
const realDom = createElm(vnode);
oldVnode.elm.parentNode.replaceChild(realDom, oldVnode.elm); // 直接替换
return;
}
const elm = vnode.elm = oldVnode.elm; // 复用旧节点
// 更新属性
const oldProps = oldVnode.data.attrs || {};
const newProps = vnode.data.attrs || {};
patchProps(elm, newProps, oldProps);
// 更新子节点
const oldCh = oldVnode.children;
const newCh = vnode.children;
if (newCh) {
updateChildren(elm, oldCh, newCh); // Diff算法核心
} else if (oldCh) {
// 旧节点有子节点，新节点没有，则移除旧节点的子节点
elm.textContent = '';
}
}
function sameVnode(a, b) {
return (
a.key === b.key &&
a.tag === b.tag
)
}
function createElm(vnode){
// create dom
const dom = document.createElement(vnode.tag)
return dom;
}代码解释：
sameVnode函数用于判断两个 VNode 节点是否可以复用，它检查key和类型是否匹配。patchProps函数用于更新节点的属性。updateChildren函数用于比较和更新子节点，这是 Diff 算法的核心部分，它会递归地调用patchVnode函数来比较和更新子节点。createElm函数用于创建真实的 DOM 元素。
6. Diff 算法中的 VNode 复用
Diff 算法是 Vue 中用于比较新旧 VNode 树的算法，它主要包含以下几个步骤：
- 创建新 VNode 树: 当数据发生变化时，Vue 会根据新的数据创建一个新的 VNode 树。
- 从根节点开始比较: Diff 算法从新旧 VNode 树的根节点开始比较。
- 深度优先遍历: Diff 算法采用深度优先遍历的方式，递归地比较新旧 VNode 树的每个节点。
- Keyed Diff 优化: 对于包含子节点的 VNode 节点，如果子节点都具有
key属性，那么 Vue 会使用 Keyed Diff 算法来优化比较过程。Keyed Diff 算法可以更高效地识别出哪些子节点需要移动、插入或删除。
Keyed Diff 算法：
Keyed Diff 算法的核心思想是利用 key 属性来建立新旧子节点之间的映射关系。它通过以下几个步骤来比较子节点：
- 创建 Key 到 Index 的映射: Vue 会遍历旧的子节点列表，并创建一个
key到 index 的映射表 (keyToIndexMap)。 - 遍历新的子节点列表: Vue 会遍历新的子节点列表，并尝试在
keyToIndexMap中查找对应的旧节点。- 如果找到了对应的旧节点，则调用
patchVnode函数来比较和更新这两个节点。 - 如果没有找到对应的旧节点，则创建一个新的节点。
- 如果找到了对应的旧节点，则调用
- 处理剩余的旧节点: 在遍历完新的子节点列表后，Vue 会检查
keyToIndexMap中是否还有剩余的旧节点。如果有，则说明这些旧节点在新列表中已经不存在，需要删除。
示例：
假设我们有以下新旧子节点列表：
旧子节点列表:
[
{ key: 'A' },
{ key: 'B' },
{ key: 'C' },
{ key: 'D' }
]新子节点列表:
[
{ key: 'A' },
{ key: 'C' },
{ key: 'B' },
{ key: 'E' }
]使用 Keyed Diff 算法，Vue 会执行以下操作：
- 创建
keyToIndexMap:{ 'A': 0, 'B': 1, 'C': 2, 'D': 3 } - 遍历新的子节点列表:
key='A': 在keyToIndexMap中找到对应的旧节点 (index=0)，调用patchVnode更新 A 节点。key='C': 在keyToIndexMap中找到对应的旧节点 (index=2)，调用patchVnode更新 C 节点。key='B': 在keyToIndexMap中找到对应的旧节点 (index=1)，调用patchVnode更新 B 节点。key='E': 在keyToIndexMap中没有找到对应的旧节点，创建一个新的 E 节点。
- 处理剩余的旧节点:
keyToIndexMap中还剩下key='D'，说明 D 节点在新列表中已经不存在，删除 D 节点。
7. 如何利用 VNode 复用优化性能
理解了 VNode 复用机制，我们可以采取以下措施来优化 Vue 应用的性能：
- 始终为
v-for循环添加key属性: 确保key的唯一性和稳定性。 - 避免不必要的组件重新渲染: 使用
v-memo指令可以缓存 VNode 树，避免不必要的重新渲染。 - 合理使用
key来强制组件重新渲染: 在某些情况下，我们可能需要强制组件重新渲染，即使它的数据没有发生变化。这时，我们可以通过改变key属性来实现。 - 避免修改
key属性的值: 修改key属性的值会导致 Vue 认为这是一个新的节点，从而触发重新渲染。 - 尽量保持 VNode 类型的稳定: 避免动态地改变组件的类型，因为这会导致 Vue 无法复用旧的节点。
8. Vue3 对 VNode 复用的改进
Vue 3 在 VNode 复用方面进行了一些改进，主要体现在以下几个方面：
- 更高效的 Diff 算法: Vue 3 使用了更高效的 Diff 算法，可以更快地比较新旧 VNode 树，减少 DOM 操作。
- 静态节点提升: Vue 3 可以将静态节点 (即内容不会发生变化的节点) 提升到 VNode 树的外部，避免重复创建和比较。
- 编译时优化: Vue 3 在编译时会进行更多的优化，例如将一些简单的表达式直接编译成 JavaScript 代码，避免运行时计算。
9. 总结，VNode 复用是 Vue 性能优化的基础
Key 匹配和 VNode 类型匹配是 Vue VNode 复用策略的基石。通过理解其底层逻辑，并合理运用 key 属性，我们可以编写更高效的 Vue 组件，从而提升应用的整体性能。记住，稳定的 key 和一致的 VNode 类型是复用的关键，避免不必要的节点替换可以显著减少 DOM 操作，提升用户体验。
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