深入分析 Vue 3 渲染器中 `patch` 函数的源码，解释其核心的 Diff 算法如何通过比较新旧 VNode 来生成最小化的 DOM 更新。

各位朋友，大家好！ 今天咱们来聊聊 Vue 3 渲染器里那个神秘又强大的 patch 函数。它就像一位精明的裁缝，能根据新旧 VNode (虚拟节点) 的细微差别，精确地修补 DOM，实现最小化更新。这可不是随便缝两针，背后藏着一套精妙的 Diff 算法。 准备好了吗？咱们这就开始解剖 patch 函数，看看它是如何做到“针针见血”的 DOM 更新。

一、VNode：DOM 的“数字孪生”

在深入 patch 之前，先回顾一下 VNode。 简单来说，VNode 是对真实 DOM 节点的一种轻量级描述，它是一个 JavaScript 对象，包含了描述 DOM 节点所需的所有信息：

• type: 节点类型 (例如：’div’, ‘p’, ‘Component’)
• props: 节点属性 (例如：{ class: 'container', id: 'main' })
• children: 子节点 (可以是 VNode 数组或文本字符串)
• key: 用于优化 Diff 算法的唯一标识符

可以把 VNode 想象成 DOM 节点的“数字孪生”。Vue 通过操作 VNode 来间接操作 DOM，从而避免了频繁的直接 DOM 操作，提高了性能。

二、patch 函数：DOM 更新的“总指挥”

patch 函数是 Vue 渲染器的核心，它负责将新的 VNode 与旧的 VNode 进行比较（Diff），然后根据比较结果更新 DOM。 它的基本流程如下：

1. 判断新旧 VNode 是否相同： 如果 VNode 类型和 key 都相同，则认为它们是相同的节点，可以进行更新。
2. 如果 VNode 类型不同： 直接替换旧节点为新节点。
3. 如果 VNode 类型相同： 进入 Diff 算法，比较属性和子节点，进行最小化更新。

三、Diff 算法：最小化更新的“秘诀”

Diff 算法是 patch 函数的灵魂，它通过比较新旧 VNode 树，找出需要更新的部分，然后只更新这些部分，从而最大限度地减少 DOM 操作。 Vue 3 的 Diff 算法主要采用了以下策略：

1. sameVNodeType 快速比较: 首先判断新旧VNode的类型(type)和key是否相同。 如果都相同，则认为可以复用旧节点，只需要更新属性和子节点即可。 这是性能优化的关键一步。

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

2. 处理 Text 节点： 如果 VNode 是文本节点，直接更新文本内容。

if (n1.type === Text) {
  if (n1.children !== n2.children) {
    hostSetElementText(el, n2.children) // 更新文本内容
  }
  return
}

3. 处理 Element 节点： 如果 VNode 是元素节点，则：

   • 更新节点属性。
   • 比较子节点，进行递归 Diff。

4. 处理 Component 节点： 如果 VNode 是组件节点，则：

   • 更新组件实例。
   • 递归 patch 组件的根 VNode。

四、更新节点属性：精打细算地更新

更新节点属性时，patch 函数会比较新旧 VNode 的 props 对象，找出需要添加、删除或修改的属性。 大致分为以下几个步骤：

1. 处理新属性： 将新 VNode 中存在，但旧 VNode 中不存在的属性添加到 DOM 元素上。

2. 处理旧属性： 将旧 VNode 中存在，但新 VNode 中不存在的属性从 DOM 元素上移除。

3. 处理相同的属性： 比较新旧 VNode 中相同的属性，如果属性值不同，则更新 DOM 元素上的属性值。

function patchProps(el, oldProps, newProps) {
  if (oldProps === newProps) return // 如果新旧 props 完全相同，直接返回

  if (oldProps) {
    for (const key in oldProps) {
      if (!(key in newProps)) {
        hostRemoveProp(el, key, oldProps[key]) // 移除旧属性
      }
    }
  }

  for (const key in newProps) {
    if (oldProps === null || newProps[key] !== oldProps[key]) {
      hostPatchProp(el, key, oldProps ? oldProps[key] : null, newProps[key]) // 更新/添加新属性
    }
  }
}

五、Diff 子节点：四种情况的“精妙舞蹈”

子节点 Diff 是整个 Diff 算法中最复杂的部分。 Vue 3 采用了双端 Diff 算法，可以更高效地处理子节点的增删改查。 它主要考虑以下四种情况：

1. 从头部开始比较： 比较新旧子节点的头部，如果相同，则 patch 这些节点，并将指针向后移动。

2. 从尾部开始比较： 比较新旧子节点的尾部，如果相同，则 patch 这些节点，并将指针向前移动。

3. 新节点多于旧节点： 将多出来的新节点插入到正确的位置。

4. 旧节点多于新节点： 将多出来的旧节点移除。

为了更好地理解，我们用表格来展示这四种情况，以及对应的操作：

情况	新旧子节点头部相同	新旧子节点尾部相同	新节点多于旧节点	旧节点多于新节点	操作
头部比较	是	–	–	–	patch 头部节点，指针后移
尾部比较	否	是	–	–	patch 尾部节点，指针前移
创建新节点	否	否	是	–	创建新节点并插入到正确的位置
移除旧节点	否	否	否	是	移除旧节点
乱序比较	否	否	否	否	使用 key 查找，移动/创建/删除节点 (这个情况比较复杂，后面会详细讲解)

代码示例（简化版）：

function patchChildren(n1, n2, container, anchor) {
  const c1 = n1.children
  const c2 = n2.children

  if (typeof c2 === 'string') {  // 新节点是文本
    if (typeof c1 !== 'string' || c1 !== c2) {
      hostSetElementText(container, c2)
    }
  } else if (Array.isArray(c2)) { // 新节点是数组
    if (typeof c1 === 'string') {  // 旧节点是文本
      hostSetElementText(container, '') // 清空文本
      mountChildren(c2, container, anchor) // 挂载新节点
    } else if (Array.isArray(c1)) { // 新旧节点都是数组
      // Diff 算法核心逻辑，这里省略了细节，后面会展开
      patchKeyedChildren(c1, c2, container, anchor)
    } else {
      // 旧节点是单个VNode
      hostUnmount(c1)
      mountChildren(c2, container, anchor)
    }
  } else {
    // 新节点是单个VNode
  }
}

六、乱序比较：Key 的“妙用”

当新旧子节点都不是从头部或尾部开始相同，且存在节点的移动时，就需要进行乱序比较。 这时，key 就派上大用场了！

1. 创建 Key Map： 首先，遍历旧子节点数组，创建一个以 key 为键，VNode 在数组中的索引为值的 Map 对象。

2. 遍历新子节点数组： 遍历新子节点数组，对于每个新节点，尝试在 Key Map 中查找对应的旧节点。

   • 如果找到： 说明该节点是存在的，只是位置发生了变化，需要移动。 patch 新旧节点，然后移动 DOM 元素到正确的位置。

   • 如果找不到： 说明该节点是新增的，需要创建并插入到 DOM 中。

3. 处理旧节点： 遍历 Key Map，对于 Map 中剩余的旧节点，说明在新子节点数组中不存在，需要移除。

代码示例（简化版）：

function patchKeyedChildren(c1, c2, container, anchor) {
  let i = 0
  const l2 = c2.length
  let e1 = c1.length - 1
  let e2 = l2 - 1

  // 1. 从头部开始比较
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNodeType(c1[i], c2[i])) {
    patch(c1[i], c2[i], container, anchor)
    i++
  }

  // 2. 从尾部开始比较
  while (i <= e1 && i <= e2 && isSameVNodeType(c1[e1], c2[e2])) {
    patch(c1[e1], c2[e2], container, anchor)
    e1--
    e2--
  }

  // 3. 新节点多于旧节点，创建
  if (i > e1) {
    while (i <= e2) {
      hostInsert(c2[i].el, container, anchor)
      i++
    }
  }

  // 4. 旧节点多于新节点，删除
  else if (i > e2) {
    while (i <= e1) {
      hostRemove(c1[i].el)
      i++
    }
  }

  // 5. 乱序比较
  else {
    const s1 = i
    const s2 = i

    // 创建 Key Map
    const keyToNewIndexMap = new Map()
    for (let j = s2; j <= e2; j++) {
      const nextChild = c2[j]
      keyToNewIndexMap.set(nextChild.key, j)
    }

    // 遍历旧节点，查找是否需要删除
    for (let j = s1; j <= e1; j++) {
      const prevChild = c1[j]
      const newIndex = keyToNewIndexMap.get(prevChild.key)

      if (newIndex === undefined) {
        // 旧节点在新节点中不存在，删除
        hostRemove(prevChild.el)
      } else {
        // 旧节点在新节点中存在，patch 并移动
        const newChild = c2[newIndex]
        patch(prevChild, newChild, container, anchor)
        hostInsert(prevChild.el, container, anchor); // 移动节点
      }
    }

    // 遍历新节点，查找是否需要创建
    for (let j = s2; j <= e2; j++) {
      const newChild = c2[j];
      if (!newChild.el) { // 如果 el 不存在，说明是新节点
          hostInsert(newChild.el, container, anchor);
      }
    }
  }
}

七、总结：patch 函数的“匠心独运”

patch 函数通过精妙的 Diff 算法，实现了 Vue 3 中高效的 DOM 更新。 它充分利用了 VNode 的信息，通过比较新旧 VNode 的差异，只更新需要更新的部分，从而最大限度地减少了 DOM 操作，提高了性能。

总的来说，patch 函数的实现体现了以下几个关键思想：

• 虚拟 DOM： 通过 VNode 描述 DOM 结构，避免直接操作 DOM。
• Diff 算法： 通过比较新旧 VNode 树，找出需要更新的部分。
• 最小化更新： 只更新需要更新的部分，减少 DOM 操作。
• Key 的妙用： 利用 key 优化乱序节点的 Diff 过程。

理解 patch 函数的原理，可以帮助我们更好地理解 Vue 3 的渲染机制，从而编写出更高效的 Vue 应用。

八、拓展思考

• 除了双端 Diff 算法，还有其他的 Diff 算法吗？它们的优缺点是什么？
• 在哪些场景下，Key 的作用尤为重要？
• 如何通过优化 VNode 的结构，来提高 Diff 算法的效率？

希望今天的分享对大家有所帮助！ 咱们下次再见！