阐述 Vue 2 中的 `patch` 函数如何通过递归遍历 VNode 树来执行 DOM 更新，以及其性能瓶颈。

Vue 2 的 Patch 函数：DOM 更新的幕后英雄与性能挑战

大家好，我是老码，今天我们来聊聊 Vue 2 中一个非常核心，但也常常被忽略的英雄：patch 函数。它就像 Vue 的大脑，负责指挥 DOM 的更新，让我们的页面在数据改变时，也能像魔法一样同步变化。

我们都知道，Vue 使用虚拟 DOM (VNode) 来描述真实 DOM。当数据发生变化时，Vue 会创建一个新的 VNode 树，然后 patch 函数会比较新旧两棵树的差异，并把这些差异应用到真实的 DOM 上。

这听起来很简单，但实际实现起来却非常复杂。今天我们就来扒一扒 patch 函数的皮，看看它是如何工作的，以及它面临的性能挑战。

1. VNode：DOM 的蓝图

首先，我们要理解什么是 VNode。VNode 本质上就是一个 JavaScript 对象，它描述了一个 DOM 元素应该是什么样子，包括它的标签名、属性、子节点等等。

// 一个简单的 VNode 例子
{
  tag: 'div',
  data: {
    attrs: {
      id: 'my-div',
      class: 'container'
    }
  },
  children: [
    { tag: 'h1', text: 'Hello World' },
    { tag: 'p', text: 'This is a paragraph.' }
  ]
}

这个 VNode 描述了一个带有 id 和 class 的 div 元素，里面包含一个 h1 标题和一个 p 段落。

2. patch 函数的入口：新旧 VNode 的相遇

patch 函数的入口通常是这样的：

function patch(oldVnode, vnode) {
  // ...
}

oldVnode 是旧的 VNode，vnode 是新的 VNode。patch 函数的任务就是比较这两个 VNode，找出差异，并更新 DOM。

3. sameVnode：判断两个 VNode 是否相同

在开始比较之前，patch 函数首先会检查新旧 VNode 是否相同。这并不是指它们是否完全相等，而是指它们是否代表同一个 DOM 元素。 Vue 使用 sameVnode 函数来判断：

function sameVnode(a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&
    a.tag === b.tag &&
    a.isComment === b.isComment &&
    // ... 其他一些判断条件
  );
}

sameVnode 主要比较 key、tag 等属性。key 是一个特殊的属性，它可以帮助 Vue 更准确地识别 VNode，尤其是在列表渲染时。

如果 sameVnode 返回 true，说明这两个 VNode 代表同一个 DOM 元素，我们可以直接更新它；否则，我们需要创建新的 DOM 元素，或者销毁旧的 DOM 元素。

4. patchVnode：深入比较和更新

如果 sameVnode 返回 true，那么 patch 函数就会调用 patchVnode 函数来深入比较和更新这两个 VNode。

function patchVnode(oldVnode, vnode) {
  const el = vnode.elm = oldVnode.elm; // 复用旧的 DOM 元素

  // 处理文本节点
  if (vnode.text) {
    if (oldVnode.text !== vnode.text) {
      el.textContent = vnode.text;
    }
  } else {
    // 处理子节点

    // 更新属性
    patchData(el, oldVnode.data, vnode.data);

    const oldCh = oldVnode.children;
    const ch = vnode.children;

    if (ch && !oldCh) { // 新 VNode 有子节点，旧 VNode 没有
      createChildren(el, ch);
    } else if (!ch && oldCh) { // 旧 VNode 有子节点，新 VNode 没有
      removeChildren(el, oldCh);
    } else if (ch && oldCh) { // 新旧 VNode 都有子节点
      updateChildren(el, oldCh, ch);
    }
  }
}

patchVnode 函数首先会复用旧的 DOM 元素。然后，它会根据新旧 VNode 的类型，进行不同的处理：

• 文本节点： 如果新 VNode 是文本节点，并且文本内容发生了变化，那么就直接更新 DOM 元素的 textContent 属性。
• 子节点： 如果新旧 VNode 都有子节点，那么就调用 updateChildren 函数来比较和更新子节点。

5. updateChildren：Diff 算法的核心

updateChildren 函数是 patch 函数的核心，它实现了 Vue 的 Diff 算法。Diff 算法的目标是尽可能高效地比较新旧两组子节点，找出差异，并更新 DOM。

Vue 2 使用了一种基于双指针的 Diff 算法，它可以处理以下几种情况：

• 旧前和新前： 比较旧 VNode 列表的头部和新 VNode 列表的头部。
• 旧后和新后： 比较旧 VNode 列表的尾部和新 VNode 列表的尾部。
• 旧前和新后： 将旧 VNode 列表的头部移动到新 VNode 列表的尾部。
• 旧后和新前： 将旧 VNode 列表的尾部移动到新 VNode 列表的头部。

function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh) {
  let oldStartIdx = 0;
  let newStartIdx = 0;
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
  let newEndIdx = newCh.length - 1;
  let oldStartVnode = oldCh[oldStartIdx];
  let newStartVnode = newCh[newStartIdx];
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
  let keyToIdx, idxInOld;

  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (!oldStartVnode) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]; // Vnode might have been moved left
    } else if (!oldEndVnode) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode);
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode);
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode);
      api.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, api.nextSibling(oldEndVnode.elm));
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode);
      api.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm);
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
    } else {
      if (!keyToIdx) {
        keyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
      }
      idxInOld = keyToIdx[newStartVnode.key];
      if (!idxInOld) { // New element
        api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVnode), oldStartVnode.elm);
        newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
      } else {
        let vnodeToMove = oldCh[idxInOld];
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode);
          oldCh[idxInOld] = undefined;
          api.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm);
          newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
        } else {
          // same key but different element. treat as new element
          api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVnode), oldStartVnode.elm);
          newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
        }
      }
    }
  }

  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    createChildren(parentElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx);
  } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    removeChildren(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
  }
}

这个算法看起来很复杂，但它的核心思想是：尽可能地复用现有的 DOM 元素，避免不必要的创建和销毁操作。通过移动节点，而不是直接销毁重建的方式，可以减少DOM操作，从而提高性能。

6. 性能瓶颈：递归遍历与细粒度更新

patch 函数通过递归遍历 VNode 树来执行 DOM 更新。这种方式虽然简单直接，但也存在一些性能瓶颈：

• 递归遍历的开销： 递归遍历 VNode 树会产生大量的函数调用，这会增加 JavaScript 引擎的负担。
• 细粒度更新的开销： patch 函数会比较 VNode 树的每一个节点，即使只有很小的变化，也会触发 DOM 更新。这可能会导致大量的细粒度更新，从而降低性能。
• 缺少编译优化： Vue 2 的 patch 过程主要依赖运行时，缺少编译时的优化手段。

为了更好地理解这些性能瓶颈，我们可以用一张表格来总结：

瓶颈	描述	影响	解决方案
递归遍历的开销	递归调用函数遍历 VNode 树，对于大型组件来说，函数调用栈会很深，导致性能下降。	增加 CPU 负担，导致页面卡顿。	减少组件层级，尽量扁平化组件结构； 考虑使用迭代代替递归（虽然在 JavaScript 中迭代的性能优势并不明显，但可以减少函数调用栈的深度）
细粒度更新的开销	即使只有很小的变化，patch 函数也会比较 VNode 树的每一个节点，导致大量的 DOM 操作。	频繁的 DOM 操作会导致浏览器重排和重绘，降低页面渲染性能。	使用 key 属性来帮助 Vue 更准确地识别 VNode，避免不必要的 DOM 操作；使用 shouldComponentUpdate 或 PureComponent 来阻止不必要的组件更新；使用 v-once 指令来缓存静态内容； 使用 v-memo 指令对部分 VNode 进行记忆，避免重复 patch。
缺少编译优化	Vue 2 的 patch 过程主要依赖运行时，缺少编译时的优化手段。	无法在编译时进行静态分析和优化，导致运行时性能受到限制。	Vue 3 引入了编译时优化，例如静态提升、事件侦听器缓存等，可以显著提高性能。在 Vue 2 中，可以通过一些手动优化来缓解这个问题，例如使用 v-once 指令缓存静态内容。

7. Vue 3 的优化：告别性能瓶颈

Vue 3 对 patch 函数进行了大量的优化，解决了 Vue 2 中的一些性能瓶颈：

• 重写 Diff 算法： Vue 3 使用了一种更高效的 Diff 算法，它可以更快地找出 VNode 树的差异，并减少 DOM 操作。
• 静态提升： Vue 3 可以将静态节点提升到 VNode 树之外，避免在每次更新时都重新创建它们。
• 事件侦听器缓存： Vue 3 可以缓存事件侦听器，避免在每次更新时都重新绑定它们。
• 基于 Proxy 的响应式系统： Vue 3 使用了基于 Proxy 的响应式系统，它可以更精确地追踪数据的变化，避免不必要的组件更新。

这些优化使得 Vue 3 的 patch 函数比 Vue 2 的 patch 函数更加高效，可以提供更好的性能。

8. 总结：patch 函数的演进之路

patch 函数是 Vue 的核心，它负责指挥 DOM 的更新，让我们的页面能够响应数据的变化。Vue 2 的 patch 函数虽然功能强大，但也存在一些性能瓶颈。Vue 3 对 patch 函数进行了大量的优化，解决了这些性能瓶颈，并提供了更好的性能。

理解 patch 函数的工作原理，可以帮助我们更好地理解 Vue 的工作原理，并编写更高效的 Vue 代码。

希望今天的讲座对大家有所帮助。感谢大家的聆听！下次有机会，我们再来聊聊 Vue 3 的源码。

老码温馨提示： 源码分析是一件有趣的事情，但不要过于沉迷细节，要注重理解整体架构和设计思想。祝大家学习愉快！