同学们，大家好！今天咱们来聊聊 Vue 2 里面的一个核心概念——patch 函数。这玩意儿就像个辛勤的老农，每天都在 VNode 树上耕耘，负责把我们的理想（VNode）变成现实（DOM）。但是，这个老农也有累的时候，所以我们还要看看它有哪些瓶颈，好帮它减减负。
1. VNode：理想中的 DOM
首先，咱们得明确 VNode 是啥。简单来说，VNode (Virtual Node) 就是用 JavaScript 对象来描述 DOM 结构。它不是真正的 DOM 节点，而是一个轻量级的描述。
例如，一个简单的 div 元素，用 VNode 表示可能是这样：
{
tag: 'div',
data: {
attrs: {
id: 'my-div',
class: 'container'
}
},
children: [
{
tag: 'p',
children: ['Hello, Vue!']
}
],
text: undefined,
elm: undefined // 对应的真实 DOM 节点，一开始是 undefined
}这里 tag 指的是标签名，data 包含了属性、事件监听等信息，children 则是子 VNode 数组。 elm 最终会指向真实的dom。
2. patch 函数：从理想到现实
patch 函数的作用，就是比较新旧两棵 VNode 树，然后根据差异，更新 DOM。你可以把它想象成一个建筑工人，拿到两张设计图纸（新旧 VNode），然后根据图纸的差异，对现有的建筑物（DOM）进行改造。
patch 函数的基本流程是这样的：
- 判断是否是相同节点： 首先，
patch会比较新旧 VNode 是否是相同的节点。判断标准通常是key和tag是否相同。如果不是相同节点，那就直接替换掉旧节点。 - 更新节点： 如果是相同节点，那就需要更新节点。更新包括更新属性、事件监听、子节点等。
- 处理子节点： 这是
patch函数最复杂的部分。它会递归地比较新旧 VNode 的子节点，然后根据差异，添加、删除、移动、更新子节点。
3. patch 函数的源码简化版：
为了更好地理解 patch 函数的运作方式，我们来看一个简化版的实现：
function patch(oldVnode, vnode) {
// 如果 oldVnode 不存在，说明是初次渲染
if (!oldVnode) {
createElm(vnode); // 创建新的 DOM 元素
return vnode.elm; // 返回新的 DOM 元素
}
// 如果新旧 VNode 不是相同节点，直接替换
if (!sameVnode(oldVnode, vnode)) {
const elm = createElm(vnode);
const parent = oldVnode.elm.parentNode;
parent.insertBefore(elm, oldVnode.elm);
removeVnodes([oldVnode], 0, 1); //移除旧的vnode
return elm;
}
// 如果是相同节点，更新节点
const elm = vnode.elm = oldVnode.elm; // 复用旧的 DOM 节点
// 处理文本节点
if (vnode.text) {
if (vnode.text !== oldVnode.text) {
elm.textContent = vnode.text;
}
} else {
// 更新属性
updateAttrs(oldVnode, vnode);
// 更新子节点
updateChildren(elm, oldVnode.children, vnode.children);
}
return elm;
// 判断是否是相同节点
function sameVnode(a, b) {
return (
a.key === b.key &&
a.tag === b.tag
);
}
// 创建 DOM 元素
function createElm(vnode) {
const elm = document.createElement(vnode.tag);
if (vnode.data && vnode.data.attrs) {
for (const key in vnode.data.attrs) {
elm.setAttribute(key, vnode.data.attrs[key]);
}
}
if (vnode.children) {
for (let i = 0; i < vnode.children.length; i++) {
const childVnode = vnode.children[i];
const childElm = createElm(childVnode);
elm.appendChild(childElm);
}
}
if (vnode.text) {
elm.textContent = vnode.text;
}
vnode.elm = elm; // 存储对应的 DOM 元素
return elm;
}
// 更新属性
function updateAttrs(oldVnode, vnode) {
// 简化版，只处理新增和修改属性
const oldAttrs = oldVnode.data && oldVnode.data.attrs || {};
const newAttrs = vnode.data && vnode.data.attrs || {};
for (const key in newAttrs) {
if (oldAttrs[key] !== newAttrs[key]) {
elm.setAttribute(key, newAttrs[key]);
}
}
// 移除旧的属性（这里省略了，实际情况需要考虑）
}
// 更新子节点
function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh) {
let oldStartIdx = 0;
let newStartIdx = 0;
let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
let newEndIdx = newCh.length - 1;
let oldStartVnode = oldCh[0];
let newStartVnode = newCh[0];
let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
let keyToOldIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm;
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)) {
patch(oldStartVnode, newStartVnode);
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
patch(oldEndVnode, newEndVnode);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
} else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
patch(oldStartVnode, newEndVnode);
parentElm.insertBefore(oldStartVnode.elm, oldEndVnode.elm.nextSibling);
oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
} else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
patch(oldEndVnode, newStartVnode);
parentElm.insertBefore(oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm);
oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else {
if (!keyToOldIdx) {
keyToOldIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
}
idxInOld = keyToOldIdx[newStartVnode.key];
if (!idxInOld) { // New element
vnodeToMove = createElm(newStartVnode);
parentElm.insertBefore(vnodeToMove, oldStartVnode.elm);
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else {
vnodeToMove = oldCh[idxInOld];
if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
patch(vnodeToMove, newStartVnode);
oldCh[idxInOld] = undefined;
parentElm.insertBefore(vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm);
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
} else {
// same key but different element. treat as new element
vnodeToMove = createElm(newStartVnode);
parentElm.insertBefore(vnodeToMove, oldStartVnode.elm);
newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
}
}
}
}
if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
refElm = newCh[newEndIdx + 1] ? newCh[newEndIdx + 1].elm : null;
addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx);
} else if (newStartIdx > newEndIdx) {
removeVnodes(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx);
}
function createKeyToOldIdx(children, beginIdx, endIdx) {
let i, key;
const map = {};
for (i = beginIdx; i <= endIdx; ++i) {
key = children[i].key;
if (key) { map[key] = i; }
}
return map;
}
function addVnodes(parentElm, refElm, vnodes, startIdx, endIdx) {
for (; startIdx <= endIdx; ++startIdx) {
parentElm.insertBefore(createElm(vnodes[startIdx]), refElm);
}
}
function removeVnodes(vnodes, startIdx, endIdx) {
for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
const ch = vnodes[i];
if (ch) {
const elm = ch.elm;
const parent = elm.parentNode;
parent.removeChild(elm);
}
}
}
}
}这个简化版的 patch 函数，省略了很多细节，比如事件监听、指令处理等。但它保留了核心的逻辑：
sameVnode： 判断两个 VNode 是否是相同节点。createElm： 根据 VNode 创建 DOM 元素。updateChildren： 递归地更新子节点。这里面用到了经典的双端 Diff 算法，它尝试从头尾两端同时比较新旧子节点，减少移动 DOM 的次数。
4. 双端 Diff 算法：
updateChildren 函数里面最核心的是双端 Diff 算法。这个算法的目标是尽可能地复用已有的 DOM 节点，减少不必要的创建和删除操作。
双端 Diff 算法的基本思路是：
- 从头尾两端同时比较： 维护四个指针：
oldStartIdx、oldEndIdx、newStartIdx、newEndIdx，分别指向新旧子节点数组的头部和尾部。 - 四种命中情况：
- 新旧 start 相同：
oldStartVnode和newStartVnode是相同节点，直接 patch，然后指针向后移动。 - 新旧 end 相同：
oldEndVnode和newEndVnode是相同节点，直接 patch，然后指针向前移动。 - 旧 start 和新 end 相同：
oldStartVnode和newEndVnode是相同节点，说明oldStartVnode被移动到了尾部，patch 后移动 DOM，然后指针移动。 - 旧 end 和新 start 相同：
oldEndVnode和newStartVnode是相同节点，说明oldEndVnode被移动到了头部，patch 后移动 DOM，然后指针移动。
- 新旧 start 相同：
- 查找： 如果以上四种情况都不满足，那就需要在旧子节点数组中查找与
newStartVnode相同的节点。如果找到，说明该节点被移动了，patch 后移动 DOM。如果没有找到，说明newStartVnode是一个新节点，直接创建并插入到 DOM 中。 - 循环结束： 当
oldStartIdx > oldEndIdx时，说明旧子节点已经遍历完毕，需要将剩余的新子节点添加到 DOM 中。当newStartIdx > newEndIdx时，说明新子节点已经遍历完毕，需要将剩余的旧子节点从 DOM 中移除。
5. patch 函数的性能瓶颈：
虽然 patch 函数已经做了很多优化，但仍然存在一些性能瓶颈：
- 递归遍历：
patch函数需要递归地遍历 VNode 树，这会导致大量的函数调用。如果 VNode 树的层级很深，或者节点数量很多，递归遍历的开销会非常大。 - Diff 算法的复杂度： 双端 Diff 算法的复杂度是 O(n)，其中 n 是子节点的数量。在最坏的情况下，比如子节点完全乱序，Diff 算法的效率会很低。
- DOM 操作的开销： 频繁的 DOM 操作（创建、删除、移动节点）是性能瓶颈之一。虽然 Vue 尽量复用已有的 DOM 节点，但有些情况下，还是无法避免 DOM 操作。
- JavaScript 自身的性能限制： JavaScript 是一门动态类型的脚本语言，它的执行效率相对较低。在处理大量的数据时，JavaScript 的性能会成为瓶颈。
咱们用一张表格总结一下：
| 性能瓶颈 | 原因 | 优化方向 |
|---|---|---|
| 递归遍历 | patch 函数需要递归地遍历 VNode 树，导致大量的函数调用。 |
减少 VNode 树的层级，尽量扁平化组件结构。使用更高效的算法，比如非递归的遍历方式（虽然这会增加代码的复杂度）。 |
| Diff 算法复杂度 | 双端 Diff 算法的复杂度是 O(n)，在最坏的情况下效率很低。 | 使用 key 属性，帮助 Vue 更准确地判断节点是否相同。尽量避免列表的完全乱序，保持一定的顺序性。使用更高级的 Diff 算法，比如基于 WebAssembly 的 Diff 算法（但这会增加项目的复杂性）。 |
| DOM 操作开销 | 频繁的 DOM 操作是性能瓶颈之一。 | 尽量减少不必要的 DOM 操作。使用 key 属性，帮助 Vue 复用已有的 DOM 节点。使用 v-for 时，尽量避免在循环内部修改数据，因为这会导致 Vue 重新渲染整个列表。利用 DocumentFragment 批量更新 DOM，减少回流和重绘。 |
| JavaScript 性能 | JavaScript 是一门动态类型的脚本语言，执行效率相对较低。 | 尽量避免在 patch 函数中执行复杂的计算。使用 Web Workers 将计算任务转移到后台线程。使用 TypeScript 等静态类型语言，提高代码的执行效率。针对性能敏感的部分，可以考虑使用 WebAssembly。使用更高效的数据结构和算法。 |
6. 如何优化 patch 函数的性能：
既然知道了瓶颈，那我们就可以对症下药：
- 合理使用
key：key属性是 Vue 优化 Diff 算法的关键。它能够帮助 Vue 更准确地判断节点是否相同，从而减少不必要的 DOM 操作。在v-for循环中，一定要为每个元素添加key属性，并且key的值应该是唯一的、稳定的。 - 避免不必要的更新： 使用
v-if和v-show控制元素的显示和隐藏，避免不必要的渲染。 使用computed属性缓存计算结果，避免重复计算。使用Object.freeze()冻结不需要响应式更新的数据。 - 组件拆分： 将大型组件拆分成小型组件，可以减少每次更新的范围。
- 异步更新： Vue 采用异步更新策略，将多次数据更新合并成一次 DOM 更新。你可以使用
Vue.nextTick()方法，在 DOM 更新完成后执行回调函数。 - 服务端渲染（SSR）： 将 Vue 应用渲染成 HTML 字符串，然后在服务端返回给客户端。SSR 可以提高首屏渲染速度，改善用户体验。
- 使用 WebAssembly： 对于性能敏感的部分，可以考虑使用 WebAssembly。WebAssembly 是一种二进制指令格式，它的执行效率非常高。
7. Vue 3 的 patch 函数：
在 Vue 3 中，patch 函数进行了大量的优化。其中最主要的优化是使用了静态标记（Static Flags）。
静态标记是一种编译时优化技术。Vue 3 在编译模板时，会分析 VNode 的结构，然后为每个 VNode 添加一个静态标记。静态标记可以告诉 Vue 哪些 VNode 是静态的，哪些 VNode 是动态的。对于静态 VNode，Vue 3 可以直接跳过 Diff 过程，从而提高性能。
此外，Vue 3 还使用了更高效的 Diff 算法，并且对 DOM 操作进行了优化。
总结：
patch 函数是 Vue 2 中一个非常重要的概念。它负责将 VNode 树转换成真实的 DOM 结构。虽然 patch 函数已经做了很多优化，但仍然存在一些性能瓶颈。我们可以通过合理使用 key 属性、避免不必要的更新、组件拆分、异步更新等方式，来优化 patch 函数的性能。在 Vue 3 中，patch 函数进行了大量的优化，使用了静态标记等技术，从而大大提高了性能。
好了，今天的讲座就到这里。希望大家对 Vue 2 的 patch 函数有了更深入的理解。下次再见！