vue2中的虚拟DOM与diff算法详解

vue2中的虚拟DOM（Virtual DOM）和diff算法是其性能优化的关键部分，尤其是在更新视图时。这两者的结合大大提升了DOM操作的效率，减少了不必要的DOM操作，从而提高了应用的性能。

虚拟DOM（Virtual DOM）

虚拟DOM是一个轻量级的JavaScript对象，它对真实DOM的抽象表示。在vue2中，每个组件实例都有一个与之对应的虚拟DOM树。当数据变化时，vue2会生成一个新的虚拟DOM树，并与旧的树进行比较，这个过程称为diff。
以下是虚拟DOM的基本结构：

function VNode(tag, data, children, text, elm, context, componentOptions) {
  this.tag = tag; // 标签名称，如'div'
  this.data = data; // VNode数据，如props、attrs等
  this.children = children; // 子VNodes
  this.text = text; // 文本内容
  this.elm = elm; // 对应的真实DOM元素
  this.context = context; // VNode的上下文环境
  this.componentOptions = componentOptions; // 组件的选项
  // ...其他属性
}

虚拟DOM的优势在于其轻量级和可预测性，使得vue2能够在不直接操作DOM的情况下，通过比较和计算得出最小的更新范围。

diff算法

vue2的diff算法是通过对新旧虚拟DOM树进行深度优先的递归比较来实现的。这个过程会尽可能复用已有的DOM元素，只对变化的部分进行更新。以下是diff算法的主要步骤：

步骤一：树级别比较

如果新旧VNode的根节点不同（tag不同），则直接销毁旧节点并创建新节点。
如果根节点相同，则进入下一步。

步骤二：元素级别比较

比较新旧VNode的数据（data），更新属性。
如果新旧VNode都有子节点，则递归地对子节点进行diff。

步骤三：子节点比较

对新旧子节点进行重排序，以便于复用。
递归地对每个子节点进行diff。
以下是简化版的diff算法伪代码：

function patch(oldVnode, vnode) {
  if (oldVnode === vnode) {
    return;
  }
  if (oldVnode.nodeType === 1 && vnode.tag) {
    if (oldVnode.tag !== vnode.tag) {
      replaceVNode(oldVnode, vnode);
    } else {
      patchVNode(oldVnode, vnode);
    }
  } else if (oldVnode.nodeType === 3 && vnode.text) {
    if (oldVnode.text !== vnode.text) {
      setTextContent(oldVnode, vnode.text);
    }
  } else if (vnode.tag) {
    createElm(vnode);
  }
}
function patchVNode(oldVnode, vnode) {
  const elm = vnode.elm = oldVnode.elm;
  const oldCh = oldVnode.children;
  const ch = vnode.children;
  if (oldCh && ch) {
    if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch);
  } else if (ch) {
    if (oldVnode.text) setTextContent(elm, '');
    addVNodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1);
  } else if (oldCh) {
    removeVNodes(elm, oldCh, 0, oldCh.length - 1);
  } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
    setTextContent(elm, vnode.text);
  }
}
function updateChildren(parentElm, oldCh, newCh) {
  let oldStartIdx = 0;
  let newStartIdx = 0;
  let oldEndIdx = oldCh.length - 1;
  let oldStartVnode = oldCh[0];
  let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx];
  let newEndIdx = newCh.length - 1;
  let newStartVnode = newCh[0];
  let newEndVnode = newCh[newEndIdx];
  
  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (isSameVNode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      patchVNode(oldStartVnode, newStartVnode);
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx];
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
    } else if (isSameVNode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      patchVNode(oldEndVnode, newEndVnode);
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx];
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx];
    } else {
      // 其他情况，进行更复杂的diff
      // 查找旧节点中与新开始节点相同的节点
      let idxInOld = findIdxInOld(newStartVnode, oldCh);
      if (idxInOld == null) {
        // 新节点在旧节点中不存在，创建新节点
        createElm(newStartVnode);
      } else {
        // 旧节点中存在与新开始节点相同的节点，进行patch
        let vnodeToMove = oldCh[idxInOld];
        patchVNode(vnodeToMove, newStartVnode);
        // 将已处理的节点从旧节点数组中移除
        oldCh[idxInOld] = undefined;
        // 将新节点插入到正确的位置
        parentElm.insertBefore(vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm);
      }
      // 移动新开始节点的索引
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx];
    }
  }
  // 如果新节点还有剩余，则添加这些新节点
  if (newStartIdx <= newEndIdx) {
    for (let i = newStartIdx; i <= newEndIdx; i++) {
      createElm(newCh[i]);
    }
  }
  // 如果旧节点还有剩余，则移除这些旧节点
  if (oldStartIdx <= oldEndIdx) {
    for (let i = oldStartIdx; i <= oldEndIdx; i++) {
      if (oldCh[i]) {
        removeVNodes(parentElm, oldCh[i], 0, 0);
      }
    }
  }
}
// 辅助函数：判断两个VNode是否是相同的节点
function isSameVNode(vnode1, vnode2) {
  return vnode1.tag === vnode2.tag && vnode1.key === vnode2.key;
}
// 辅助函数：在旧节点数组中查找与新节点相同的节点
function findIdxInOld(vnode, oldCh) {
  for (let i = 0; i < oldCh.length; i++) {
    if (isSameVNode(vnode, oldCh[i])) {
      return i;
    }
  }
  return null;
}
// 辅助函数：替换VNode
function replaceVNode(oldVnode, vnode) {
  const elm = vnode.elm = oldVnode.elm;
  const parent = elm.parentNode;
  createElm(vnode);
  parent.insertBefore(vnode.elm, elm);
  parent.removeChild(elm);
}
// 辅助函数：更新VNode的文本内容
function setTextContent(vnode, text) {
  vnode.elm.textContent = text;
}
// 辅助函数：添加VNodes
function addVNodes(parentElm, refElm, vnodes, startIdx, endIdx) {
  for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
    parentElm.insertBefore(createElm(vnodes[i]), refElm);
  }
}
// 辅助函数：移除VNodes
function removeVNodes(parentElm, vnodes, startIdx, endIdx) {
  for (let i = startIdx; i <= endIdx; i++) {
    parentElm.removeChild(vnodes[i].elm);
  }
}
// 辅助函数：创建元素
function createElm(vnode) {
  const tag = vnode.tag;
  const children = vnode.children;
  const elm = vnode.elm = document.createElement(tag);
  if (Array.isArray(children)) {
    for (let i = 0; i < children.length; i++) {
      createElm(children[i]);
    }
  } else if (vnode.text) {
    elm.textContent = vnode.text;
  }
  return elm;
}

在上述代码中，patch函数是diff算法的入口，它会根据新旧VNode的类型和内容进行相应的处理。patchVNode函数用于更新节点，包括属性更新和子节点更新。updateChildren函数则是diff算法中最复杂的一部分，它负责比较和更新子节点，尽可能复用已有的DOM元素。
vue2的diff算法采用了双端比较的策略，从新旧节点的两端开始比较，这样可以快速地处理大部分相同的前置和后置节点。当遇到无法直接比较的节点时，会进行更复杂的查找和比较操作。
通过这种方式，vue2能够高效地更新视图，避免了不必要的DOM操作，从而提高了应用的性能。这也是vue2能够在前端框架中脱颖而出的一个重要原因。

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