深入理解vue2中的VNode和diff算法

虚拟dom和diff算法是vue学习过程中的一个难点，也是面试中必须掌握的一个知识点。这两者相辅相成，是vue框架的核心。今天我们再来总结下vue2中的虚拟dom 和 diff算法。（学习视频分享：vue视频教程）

什么是 VNode

我们知道，render function 会被转化成 VNode。VNode 其实就是一棵以 JavaScript 对象作为基础的树，用对象属性来描述节点，实际上它只是一层对真实 DOM 的抽象。最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上。

比如有如下template

它换成 VNode 以后大概就是下面这个样子

{
  tag: "span",
  data: {
    /* 指令集合数组 */
    directives: [
      {
        /* v-show指令 */
        rawName: "v-show",
        expression: "isShow",
        name: "show",
        value: true,
      },
    ],
    /* 静态class */
    staticClass: "demo",
  },
  text: undefined,
  children: [
    /* 子节点是一个文本VNode节点 */
    {
      tag: undefined,
      data: undefined,
      text: "This is a span.",
      children: undefined,
    },
  ],
};

总的来说，VNode 就是一个 JavaScript 对象。这个JavaScript 对象能完整地表示出真实DOM。

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为什么vue要使用 VNode

笔者认为有两点原因

• 由于 Virtual DOM 是以 JavaScript 对象为基础而不依赖真实平台环境，所以使它具有了跨平台的能力，比如说浏览器平台、Weex、Node 等。

• 减少操作DOM，任何页面的变化，都只使用VNode进行操作对比，只需要在最后一次进行挂载更新DOM，避免了频繁操作DOM，减少了浏览器的回流和重绘从而提高页面性能。

diff算法

下面我们来看看组件更新所涉及到的diff算法。

前面我们讲依赖收集的时候有说到，渲染watcher传递给Watcher的get方法其实是updateComponent方法。

updateComponent = () => {
  vm._update(vm._render(), hydrating)
}

new Watcher(vm, updateComponent, noop, {
  before () {
    if (vm._isMounted) {
      callHook(vm, 'beforeUpdate')
    }
  }
}, true /* isRenderWatcher */)

所以组件在响应式数据发生变化的时候会再次触发该方法，接下来我们来详细分析一下updateComponent里面的_update方法。

_update

在_update方法中做了初始渲染和更新的区分，虽然都是调用__patch__方法，但是传递的参数不一样。

// src/core/instance/lifecycle.js

Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
  const vm: Component = this
  const prevEl = vm.$el
  const prevVnode = vm._vnode
  vm._vnode = vnode
  // 初次渲染没有 prevVnode，组件更新才会有
  if (!prevVnode) {
    // 初次渲染
    vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)
  } else {
    // 更新
    vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
  }
  
  // ...
}

下面我们再来看看__patch__方法

__patch__

patch方法接收四个参数，由于初始渲染的时候oldVnode为vm.$el是null，所以初始渲染是没有oldVnode。

// src/core/vdom/patch.js

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
  // 新节点不存在，只有oldVnode就直接销毁，然后返回
  if (isUndef(vnode)) {
    if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
    return
  }

  let isInitialPatch = false
  const insertedVnodeQueue = []
  // 没有老节点，直接创建，也就是初始渲染
  if (isUndef(oldVnode)) {
    isInitialPatch = true
    createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
  } else {
    const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
    // 不是真实dom，并且是相同节点走patch
    if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
      // 这里才会涉及到diff算法
      patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
    } else {
      if (isRealElement) {
        // ...
      }

      // replacing existing element
      const oldElm = oldVnode.elm
      const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)

      // 1.创建一个新节点
      createElm(
        vnode,
        insertedVnodeQueue,
        // extremely rare edge case: do not insert if old element is in a
        // leaving transition. Only happens when combining transition +
        // keep-alive + HOCs. (#4590)
        oldElm._leaveCb ? null : parentElm,
        nodeOps.nextSibling(oldElm)
      )

      // 2.更新父节点占位符
      if (isDef(vnode.parent)) {
        let ancestor = vnode.parent
        const patchable = isPatchable(vnode)
        while (ancestor) {
          for (let i = 0; i < cbs.destroy.length; ++i) {
            cbs.destroy[i](ancestor)
          }
          ancestor.elm = vnode.elm
          if (patchable) {
            for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {
              cbs.create[i](emptyNode, ancestor)
            }
            
            const insert = ancestor.data.hook.insert
            if (insert.merged) {
              // start at index 1 to avoid re-invoking component mounted hook
              for (let i = 1; i < insert.fns.length; i++) {
                insert.fns[i]()
              }
            }
          } else {
            registerRef(ancestor)
          }
          ancestor = ancestor.parent
        }
      }

      // 3.删除老节点
      if (isDef(parentElm)) {
        removeVnodes([oldVnode], 0, 0)
      } else if (isDef(oldVnode.tag)) {
        invokeDestroyHook(oldVnode)
      }
    }
  }
   
   //触发插入钩子
  invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
  return vnode.elm
}

patch方法大概流程如下：

• 没有新节点只有老节点直接删除老节点。

• 只有新节点没有老节点直接添加新节点。

• 既有新节点又有老节点则判断是不是相同节点，相同则进入pathVnode。patchVnode我们后面会重点分析。

• 既有新节点又有老节点则判断是不是相同节点，不相同则直接删除老节点添加新节点。

我们再来看看它是怎么判断是同一个节点的。

// src/core/vdom/patch.js

function sameVnode (a, b) {
  return (
    a.key === b.key &&
    a.asyncFactory === b.asyncFactory && (
      (
        a.tag === b.tag &&
        a.isComment === b.isComment &&
        isDef(a.data) === isDef(b.data) &&
        sameInputType(a, b)
      ) || (
        isTrue(a.isAsyncPlaceholder) &&
        isUndef(b.asyncFactory.error)
      )
    )
  )
}

function sameInputType (a, b) {
  if (a.tag !== 'input') return true
  let i
  const typeA = isDef(i = a.data) && isDef(i = i.attrs) && i.type
  const typeB = isDef(i = b.data) && isDef(i = i.attrs) && i.type
  return typeA === typeB || isTextInputType(typeA) && isTextInputType(typeB)
}

判断两个VNode节点是否是同一个节点，需要同时满足以下条件

• key相同

• 都有异步组件工厂函数

• tag（当前节点的标签名）相同

• isComment是否同为注释节点

• 是否data（当前节点对应的对象，包含了具体的一些数据信息，是一个VNodeData类型）

• 当标签是的时候，type必须相同

当两个VNode的tag、key、isComment都相同，并且同时定义或未定义data的时候，且如果标签为input则type必须相同。这时候这两个VNode则算sameVnode，可以直接进行patchVnode操作。

patchVnode

下面我们再来详细分析下patchVnode方法。

// src/core/vdom/patch.js

function patchVnode (
  oldVnode,
  vnode,
  insertedVnodeQueue,
  ownerArray,
  index,
  removeOnly
) {
  // 两个vnode相同则直接返回
  if (oldVnode === vnode) {
    return
  }

  if (isDef(vnode.elm) && isDef(ownerArray)) {
    // clone reused vnode
    vnode = ownerArray[index] = cloneVNode(vnode)
  }

  const elm = vnode.elm = oldVnode.elm

  if (isTrue(oldVnode.isAsyncPlaceholder)) {
    if (isDef(vnode.asyncFactory.resolved)) {
      hydrate(oldVnode.elm, vnode, insertedVnodeQueue)
    } else {
      vnode.isAsyncPlaceholder = true
    }
    return
  }

  /*
    如果新旧VNode都是静态的，同时它们的key相同（代表同一节点），
    并且新的VNode是clone或者是标记了once（标记v-once属性，只渲染一次），
    那么只需要替换componentInstance即可。
  */
  if (isTrue(vnode.isStatic) &&
    isTrue(oldVnode.isStatic) &&
    vnode.key === oldVnode.key &&
    (isTrue(vnode.isCloned) || isTrue(vnode.isOnce))
  ) {
    vnode.componentInstance = oldVnode.componentInstance
    return
  }

  let i
  const data = vnode.data
  /*调用prepatch钩子*/
  if (isDef(data) && isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.prepatch)) {
    i(oldVnode, vnode)
  }

  // 获取新老虚拟节点的子节点
  const oldCh = oldVnode.children
  const ch = vnode.children
  if (isDef(data) && isPatchable(vnode)) {
    for (i = 0; i < cbs.update.length; ++i) cbs.update[i](oldVnode, vnode)
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.update)) i(oldVnode, vnode)
  }
  
  // 新节点不是文本节点
  if (isUndef(vnode.text)) {
    /*新老节点均有children子节点，则对子节点进行diff操作，调用updateChildren*/
    if (isDef(oldCh) && isDef(ch)) {
      if (oldCh !== ch) updateChildren(elm, oldCh, ch, insertedVnodeQueue, removeOnly)
    /*如果只有新节点有子节点，先清空elm文本内容，然后为当前DOM节点加入子节点。*/
    } else if (isDef(ch)) {
      if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
        checkDuplicateKeys(ch)
      }
      if (isDef(oldVnode.text)) nodeOps.setTextContent(elm, '')
      addVnodes(elm, null, ch, 0, ch.length - 1, insertedVnodeQueue)
    /*如果只有老节点有子节点，则移除elm所有子节点*/
    } else if (isDef(oldCh)) {
      removeVnodes(oldCh, 0, oldCh.length - 1)
    /*当新老节点都无子节点的时候，因为这个逻辑中新节点text不存在，所以直接去除ele的文本*/
    } else if (isDef(oldVnode.text)) {
      nodeOps.setTextContent(elm, '')
    }
  // 新节点是文本节点，如果文本不一样就设置新的文本  
  } else if (oldVnode.text !== vnode.text) {
    nodeOps.setTextContent(elm, vnode.text)
  }
  /*调用postpatch钩子*/
  if (isDef(data)) {
    if (isDef(i = data.hook) && isDef(i = i.postpatch)) i(oldVnode, vnode)
  }
}

patchVnode方法大概流程如下：

1.新老节点相同就直接返回。

2.如果新旧VNode都是静态的，同时它们的key相同（代表同一节点），并且新的VNode是clone或者是标记了once（标记v-once属性，只渲染一次），那么只需要替换componentInstance即可。

3.新节点不是文本节点，新老节点均有children子节点，则对子节点进行diff操作，调用updateChildren，这个updateChildren是diff算法的核心，后面我们会重点说。

4.新节点不是文本节点，如果老节点没有子节点而新节点存在子节点，先清空老节点DOM的文本内容，然后为当前DOM节点加入子节点。

5.新节点不是文本节点，当新节点没有子节点而老节点有子节点的时候，则移除该DOM节点的所有子节点。

6.新节点不是文本节点，并且新老节点都无子节点的时候，只需要将老节点文本清空。

7.新节点是文本节点，并且新老节点文本不一样，则进行文本的替换。

updateChildren(diff算法核心)

updateChildren是diff算法的核心，下面我们来重点分析。

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这两张图代表旧的VNode与新VNode进行patch的过程，他们只是在同层级的VNode之间进行比较得到变化（相同颜色的方块代表互相进行比较的VNode节点），然后修改变化的视图，所以十分高效。所以Diff算法是:深度优先算法。 时间复杂度:O(n)

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {
  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]
  let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm

  const canMove = !removeOnly

  if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
    checkDuplicateKeys(newCh)
  }

  while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
    if (isUndef(oldStartVnode)) {
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left
    } else if (isUndef(oldEndVnode)) {
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
    // 老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的头部是相同的 VNode 节点，直接进行 patchVnode，同时 oldStartIdx 与 newStartIdx 向后移动一位。
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
      patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    // 两个 VNode 的结尾是相同的 VNode，同样进行 patchVnode 操作。并将 oldEndVnode 与 newEndVnode 向前移动一位。
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
      patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    // oldStartVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode 的时候，
    // 将 oldStartVnode.elm 这个节点直接移动到 oldEndVnode.elm 这个节点的后面即可。
    // 然后 oldStartIdx 向后移动一位，newEndIdx 向前移动一位。
    } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
      patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
      oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]
      newEndVnode = newCh[--newEndIdx]
    // oldEndVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，
    // 将 oldEndVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 前面。
    // oldEndIdx 向前移动一位，newStartIdx 向后移动一位。
    } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
      patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
      canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
      oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    } else {
      // createKeyToOldIdx 的作用是产生 key 与 index 索引对应的一个 map 表
      if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
        ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
        : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
      // 如果没有找到相同的节点，则通过 createElm 创建一个新节点，并将 newStartIdx 向后移动一位。
      if (isUndef(idxInOld)) { // New element
        createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
      } else {
        vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
        // 如果找到了节点，同时它符合 sameVnode，则将这两个节点进行 patchVnode，将该位置的老节点赋值 undefined
        // 同时将 newStartVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 的前面
        if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
          patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
          oldCh[idxInOld] = undefined
          canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
        } else {
          // 如果不符合 sameVnode，只能创建一个新节点插入到 parentElm 的子节点中，newStartIdx 往后移动一位。
          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
        }
      }
      newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
    }
  }
  // 当 while 循环结束以后，如果 oldStartIdx > oldEndIdx，说明老节点比对完了，但是新节点还有多的，
  // 需要将新节点插入到真实 DOM 中去，调用 addVnodes 将这些节点插入即可。
  if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
    refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
    addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
  // 如果满足 newStartIdx > newEndIdx 条件，说明新节点比对完了，老节点还有多，
  // 将这些无用的老节点通过 removeVnodes 批量删除即可。
  } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
    removeVnodes(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
  }
}

vue2的diff算法采用的是双端比较，所谓双端比较就是新列表和旧列表两个列表的头与尾互相对比，在对比的过程中指针会逐渐向内靠拢，直到某一个列表的节点全部遍历过，对比停止。

首尾对比的四种情况

我们首先来看看首尾对比的四种情况。

• 使用旧列表的头一个节点oldStartNode与新列表的头一个节点newStartNode对比

• 使用旧列表的最后一个节点oldEndNode与新列表的最后一个节点newEndNode对比

• 使用旧列表的头一个节点oldStartNode与新列表的最后一个节点newEndNode对比

• 使用旧列表的最后一个节点oldEndNode与新列表的头一个节点newStartNode对比

首先是 oldStartVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，说明老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的头部是相同的 VNode 节点，直接进行 patchVnode，同时 oldStartIdx 与 newStartIdx 向后移动一位。

其次是 oldEndVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode，也就是两个 VNode 的结尾是相同的 VNode，同样进行 patchVnode 操作并将 oldEndVnode 与 newEndVnode 向前移动一位。

接下来是两种交叉的情况。

先是 oldStartVnode 与 newEndVnode 符合 sameVnode 的时候，也就是老 VNode 节点的头部与新 VNode 节点的尾部是同一节点的时候，将 oldStartVnode.elm 这个节点直接移动到 oldEndVnode.elm 这个节点的后面即可。然后 oldStartIdx 向后移动一位，newEndIdx 向前移动一位。

同理，oldEndVnode 与 newStartVnode 符合 sameVnode 时，也就是老 VNode 节点的尾部与新 VNode 节点的头部是同一节点的时候，将 oldEndVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 前面。同样的，oldEndIdx 向前移动一位，newStartIdx 向后移动一位。

最后是当以上情况都不符合的时候，这种情况怎么处理呢？

查找对比

那就是查找对比。

首先通过createKeyToOldIdx方法生成oldVnode的key 与 index 索引对应的一个 map 表。

然后我们根据newStartVnode.key，可以快速地从 oldKeyToIdx（createKeyToOldIdx 的返回值）中获取相同 key 的节点的索引 idxInOld，然后找到相同的节点。

这里又分三种情况

• 如果没有找到相同的节点，则通过 createElm 创建一个新节点，并将 newStartIdx 向后移动一位。

• 如果找到了节点，同时它符合 sameVnode，则将这两个节点进行 patchVnode，将该位置的老节点赋值 undefined（之后如果还有新节点与该节点key相同可以检测出来提示已有重复的 key ），同时将 newStartVnode.elm 插入到 oldStartVnode.elm 的前面。同理，newStartIdx 往后移动一位。

• 如果不符合 sameVnode，只能创建一个新节点插入到 parentElm 的子节点中，newStartIdx 往后移动一位。

添加、删除节点

最后一步就很容易啦，当 while 循环结束以后，如果 oldStartIdx > oldEndIdx，说明老节点比对完了，但是新节点还有多的，需要将新节点插入到真实 DOM 中去，调用 addVnodes 将这些节点插入即可。

同理，如果满足 newStartIdx > newEndIdx 条件，说明新节点比对完了，老节点还有多，将这些无用的老节点通过 removeVnodes 批量删除即可。

总结

Diff算法是一种对比算法。对比两者是旧虚拟DOM和新虚拟DOM，对比出是哪个虚拟节点更改了，找出这个虚拟节点，并只更新这个虚拟节点所对应的真实节点，而不用更新其他数据没发生改变的节点，实现精准地更新真实DOM，进而提高效率和性能。

精准主要体现在，diff 算法首先就是找到可复用的节点，然后移动到正确的位置。当元素没有找到的话再来创建新节点。

扩展

vue中为什么需要使用key，它的作用是什么？

key 是 Vue 中 vnode 的唯一标记，通过这个 key，diff 操作可以更准确、更快速。

1. 更准确：因为带 key 就不是就地复用了，在 sameNode 函数 a.key === b.key 对比中可以避免就地复用的情况。所以会更加准确。
2. 更快速：利用 key 的唯一性生成 map 对象来获取对应节点，比遍历方式更快。

为什么不推荐使用index作为key

当我们的列表只涉及到 展示，不涉及到排序、删除、添加的时候使用index作为key是没什么问题的。因为此时的index在每个元素上是唯一的。

但是如果涉及到排序、删除、添加的时候就不能再使用index作为key了，因为每个元素key不再唯一了。不唯一的key，对diff算法没有任何帮助，写和没写是一样的。

（学习视频分享：web前端开发、编程基础视频）