虚拟DOM详解（如何实现）

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一、什么是虚拟DOM

虚拟 DOM （Virtual DOM ）这个概念相信大家都不陌生，从 React 到 Vue ，虚拟 DOM 为这两个框架都带来了跨平台的能力（React-Native 和 Weex）

实际上它只是一层对真实DOM的抽象，以JavaScript 对象 (VNode 节点) 作为基础的树，用对象的属性来描述节点，最终可以通过一系列操作使这棵树映射到真实环境上

在Javascript对象中，虚拟DOM 表现为一个 Object 对象。并且最少包含标签名 (tag)、属性 (attrs) 和子元素对象 (children) 三个属性，不同框架对这三个属性的名命可能会有差别

创建虚拟DOM就是为了更好将虚拟的节点渲染到页面视图中，所以虚拟DOM对象的节点与真实DOM的属性一一照应

在vue中同样使用到了虚拟DOM技术

定义真实DOM

<div id="app"> <p class="p">节点内容</p> <h3>{ 
     { 
      foo }}</h3> </div> 

实例化vue

const app = new Vue({ 
      el:"#app", data:{ 
      foo:"foo" } }) 

观察render的render，我们能得到虚拟DOM

(function anonymous( ) { 
      with(this){ 
     return _c('div',{ 
     attrs:{ 
     "id":"app"}},[_c('p',{ 
     staticClass:"p"}, [_v("节点内容")]),_v(" "),_c('h3',[_v(_s(foo))])])}}) 

通过VNode，vue可以对这颗抽象树进行创建节点,删除节点以及修改节点的操作， 经过diff算法得出一些需要修改的最小单位,再更新视图，减少了dom操作，提高了性能

二、为什么需要虚拟DOM

DOM是很慢的，其元素非常庞大，页面的性能问题，大部分都是由DOM操作引起的

真实的DOM节点，哪怕一个最简单的div也包含着很多属性，可以打印出来直观感受一下：

由此可见，操作DOM的代价仍旧是昂贵的，频繁操作还是会出现页面卡顿，影响用户的体验

举个例子：

你用传统的原生api或jQuery去操作DOM时，浏览器会从构建DOM树开始从头到尾执行一遍流程

当你在一次操作时，需要更新10个DOM节点，浏览器没这么智能，收到第一个更新DOM请求后，并不知道后续还有9次更新操作，因此会马上执行流程，最终执行10次流程

而通过VNode，同样更新10个DOM节点，虚拟DOM不会立即操作DOM，而是将这10次更新的diff内容保存到本地的一个js对象中，最终将这个js对象一次性attach到DOM树上，避免大量的无谓计算

很多人认为虚拟 DOM 最大的优势是 diff 算法，减少 JavaScript 操作真实 DOM 的带来的性能消耗。虽然这一个虚拟 DOM 带来的一个优势，但并不是全部。虚拟 DOM 最大的优势在于抽象了原本的渲染过程，实现了跨平台的能力，而不仅仅局限于浏览器的 DOM，可以是安卓和 IOS 的原生组件，可以是近期很火热的小程序，也可以是各种GUI

三、如何实现虚拟DOM

首先可以看看vue中VNode的结构

源码位置：src/core/vdom/vnode.js

export default class VNode { 
        tag: string | void; data: VNodeData | void; children: ?Array<VNode>; text: string | void; elm: Node | void; ns: string | void; context: Component | void; // rendered in this component's scope functionalContext: Component | void; // only for functional component root nodes key: string | number | void; componentOptions: VNodeComponentOptions | void; componentInstance: Component | void; // component instance parent: VNode | void; // component placeholder node raw: boolean; // contains raw HTML? (server only) isStatic: boolean; // hoisted static node isRootInsert: boolean; // necessary for enter transition check isComment: boolean; // empty comment placeholder? isCloned: boolean; // is a cloned node? isOnce: boolean; // is a v-once node? constructor ( tag?: string, data?: VNodeData, children?: ?Array<VNode>, text?: string, elm?: Node, context?: Component, componentOptions?: VNodeComponentOptions ) { 
        /*当前节点的标签名*/ this.tag = tag /*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，可以参考VNodeData类型中的数据信息*/ this.data = data /*当前节点的子节点，是一个数组*/ this.children = children /*当前节点的文本*/ this.text = text /*当前虚拟节点对应的真实dom节点*/ this.elm = elm /*当前节点的名字空间*/ this.ns = undefined /*编译作用域*/ this.context = context /*函数化组件作用域*/ this.functionalContext = undefined /*节点的key属性，被当作节点的标志，用以优化*/ this.key = data && data.key /*组件的option选项*/ this.componentOptions = componentOptions /*当前节点对应的组件的实例*/ this.componentInstance = undefined /*当前节点的父节点*/ this.parent = undefined /*简而言之就是是否为原生HTML或只是普通文本，innerHTML的时候为true，textContent的时候为false*/ this.raw = false /*静态节点标志*/ this.isStatic = false /*是否作为跟节点插入*/ this.isRootInsert = true /*是否为注释节点*/ this.isComment = false /*是否为克隆节点*/ this.isCloned = false /*是否有v-once指令*/ this.isOnce = false } // DEPRECATED: alias for componentInstance for backwards compat. /* istanbul ignore next https://github.com/answershuto/learnVue*/ get child (): Component | void { 
        return this.componentInstance } } 

这里对VNode进行稍微的说明：

• 所有对象的 context 选项都指向了 Vue 实例
• elm 属性则指向了其相对应的真实 DOM 节点

vue是通过createElement生成VNode

源码位置：src/core/vdom/create-element.js

export function createElement ( context: Component, tag: any, data: any, children: any, normalizationType: any, alwaysNormalize: boolean ): VNode | Array<VNode> { 
        if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) { 
        normalizationType = children children = data data = undefined } if (isTrue(alwaysNormalize)) { 
        normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE } return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType) } 

上面可以看到 createElement 方法实际上是对 _createElement 方法的封装，对参数的传入进行了判断

export function _createElement( context: Component, tag?: string | Class<Component> | Function | Object, data?: VNodeData, children?: any, normalizationType?: number ): VNode | Array<VNode> { 
        if (isDef(data) && isDef((data: any).__ob__)) { 
        process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn( `Avoid using observed data object as vnode data: ${ 
         JSON.stringify(data)}\n` + 'Always create fresh vnode data objects in each render!', context` ) return createEmptyVNode() } // object syntax in v-bind if (isDef(data) && isDef(data.is)) { 
        tag = data.is } if (!tag) { 
        // in case of component :is set to falsy value return createEmptyVNode() } ... // support single function children as default scoped slot if (Array.isArray(children) && typeof children[0] === 'function' ) { 
        data = data || { 
       } data.scopedSlots = { 
        default: children[0] } children.length = 0 } if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) { 
        children = normalizeChildren(children) } else if ( === SIMPLE_NORMALIZE) { 
        children = simpleNormalizeChildren(children) } // 创建VNode ... } 

可以看到_createElement接收5个参数：

• context 表示 VNode 的上下文环境，是 Component 类型
• tag 表示标签，它可以是一个字符串，也可以是一个 Component
• data 表示 VNode 的数据，它是一个 VNodeData 类型
• children 表示当前 VNode 的子节点，它是任意类型的
• normalizationType 表示子节点规范的类型，类型不同规范的方法也就不一样，主要是参考 render 函数是编译生成的还是用户手写的

根据 normalizationType 的类型，children 会有不同的定义

if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) { 
        children = normalizeChildren(children) } else if ( === SIMPLE_NORMALIZE) { 
        children = simpleNormalizeChildren(children) } 

simpleNormalizeChildren方法调用场景是 render 函数是编译生成的

normalizeChildren方法调用场景分为下面两种：

• render 函数是用户手写的
• 编译 slot、v-for 的时候会产生嵌套数组

无论是simpleNormalizeChildren还是normalizeChildren都是对children进行规范（使children 变成了一个类型为 VNode 的 Array），这里就不展开说了

规范化children的源码位置在：src/core/vdom/helpers/normalzie-children.js

在规范化children后，就去创建VNode

let vnode, ns // 对tag进行判断 if (typeof tag === 'string') { 
        let Ctor ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag) if (config.isReservedTag(tag)) { 
        // 如果是内置的节点，则直接创建一个普通VNode vnode = new VNode( config.parsePlatformTagName(tag), data, children, undefined, undefined, context ) } else if (isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) { 
        // component // 如果是component类型，则会通过createComponent创建VNode节点 vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag) } else { 
        vnode = new VNode( tag, data, children, undefined, undefined, context ) } } else { 
        // direct component options / constructor vnode = createComponent(tag, data, context, children) } 

createComponent同样是创建VNode

源码位置：src/core/vdom/create-component.js

export function createComponent ( Ctor: Class<Component> | Function | Object | void, data: ?VNodeData, context: Component, children: ?Array<VNode>, tag?: string ): VNode | Array<VNode> | void { 
        if (isUndef(Ctor)) { 
        return } // 构建子类构造函数  const baseCtor = context.$options._base // plain options object: turn it into a constructor if (isObject(Ctor)) { 
        Ctor = baseCtor.extend(Ctor) } // if at this stage it's not a constructor or an async component factory, // reject. if (typeof Ctor !== 'function') { 
        if (process.env.NODE_ENV !== 'production') { 
        warn(`Invalid Component definition: ${ 
         String(Ctor)}`, context) } return } // async component let asyncFactory if (isUndef(Ctor.cid)) { 
        asyncFactory = Ctor Ctor = resolveAsyncComponent(asyncFactory, baseCtor, context) if (Ctor === undefined) { 
        return createAsyncPlaceholder( asyncFactory, data, context, children, tag ) } } data = data || { 
       } // resolve constructor options in case global mixins are applied after // component constructor creation resolveConstructorOptions(Ctor) // transform component v-model data into props & events if (isDef(data.model)) { 
        transformModel(Ctor.options, data) } // extract props const propsData = extractPropsFromVNodeData(data, Ctor, tag) // functional component if (isTrue(Ctor.options.functional)) { 
        return createFunctionalComponent(Ctor, propsData, data, context, children) } // extract listeners, since these needs to be treated as // child component listeners instead of DOM listeners const listeners = data.on // replace with listeners with .native modifier // so it gets processed during parent component patch. data.on = data.nativeOn if (isTrue(Ctor.options.abstract)) { 
        const slot = data.slot data = { 
       } if (slot) { 
        data.slot = slot } } // 安装组件钩子函数，把钩子函数合并到data.hook中 installComponentHooks(data) //实例化一个VNode返回。组件的VNode是没有children的 const name = Ctor.options.name || tag const vnode = new VNode( `vue-component-${ 
         Ctor.cid}${ 
         name ? `-${ 
           name}` : ''}`, data, undefined, undefined, undefined, context, { 
        Ctor, propsData, listeners, tag, children }, asyncFactory ) if (__WEEX__ && isRecyclableComponent(vnode)) { 
        return renderRecyclableComponentTemplate(vnode) } return vnode } 

稍微提下createComponent生成VNode的三个关键流程：

• 构造子类构造函数Ctor
• installComponentHooks安装组件钩子函数
• 实例化 vnode

小结

createElement 创建 VNode 的过程，每个 VNode 有 children，children 每个元素也是一个VNode，这样就形成了一个虚拟树结构，用于描述真实的DOM树结构

#参考文献

• https://ustbhuangyi.github.io/vue-analysis/v2/data-driven/create-element.html#children-%E7%9A%84%E8%A7%84%E8%8C%83%E5%8C%96
• https://juejin.cn/post/

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