什么是虚拟DOM！如何实现一个虚拟DOM！说说你的思路

提示💡

JavaScript对象，DOM抽象。 避免操作DOM和跨平台。

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

小结

Virtual DOM（虚拟 DOM） 是对 真实 DOM 的抽象，本质上是 JavaScript 对象，这个对象就是更加轻量级的对 DOM 的描述。

const vnode = {
  type: 'div',
  props: {
    id: 'hello'
  },
  children: [
    /* 更多 vnode */
  ]
}

这里所说的 vnode 即一个纯 JavaScript 的对象 (一个“虚拟节点”)，它代表着一个 <div> 元素。它包含我们创建实际元素所需的所有信息。它还包含更多的子节点，这使它成为虚拟 DOM 树的根节点。

一个运行时渲染器将会遍历整个虚拟 DOM 树，并据此构建真实的 DOM 树。这个过程被称为挂载 (mount)。

如果我们有两份虚拟 DOM 树，渲染器将会有比较地遍历它们，找出它们之间的区别，并应用这其中的变化到真实的 DOM 上。这个过程被称为更新 (patch)，又被称为“比对”(diffing) 或“协调”(reconciliation)。

虚拟 DOM 带来的主要收益是它让开发者能够灵活、声明式地创建、检查和组合所需 UI 的结构，同时只需把具体的 DOM 操作留给渲染器去处理。

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

注意❗

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

避免频繁修改真实 DOM

技巧💡

JavaScript 代码执行比直接操作 DOM 快，减少对实际 DOM 的操作次数。

首先，我们都知道频繁地操作变动 真实 DOM 会引起浏览器的重绘和回流，这些会大大地消耗浏览器的性能，而在前端性能优化的其中一个方向就是尽可能少地操作 真实 DOM，从而达到提升性能的目的。因为仅仅修改虚拟 DOM 中的内容，不会带来页面的重绘和回流操作。在完成虚拟 DOM 修改后，进行真实 DOM 的修改，才会使页面重绘。因此我们需要这一层抽象，在 patch（绘制） 过程中尽可能地一次性将差异更新到 DOM 中, 这样在一定程度上保证了 DOM 的性能不会很差。

跨平台实现

最后，也是虚拟 DOM 最初的目的，就是更好的跨平台, 比如 Node. js 就没有 DOM，如果想实现 SSR （服务端渲染），那么一个方式就是借助虚拟 DOM，因为虚拟 DOM 本身是 JavaScript 对象。

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。

扩展阅读

• 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/6876711874050818061
• @什么是虚拟DOM？如何实现一个虚拟DOM？
• 视频
  • 理解虚拟DOM及key属性的作用