Vue原理解析之Virtual Dom

[Joe3Ray]

今年给自己立了个 flag，每周要写一篇高质量的技术文章。没想到刚坚持到第 3 周就面临断档（这周公司需求爆发），还好之前有一些存货。这篇文章是 17 年写的，基于 [email protected]，在思否和掘金的反馈都不错，技术细节可能有些过时，没有研究过相关技术的同学可以拿来开拓下思路。

DOM是文档对象模型(Document Object Model)的简写，在浏览器中我们可以通过js来操作DOM，但是这样的操作性能很差，于是Virtual Dom应运而生。我的理解，Virtual Dom就是在js中模拟DOM对象树来优化DOM操作的一种技术或思路。

VNode对象

一个VNode的实例对象包含了以下属性

• tag: 当前节点的标签名
• data: 当前节点的数据对象，具体包含哪些字段可以参考vue源码types/vnode.d.ts中对VNodeData的定义
  
• children: 数组类型，包含了当前节点的子节点
• text: 当前节点的文本，一般文本节点或注释节点会有该属性
• elm: 当前虚拟节点对应的真实的dom节点
• ns: 节点的namespace
• context: 编译作用域
• functionalContext: 函数化组件的作用域
• key: 节点的key属性，用于作为节点的标识，有利于patch的优化
• componentOptions: 创建组件实例时会用到的选项信息
• child: 当前节点对应的组件实例
• parent: 组件的占位节点
• raw: raw html
• isStatic: 静态节点的标识
• isRootInsert: 是否作为根节点插入，被<transition>包裹的节点，该属性的值为false
• isComment: 当前节点是否是注释节点
• isCloned: 当前节点是否为克隆节点
• isOnce: 当前节点是否有v-once指令

VNode分类

VNode可以理解为vue框架的虚拟dom的基类，通过new实例化的VNode大致可以分为几类

• EmptyVNode: 没有内容的注释节点
• TextVNode: 文本节点
• ElementVNode: 普通元素节点
• ComponentVNode: 组件节点
• CloneVNode: 克隆节点，可以是以上任意类型的节点，唯一的区别在于isCloned属性为true
• ...

createElement解析

const SIMPLE_NORMALIZE = 1
const ALWAYS_NORMALIZE = 2

function createElement (context, tag, data, children, normalizationType, alwaysNormalize) {
  // 兼容不传data的情况
  if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {
    normalizationType = children
    children = data
    data = undefined
  }
  // 如果alwaysNormalize是true
  // 那么normalizationType应该设置为常量ALWAYS_NORMALIZE的值
  if (alwaysNormalize) normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE
  // 调用_createElement创建虚拟节点
  return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)
}

function _createElement (context, tag, data, children, normalizationType) {
  /**
   * 如果存在data.__ob__，说明data是被Observer观察的数据
   * 不能用作虚拟节点的data
   * 需要抛出警告，并返回一个空节点
   * 
   * 被监控的data不能被用作vnode渲染的数据的原因是：
   * data在vnode渲染过程中可能会被改变，这样会触发监控，导致不符合预期的操作
   */
  if (data && data.__ob__) {
    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(
      `Avoid using observed data object as vnode data: ${JSON.stringify(data)}\n` +
      'Always create fresh vnode data objects in each render!',
      context
    )
    return createEmptyVNode()
  }
  // 当组件的is属性被设置为一个falsy的值
  // Vue将不会知道要把这个组件渲染成什么
  // 所以渲染一个空节点
  if (!tag) {
    return createEmptyVNode()
  }
  // 作用域插槽
  if (Array.isArray(children) &&
      typeof children[0] === 'function') {
    data = data || {}
    data.scopedSlots = { default: children[0] }
    children.length = 0
  }
  // 根据normalizationType的值，选择不同的处理方法
  if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
    children = normalizeChildren(children)
  } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
    children = simpleNormalizeChildren(children)
  }
  let vnode, ns
  // 如果标签名是字符串类型
  if (typeof tag === 'string') {
    let Ctor
    // 获取标签名的命名空间
    ns = config.getTagNamespace(tag)
    // 判断是否为保留标签
    if (config.isReservedTag(tag)) {
      // 如果是保留标签,就创建一个这样的vnode
      vnode = new VNode(
        config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
        undefined, undefined, context
      )
      // 如果不是保留标签，那么我们将尝试从vm的components上查找是否有这个标签的定义
    } else if ((Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
      // 如果找到了这个标签的定义，就以此创建虚拟组件节点
      vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
    } else {
      // 兜底方案，正常创建一个vnode
      vnode = new VNode(
        tag, data, children,
        undefined, undefined, context
      )
    }
    // 当tag不是字符串的时候，我们认为tag是组件的构造类
    // 所以直接创建
  } else {
    vnode = createComponent(tag, data, context, children)
  }
  // 如果有vnode
  if (vnode) {
    // 如果有namespace，就应用下namespace，然后返回vnode
    if (ns) applyNS(vnode, ns)
    return vnode
  // 否则，返回一个空节点
  } else {
    return createEmptyVNode()
  }
}

简单的梳理了一个流程图，可以参考下

patch原理

patch函数的定义在src/core/vdom/patch.js中，我们先来看下这个函数的逻辑

patch函数接收6个参数：

• oldVnode: 旧的虚拟节点或旧的真实dom节点
• vnode: 新的虚拟节点
• hydrating: 是否要跟真是dom混合
• removeOnly: 特殊flag，用于<transition-group>组件
• parentElm: 父节点
• refElm: 新节点将插入到refElm之前

patch的策略是：

1. 如果vnode不存在但是oldVnode存在，说明意图是要销毁老节点，那么就调用invokeDestroyHook(oldVnode)来进行销毁
2. 如果oldVnode不存在但是vnode存在，说明意图是要创建新节点，那么就调用createElm来创建新节点
3. 当vnode和oldVnode都存在时
   • 如果oldVnode和vnode是同一个节点，就调用patchVnode来进行patch
   • 当vnode和oldVnode不是同一个节点时，如果oldVnode是真实dom节点或hydrating设置为true，需要用hydrate函数将虚拟dom和真是dom进行映射，然后将oldVnode设置为对应的虚拟dom，找到oldVnode.elm的父节点，根据vnode创建一个真实dom节点并插入到该父节点中oldVnode.elm的位置

这里面值得一提的是patchVnode函数，因为真正的patch算法是由它来实现的（patchVnode中更新子节点的算法其实是在updateChildren函数中实现的，为了便于理解，我统一放到patchVnode中来解释）。

patchVnode算法是：

1. 如果oldVnode跟vnode完全一致，那么不需要做任何事情
2. 如果oldVnode跟vnode都是静态节点，且具有相同的key，当vnode是克隆节点或是v-once指令控制的节点时，只需要把oldVnode.elm和oldVnode.child都复制到vnode上，也不用再有其他操作
3. 否则，如果vnode不是文本节点或注释节点
   • 如果oldVnode和vnode都有子节点，且2方的子节点不完全一致，就执行更新子节点的操作（这一部分其实是在updateChildren函数中实现），算法如下
     • 分别获取oldVnode和vnode的firstChild、lastChild，赋值给oldStartVnode、oldEndVnode、newStartVnode、newEndVnode
     • 如果oldStartVnode和newStartVnode是同一节点，调用patchVnode进行patch，然后将oldStartVnode和newStartVnode都设置为下一个子节点，重复上述流程
       
     • 如果oldEndVnode和newEndVnode是同一节点，调用patchVnode进行patch，然后将oldEndVnode和newEndVnode都设置为上一个子节点，重复上述流程
       
     • 如果oldStartVnode和newEndVnode是同一节点，调用patchVnode进行patch，如果removeOnly是false，那么可以把oldStartVnode.elm移动到oldEndVnode.elm之后，然后把oldStartVnode设置为下一个节点，newEndVnode设置为上一个节点，重复上述流程
       
     • 如果newStartVnode和oldEndVnode是同一节点，调用patchVnode进行patch，如果removeOnly是false，那么可以把oldEndVnode.elm移动到oldStartVnode.elm之前，然后把newStartVnode设置为下一个节点，oldEndVnode设置为上一个节点，重复上述流程
       
     • 如果以上都不匹配，就尝试在oldChildren中寻找跟newStartVnode具有相同key的节点，如果找不到相同key的节点，说明newStartVnode是一个新节点，就创建一个，然后把newStartVnode设置为下一个节点
     • 如果上一步找到了跟newStartVnode相同key的节点，那么通过其他属性的比较来判断这2个节点是否是同一个节点，如果是，就调用patchVnode进行patch，如果removeOnly是false，就把newStartVnode.elm插入到oldStartVnode.elm之前，把newStartVnode设置为下一个节点，重复上述流程
       
     • 如果在oldChildren中没有寻找到newStartVnode的同一节点，那就创建一个新节点，把newStartVnode设置为下一个节点，重复上述流程
     • 如果oldStartVnode跟oldEndVnode重合了，并且newStartVnode跟newEndVnode也重合了，这个循环就结束了
   • 如果只有oldVnode有子节点，那就把这些节点都删除
   • 如果只有vnode有子节点，那就创建这些子节点
   • 如果oldVnode和vnode都没有子节点，但是oldVnode是文本节点或注释节点，就把vnode.elm的文本设置为空字符串
4. 如果vnode是文本节点或注释节点，但是vnode.text != oldVnode.text时，只需要更新vnode.elm的文本内容就可以

生命周期

patch提供了5个生命周期钩子，分别是

• create: 创建patch时
• activate: 激活组件时
• update: 更新节点时
• remove: 移除节点时
• destroy: 销毁节点时

这些钩子是提供给Vue内部的directives/ref/attrs/style等模块使用的，方便这些模块在patch的不同阶段进行相应的操作，这里模块定义在src/core/vdom/modules和src/platforms/web/runtime/modules2个目录中

vnode也提供了生命周期钩子，分别是

• init: vdom初始化时
• create: vdom创建时
• prepatch: patch之前
• insert: vdom插入后
• update: vdom更新前
• postpatch: patch之后
• remove: vdom移除时
• destroy: vdom销毁时

vue组件的生命周期底层其实就依赖于vnode的生命周期，在src/core/vdom/create-component.js中我们可以看到，vue为自己的组件vnode已经写好了默认的init/prepatch/insert/destroy，而vue组件的mounted/activated就是在insert中触发的，deactivated就是在destroy中触发的

题外话

最近有刚毕业不久的同行问过我技术成长相关的问题，我的观点是环境很重要。

17 年写这篇文章的时候，我在百度负责搜索前端的组件化改造，从纯Smarty模板改造成Smarty + Vue，需要对Vue进行深度定制，所以花了不少力气研究Vue的技术细节，这个阶段个人技术成长飞快，产出也很丰富，除了对框架原理的深入了解，还自研了基于php的vue ssr方案，用node开发了周边工具链。

在富有挑战性的环境下，人会被推着成长，技术学完就能用，比自己干学然后放在一边强太多。