react 的虚拟 dom 是如何实现的？

发布时间:2024-09-23

React 的虚拟 DOM（Virtual DOM）是 React 提高性能和减少 DOM 操作开销的核心技术之一。虚拟 DOM 的核心思想是，React 将 UI 描述为一个 JavaScript 对象树（虚拟 DOM 树），当状态或属性发生变化时，React 会重新生成新的虚拟 DOM 树，并通过 "Diffing" 算法对比新旧虚拟 DOM 树的不同之处，然后只更新那些真正需要更新的部分到真实 DOM 中。

为了更深入地理解虚拟 DOM 的实现，下面将简化 React 虚拟 DOM 的核心概念，提供一个基本实现来展示其原理。我们会涉及到以下几个核心步骤：

  1. 创建虚拟 DOM 的表示。
  2. 将虚拟 DOM 转换为真实 DOM。
  3. 进行 DOM diff 和 patch。

1. 创建虚拟 DOM 的表示

虚拟 DOM 树可以用 JavaScript 对象来表示。每个虚拟 DOM 节点就是一个简单的对象，它包含节点的标签名称、属性和子节点。

// 创建虚拟 DOM 节点
function createElement(tag, props, ...children) {
  return {
    tag,
    props: props || {},
    children
  };
}

示例使用：

const vdom = createElement('div', { id: 'app' }, 
  createElement('h1', null, 'Hello, world!'),
  createElement('p', null, 'This is a virtual DOM example.')
);

console.log(vdom);
/*
{
  tag: 'div',
  props: { id: 'app' },
  children: [
    { tag: 'h1', props: null, children: ['Hello, world!'] },
    { tag: 'p', props: null, children: ['This is a virtual DOM example.'] }
  ]
}
*/

2. 将虚拟 DOM 转换为真实 DOM

虚拟 DOM 本身是一个 JavaScript 对象，并不直接与浏览器的真实 DOM 交互。为了将虚拟 DOM 渲染到页面上，我们需要将它转换为真实的 DOM 节点。

// 虚拟 DOM 转换为真实 DOM
function render(vdom) {
  if (typeof vdom === 'string') {
    // 如果是文本节点，直接创建文本节点
    return document.createTextNode(vdom);
  }

  // 创建真实 DOM 元素
  const element = document.createElement(vdom.tag);

  // 设置元素的属性
  Object.keys(vdom.props).forEach(key => {
    element.setAttribute(key, vdom.props[key]);
  });

  // 递归渲染子节点
  vdom.children.forEach(child => {
    element.appendChild(render(child));
  });

  return element;
}

示例使用：

const realDom = render(vdom);
document.body.appendChild(realDom);  // 将虚拟 DOM 渲染为真实 DOM 并添加到页面

3. Diff 算法：比较新旧虚拟 DOM

当组件的状态或属性更新时，React 会重新创建新的虚拟 DOM。接下来就需要比较新旧虚拟 DOM 之间的差异。这里用一个简单的 diff 算法来找到两个虚拟 DOM 树之间的不同之处。

function diff(oldVdom, newVdom) {
  // 如果新节点不存在，则删除旧节点
  if (!newVdom) {
    return { type: 'REMOVE' };
  }

  // 如果旧节点不存在，则添加新节点
  if (!oldVdom) {
    return { type: 'ADD', newVdom };
  }

  // 如果节点类型不同，则替换节点
  if (oldVdom.tag !== newVdom.tag) {
    return { type: 'REPLACE', newVdom };
  }

  // 如果节点类型相同，则比较属性和子节点
  if (typeof oldVdom === 'string' && typeof newVdom === 'string') {
    if (oldVdom !== newVdom) {
      return { type: 'TEXT', newVdom };
    } else {
      return null;  // 没有变化
    }
  }

  // 比较属性
  const patch = {
    type: 'UPDATE',
    props: diffProps(oldVdom.props, newVdom.props),
    children: diffChildren(oldVdom.children, newVdom.children)
  };

  return patch;
}

// 比较属性
function diffProps(oldProps, newProps) {
  const patches = [];

  // 添加或修改属性
  Object.keys(newProps).forEach(key => {
    if (oldProps[key] !== newProps[key]) {
      patches.push({ key, value: newProps[key] });
    }
  });

  // 删除旧属性
  Object.keys(oldProps).forEach(key => {
    if (!newProps.hasOwnProperty(key)) {
      patches.push({ key, value: undefined });
    }
  });

  return patches;
}

// 比较子节点
function diffChildren(oldChildren, newChildren) {
  const patches = [];
  const maxLen = Math.max(oldChildren.length, newChildren.length);

  for (let i = 0; i < maxLen; i++) {
    patches.push(diff(oldChildren[i], newChildren[i]));
  }

  return patches;
}

4. Patch：将差异应用到真实 DOM 中

在 diff 函数找出虚拟 DOM 的差异之后，需要将这些差异应用到真实的 DOM 中。这一过程叫做 patch。

function patch(parent, patches, index = 0) {
  if (!patches) {
    return;
  }

  const element = parent.childNodes[index];

  switch (patches.type) {
    case 'REMOVE':
      parent.removeChild(element);
      break;

    case 'ADD':
      parent.appendChild(render(patches.newVdom));
      break;

    case 'REPLACE':
      parent.replaceChild(render(patches.newVdom), element);
      break;

    case 'TEXT':
      element.textContent = patches.newVdom;
      break;

    case 'UPDATE':
      // 更新属性
      patches.props.forEach(({ key, value }) => {
        if (value === undefined) {
          element.removeAttribute(key);
        } else {
          element.setAttribute(key, value);
        }
      });

      // 递归更新子节点
      patches.children.forEach((childPatch, i) => {
        patch(element, childPatch, i);
      });
      break;

    default:
      break;
  }
}

示例使用：

// 假设我们有两个虚拟 DOM 树
const oldVdom = createElement('div', { id: 'app' }, 
  createElement('h1', null, 'Hello, world!'),
  createElement('p', null, 'This is a virtual DOM example.')
);

const newVdom = createElement('div', { id: 'app' }, 
  createElement('h1', null, 'Hello, React!'),
  createElement('p', null, 'Virtual DOM diffing example.')
);

// 先渲染旧的虚拟 DOM
const rootElement = render(oldVdom);
document.body.appendChild(rootElement);

// 计算新旧虚拟 DOM 的差异
const patches = diff(oldVdom, newVdom);

// 应用差异到真实 DOM
patch(document.body, patches);

总结

这个简化版的虚拟 DOM 实现展示了 React 虚拟 DOM 的核心原理，包括：

  1. 使用 JavaScript 对象表示虚拟 DOM 树。
  2. 将虚拟 DOM 转换为真实 DOM 并渲染到页面上。
  3. 使用 diff 算法对比新旧虚拟 DOM 树的差异。
  4. 通过 patch 函数将差异应用到真实 DOM 中。

这只是虚拟 DOM 实现的基本思路，React 实际中的虚拟 DOM 和 diff 算法更加复杂和高效，包括 key 的使用、批量更新等。