揭秘Vue从Virtual DOM生成真实DOM的过程

一、Virtual DOM简介真实DOM

从上图可以看出，真实的DOM元素是非常庞大，这是因为浏览器的标准把DOM设计的非常复杂（一个DOM对象包含了许多属性，如上图所示）。当我们频繁地去做DOM更新，相应就会产生性能问题。

虚拟Virtual DOM

为了解决频繁操作DOM的性能问题，Virtual DOM就孕育而生了。虚拟的Virtual DOM就是用一个原生JS对象去描述一个DOM节点。因而它比创建一个真实DOM的代价要小很多。

二、Virtual DOM生到真实DOM的过程（Vue） 1、定义VNode

在Vue中，VNode是调用render function生成的虚拟节点（Virtual DOM），它是Javascript对象，使用了对象属性来描述节点。实际上是一层对真实DOM的封装。Virtual DOM性能好，得益于js的执行速度。将真实的创建节点、删除节点、修改节点等一系列复杂的DOM操作全部交给Virtual DOM实现。这样相对于使用js innerHTML粗暴地重排重绘页面性能大大提高。

VNode对象的属性

我们来看下Vue.js 2.x版本的源码，关于VNode的定义，VNode对象定义如下属性：

在src/core/vdom/vnode.js文件

export default class VNode {
  tag: string | void;
  data: VNodeData | void;
  children: ?Array;
  text: string | void;
  elm: Node | void;
  ns: string | void;
  context: Component | void;
  key: string | number | void;
  componentOptions: VNodeComponentOptions | void;
  componentInstance: Component | void;  component instance
  parent: VNode | void; // component placeholder node

  // strictly internal
  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?
  asyncFactory: Function | void; // async component factory function
  asyncmeta: Object | void;
  isAsyncPlaceholder: boolean;
  ssrContext: Object | void;
  fnContext: Component | void; // real context vm for functional nodes
  fnOptions: ?ComponentOptions; // for SSR caching
  devtoolsmeta: ?Object; // used to store functional render context for devtools
  fnScopeId: ?string; // functional scope id support

  constructor (
    tag?: string,
    data?: VNodeData,
    children?: ?Array,
    text?: string,
    elm?: Node,
    context?: Component,
    componentOptions?: VNodeComponentOptions,
    asyncFactory?: Function
  ) {
    this.tag = tag
    this.data = data
    this.children = children
    this.text = text
    this.elm = elm
    this.ns = undefined
    this.context = context
    this.fnContext = undefined
    this.fnOptions = undefined
    this.fnScopeId = undefined
    this.key = data && data.key
    this.componentOptions = componentOptions
    this.componentInstance = undefined
    this.parent = undefined
    this.raw = false
    this.isStatic = false
    this.isRootInsert = true
    this.isComment = false
    this.isCloned = false
    this.isonce = false
    this.asyncFactory = asyncFactory
    this.asyncmeta = undefined
    this.isAsyncPlaceholder = false
  }

  // DEPRECATED: alias for componentInstance for backwards compat.
  
  get child (): Component | void {
    return this.componentInstance
  }
}

一个VNode对象包含以下属性：

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，当前节点的子节点
text：当前节点的文本
elm：当前虚拟节点对应的真实
ns：当前节点的namespace命名空间
context：当前节点的编译作用域
key：节点的key属性，用于作为节点的标识，有利于patch的优化
componentOptions：创建组件实例会用到的选项信息
componentInstance：当期节点对应的组件实例
parent：当前节点的父节点
raw：判断是否为HTML或普通文本，innerHTML的时候为true，innerText的时候为false
isStatic：静态节点的标识
isRootInsert：是否作为根节点插入，被包裹的节点，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：是否有v-once指令

…

VNode分类

EmptyNode：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，唯一区别在于isCloned属性为true

…

2、createELement

src/core/vdom/create-element.js文件

const SIMPLE_NORMALIZE = 1
const ALWAYS_NORMALIZE = 2

// wrapper function for providing a more flexible interface
// without getting yelled at by flow
export function createElement (
  context: Component,
  tag: any,
  data: any,
  children: any,
  normalizationType: any,
  alwaysNormalize: boolean
): VNode | Array {
  // 兼容不传data的情况
  if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {
    normalizationType = children
    children = data
    data = undefined
  }
  if (isTrue(alwaysNormalize)) {
    normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE
  }
  // 调用_createElement创建虚拟节点
  return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)
}

export function _createElement (
  context: Component,
  tag?: string | Class | Function | Object,
  data?: VNodeData,
  children?: any,
  normalizationType?: number
): VNode | Array {
  // 判断是否是__ob__响应式数据，不允许VNode是响应式data
  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() // 返回一个注释节点
  }
  // object syntax in v-bind
  if (isDef(data) && isDef(data.is)) {
    tag = data.is
  }
  // 当组件的is属性被设置为falsy的值
  // 创建一个没有内容的注释节点
  if (!tag) {
    return createEmptyVNode()
  }
  
  // warn against non-primitive key
  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&
    isDef(data) && isDef(data.key) && !isPrimitive(data.key)
  ) {
    if (!__WEEX__ || !('@binding' in data.key)) {
      warn(
 'Avoid using non-primitive value as key, ' +
 'use string/number value instead.',
 context
      )
    }
  }
  // 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
  }
  // 根据normalizationType的值，选择不同的处理方法
  if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {
    children = normalizeChildren(children)// 对多层嵌套的children处理，返回一维数组
  } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {
    children = simpleNormalizeChildren(children)// 对只有一级children做处理，返回一维数组
  }
  let vnode, ns
  // 判断tag是否是字符串类型
  if (typeof tag === 'string') {
    let Ctor
    // 配置标签名的命名空间
    ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag)
    // 判断tag是否是HTML的保留标签
    if (config.isReservedTag(tag)) {
      // 是保留标签，创建保留标签的VNode
      vnode = new VNode(
 config.parsePlatformTagName(tag), data, children,
 undefined, undefined, context
      )
    // 判断tag是否是component组件
    } else if ((!data || !data.pre) && isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {
      // 是组件标签，创建一个componentVNode
      vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)
    } else {
      // 兜底方案，创建一个空的注释节点
      vnode = new VNode(
 tag, data, children,
 undefined, undefined, context
      )
    }
  } else {
    // direct component options / constructor
    vnode = createComponent(tag, data, context, children)
  }
  if (Array.isArray(vnode)) {
    return vnode
  } else if (isDef(vnode)) {
    if (isDef(ns)) applyNS(vnode, ns)
    if (isDef(data)) registerDeepBindings(data)
    return vnode
  } else {
    return createEmptyVNode()
  }
}

createElement逻辑梳理成如下的流程图：

createElement阶段是将所有children转换成一位数组，方便后续操作。

3、update

Vue的_update是一个私有方法，它被调用的有2个时机，一个是首次渲染，一个是数据更新。我们来看下首次渲染，调用了updateComponent方法，代码如下：

在src/core/instance/lifecycle.js文件

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

Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {
    const vm: Component = this
    const prevEl = vm.$el
    const prevVnode = vm._vnode
    const restoreActiveInstance = setActiveInstance(vm)
    vm._vnode = vnode
    // Vue.prototype.__patch__ is injected in entry points
    // based on the rendering backend used.
    // 如果需要diff的prevVnode不存在，那么就用新的vnode创建一个真实dom节点
    if (!prevVnode) {
      // initial render
      // $el参数为真实的dom节点
      vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false )
    } else {
      // updates
      // prevVnode存在，传入prevVnode和vnode进行diff，完成真实dom的更新工作
      vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)
    }
    restoreActiveInstance()
    // update __vue__ reference
    if (prevEl) {
      prevEl.__vue__ = null
    }
    if (vm.$el) {
      vm.$el.__vue__ = vm
    }
    // if parent is an HOC, update its $el as well
    if (vm.$vnode && vm.$parent && vm.$vnode === vm.$parent._vnode) {
      vm.$parent.$el = vm.$el
    }
    // updated hook is called by the scheduler to ensure that children are
    // updated in a parent's updated hook.
 }

从上面源码看，_update方法调用了一个核心方法__patch__，这可以说是整个Virtual DOM构建真实DOM最核心的方法。其主要完成了新的虚拟节点和旧的虚拟节点的diff过程，经过patch过程之后生成真实的DOM节点并完成视图更新的工作。

4、Patch

__patch__方法是将新老VNode节点进行对比，然后将根据两者的比较结果进行最小单位地修改视图。patch的核心在于diff算法，这套算法可以高效地比较VNode的变更。

diff算法

我们先大致了解下diff算法，这一算法是通过同层的树节点进行比较而非对树的逐层搜索遍历，所以时间复杂度只有O(n)，性能相当高效。

上面2张图代表旧的VNode和新的VNode使用diff算法比较的过程，它们只是在同层比较得到变化（第二张图中相同颜色方块代表互相进行比较的VNode节点），然后修改变化后的视图，修改单位较小，所以十分高效。

我们再来看下patch的源码：

src/core/vdom/patch.js文件

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {
    // vnode不存在则直接调用销毁钩子
    if (isUndef(vnode)) {
      if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)
      return
    }

    let isInitialPatch = false
    const insertedVnodeQueue = []

    if (isUndef(oldVnode)) {
      // empty mount (likely as component), create new root element
      // oldVnode未定义的时候，其实也就是root节点，创建一个新的的节点
      isInitialPatch = true
      createElm(vnode, insertedVnodeQueue)
    } else {
      const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)
      if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {
 // patch existing root node
 // 是同一个节点的时候，直接修改现有的节点
 patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)
      } else {
 if (isRealElement) {
   // mounting to a real element
   // check if this is server-rendered content and if we can perform
   // a successful hydration.
   if (oldVnode.nodeType === 1 && oldVnode.hasAttribute(SSR_ATTR)) {
   // 当旧的VNode是服务端渲染的元素，hydrating标记为true
   oldVnode.removeAttribute(SSR_ATTR)
     hydrating = true
   }
   if (isTrue(hydrating)) {
     // 需要合并到真实DOM上
     if (hydrate(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue)) {
// 调用insert钩子
invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, true)
return oldVnode
     } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
warn(
  'The client-side rendered virtual DOM tree is not matching ' +
  'server-rendered content. This is likely caused by incorrect ' +
  'HTML markup, for example nesting block-level elements inside ' +
  ', or missing . Bailing hydration and performing ' +
  'full client-side render.'
)
     }
   }
   // either not server-rendered, or hydration failed.
   // create an empty node and replace it
   // 如果不是服务器端渲染或是合并到真实DOM失败，创建一个空节点
   oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)
 }

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

 // create new node
 // 虚拟节点创建真实的 DOM 并插入到它的父节点中
 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)
 )

 // update parent placeholder node element, recursively
 if (isDef(vnode.parent)) {
   // 组件根节点被替换，遍历更新父节点element
   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)
}
// #6513
// invoke insert hooks that may have been merged by create hooks.
// e.g. for directives that uses the "inserted" hook.
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
   }
 }

 // destroy old node
 if (isDef(parentElm)) {
   // 移除老节点
   removeVnodes(parentElm, [oldVnode], 0, 0)
 } else if (isDef(oldVnode.tag)) {
   // 调用destroy钩子
   invokeDestroyHook(oldVnode)
 }
      }
    }
    
    // 调用insert钩子
    invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)
    return vnode.elm
}

从patch代码中不难发现，当oldVnode和vnode在sameVnode同一个节点的情况才会调用patchVnode，否则就会创建新的DOM，移除旧的DOM。

patchVnode的规则是这样的:

1）如果oldVnode和vnode完全一致，那么不需要做任何事情。

2）如果oldVnode和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）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也是diff的核心。

4）当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）当新节点没有子节点而老节点有子节点的时候，直接移除该DOM节点的所有子节点。

6）当新老节点都无子节点的时候，只是文本的替换。

我们来看下diff的核心，updateChildren函数，源码如下：

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

    // removeonly is a special flag used only by 
    // to ensure removed elements stay in correct relative positions
    // during leaving transitions
    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]
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {
 // 如果oldStartVnode和newStartVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode
 patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
 oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]// oldStartIdx向右移动
 newStartVnode = newCh[++newStartIdx]// newStartIdx向右移动
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {
 // 如果oldEndVnode，newEndVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode
 patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
 oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]// oldEndIdx向左移动
 newEndVnode = newCh[--newEndIdx]// newEndIdx向左移动
      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right
 // 如果oldStartVnode和newEndVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode
 patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)
 canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))
 oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]// oldStartIdx向右移动
 newEndVnode = newCh[--newEndIdx]// newEndIdx向左移动
      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left
 // 如果oldEndVnode和newStartVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode
 patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
 canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)
 oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]// oldEndIdx向右移动
 newStartVnode = newCh[++newStartIdx]// newStartIdx向左移动
      } else {
 
 if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
 
 idxInOld = isDef(newStartVnode.key)
   ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]
   : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
 if (isUndef(idxInOld)) { // New element
   
   createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
 } else {
   
   vnodeToMove = oldCh[idxInOld]
   if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {
    
     patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)
     oldCh[idxInOld] = undefined
     canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)
   } else {
     // same key but different element. treat as new element
     
     createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)
   }
 }
 newStartVnode = newCh[++newStartIdx]
      }
    }
    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
      
      refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm
      addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)
    } else if (newStartIdx > newEndIdx) {
      
      removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)
    }
}

看完updateChildren源码，对于其算法思想还是有点模糊，那我们通过图来捋捋思路：

首先，在新老两个VNode节点的左右头尾两侧都有一个变量标记，在遍历过程中这几个变量都会向中间靠拢。当oldStartIdx > oldEndIdx或者newStartIdx > newEndIdx时结束循环。
索引与VNode节点的对应关系：

oldStartIdx => oldStartVnode

oldEndIdx => oldEndVnode

newStartIdx => newStartVnode

newEndIdx => newEndVnode
在遍历中，如果存在key，并且满足sameVnode，会将该DOM节点进行复用，否则则会创建一个新的DOM节点。将oldStartVnode、oldEndVnode与newStartVnode、newEndVnode两两比较一共有2*2=4种比较方法。
- 当新老VNode节点的start或者end满足sameVnode时，也就是sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)或者sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)，直接将该VNode节点进行patchVnode即可。
- 如果oldStartIdx与newEndIdx满足sameVnode，即sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)。这时候说明oldStartVnode已经跑到了oldEndVnode后面去了，进行patchVnode的同时还需要将真实DOM节点移动到oldEndVnode的后面。
- 如果oldEndIdx与newStartIdx满足sameVnode，即sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)。这说明oldEndVnode跑到了oldStartVnode的前面，进行patchVnode的同时真实的DOM节点移动到了oldStartVnode的前面。
如果以上情况均不符合，则通过createKeyToOldIdx会得到一个oldKeyToIdx，里面存放了一个key为旧的VNode，value为对应index序列的哈希表。从这个哈希表中可以找到是否有与newStartVnode一致key的旧的VNode节点，如果同时满足sameVnode，patchVnode的同时会将这个真实DOM（elmToMove）移动到oldStartVnode对应的真实DOM的前面。
- 当然也有可能newStartVnode在旧的VNode节点找不到一致的key，或者是即便key相同却不是sameVnode，这个时候会调用createElm创建一个新的DOM节点。
到这里循环已经结束了，那么剩下我们还需要处理多余或者不够的真实DOM节点。
- 当结束时oldStartIdx > oldEndIdx，这个时候老的VNode节点已经遍历完了，但是新的节点还没有。说明了新的VNode节点实际上比老的VNode节点多，也就是比真实DOM多，需要将剩下的（也就是新增的）VNode节点插入到真实DOM节点中去，此时调用addVnodes（批量调用createElm的接口将这些节点加入到真实DOM中去）。
- 同理，当newStartIdx > newEndIdx时，新的VNode节点已经遍历完了，但是老的节点还有剩余，说明真实DOM节点多余了，需要从文档中删除，这时候调用removeVnodes将这些多余的真实DOM删除。

小结

Virtual DOM经历了createElement生成VNode、update视图更新、patch比较新旧虚拟节点并创建DOM元素这几个关键步骤才生成了真实的DOM。其中patch函数在比较新旧VNode，采用了diff算法，其算法思想源于snabbdom，有兴趣可以进一步研究snabbdom源码学习~~

揭秘Vue从Virtual DOM生成真实DOM的过程

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