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React 实践揭秘之旅,中高级前端必备(上)

郭东东 2020-03-09 10:53:10 阅读数:18 评论数:0 点赞数:0 收藏数:0

感谢大家又被我的标题党骗进来了。这是我最近几个月亲身探寻过的一趟旅途,感受颇深。途中也遇到许多困难,但坚持到底,相信最终一定会让各位小伙伴受益匪浅,不虚此行!

同时也感恩大家对之前一个系列文章的喜欢和修正,提了不少的建议和问题,我也会用心写我的每一系列文章,与大家共同成长!!

跪求点赞、关注、Star!更多文章猛戳 ->

引言

之前面试三部曲简明地梳理了前端知识结构体系,浅尝辄止。这个系列则要进一步研究和领会 内在的奥妙。今天打算以一个比较新颖的角度切入,深入地梳理下 React 的内部实现。

  • 1. 有利于大家在 React 日常业务使用中更加得心应手
  • 2. 也可将领会到的思想融会贯通,拓展到其它领域

那如何深入研究一个玩具呢?最好的方式便是: 拆解 - 重组装

众所周知,React 是一款非常神奇的 Web UI 框架,得益于强大的架构,逻辑层视图层 的解耦,使其思想及开发模式可以很好地移植到其它平台,例如 React-Native。所以今天,我打算跳出常规的 Web-DOM,目标是 以类 React 的模式来进行 Web 游戏开发。其实就是我们需要实现一套 React 上层,并把底层对接 WebGL API。期待这样不同的视角,能给大家带来新的启发与帮助。

Tips:

WebGL 不是本文关注的重点,使用到的 API 也非常有限,并不需要你具备相关的知识储备。

第一站: 穿越之门 - JSX

作为一名前端,我们需要实现一个个展示给用户的页面。因此视图层便是我们的工作之始。前端领域不断地快速发展,最终都是为了解答 如何更高效地开发更完美的页面。而 React 就是答案之一,其中 JSX 便是重要的第一站。

那什么是 JSX 呢?

JSX 就是在 JS 环境中约定的一种类 HTMLXML 的 动态模板语法,有着极高的 可读性 与 可拓展性,目的是 为了能更便捷地使用 JS 搭建视图结构与布局。

// 这就是 JSX
const jsx = <JSX>Hello World</JSX>

这是一种新全新的 JS 语法,不属于标准,成功地把类 HTML 的标签型模板语法引入 JS 中,创造了一种全新高效的开发模式。但即使最新版的 V8 引擎也无法支持,那怎么执行呢?钥匙就是 预编译!得益于 Babel 的强大,我们可以通过 预编译,将代码编译成浏览器看得懂的 JS

babel-plugin-transform-jsx

这是 Babel 的一款插件,主要的功能就是编译 JSX,直接配置即可 (对编译感兴趣的童鞋,可以继续深入下了解下 Babel 的编译原理,这里就不作展开了)。

// 打包工具中的 babel loader 配置
use: {
loader: 'babel-loader',
options: {
plugins: [["transform-jsx", {
"function": "ReactWebGL.createElement",
"useVariables": true
}]],
}
}

配置完毕,我们先来写段 JSX 试试。由于我们不使用 DOM 了,视图层被直接绘制于 canvas 上,就自然不能使用常规的 HTML 标签了。我们先来定个容器标签 (<Container>)。

const jsx = (
<Container name="parent">
ReactWebGL Hello World
<Container name="child">
Child
</Container>
</Container>
)

咦。秒报错。先不管,我们来看下编译后的文件:

var jsx = ReactGL.createElement({
elementName: Container,
attributes: {
name: 'parent'
},
children: [
"ReactWebGL Hello World",
ReactWebGL.createElement({
elementName: Container,
attributes: {
name: "child"
},
children: ["Child"]
}),
]
});

原来如此,其实 Babel 做的,就是把上面的 JSX 模板代码, 解析并提取出标签的信息后,转换成常规的函数形式。这个函数就是我们配置中指定的 ReactWebGL.createElement

接下来我们来看下报错。很明显,是因为在上下文中有一些变量没有进行定义,那接下来我们先定义上:

// 由于编译是直接 变量传递
// 因此标签名作为一个变量需要先定义为 string;
const Container = 'Container'
// 匹配配置中的 `ReactWebGL.createElement`
const ReactWebGL = {
createElement(tag) {
console.log(tag)
}
}

第二站: 天空之城 - Virtual DOM

来到第二站: 什么是 虚拟DDM 呢?

顾名思义,它并不是真正的视图元素,而是将真实的视图元素抽象为一个 Javascript 对象,包含完整描述了一个真实元素的所有信息,但并不具备渲染功能。同时由于 DOM 本身便是 树形结构,因此使用 Javascript 对象便能很好对整个页面结构进行描述。

刚才 JSX 编译后,参数便是一个最简单的 虚拟DOM 对象(我们称为 VNode):

// 一个最简单的 VNode
{
// 类型
type: 'Container'
// 属性
props: {
name: 'parent'
}
// 子级列表
children: [...]
}

这其实只是一个普通的 Javascript 对象,那为什么要设计它呢?可能很多人都会有这种观念: 虚拟DOM 快啊,diff 算法非常厉害,直接操作真实的 DOM 消耗很大。

掐指一算,事情并没有那么简单,听我细细道来🧐。想象下,当出现以下场景时:

  • 初次渲染:

    • 解析 JSX,生成 虚拟DOM 树,然后经过各种计算,最终调用 DOM 绘制一个个视图元素;
    • 很明显,我们通过 HTMLinnerHTML 直接创建元素会更快,且白屏时间更短,多了上层的 计算消耗与内存消耗,反而是一种 性能损耗
  • 极小更新:

    • 需要修改一个标题文案,调用 setState 触发更新。此时,React 并不知道新的 state 会引起多大的变动,需要经过全局逐一的 diff 确定变动的元素再触发更新。
    • 相较而言,获取对应标题元素修改,省去 diff,会更直接高效。那这么说来,虚拟DOM 反而变慢了,那为什么还要用它呢?

如果你的场景是 大量且分散 地更新页面中的元素,那 虚拟DOM 能大大减少其业务逻辑的复杂度,达到一个比较高的消耗性价比。直接操作 DOM 元素,一来逻辑复杂,代码健壮性弱;二来错误的操作反而可能导致更差的性能。

所以快慢并不是衡量 虚拟DOM 价值的因素,其价值更多在于:

  • 虚拟DOM 其实是一种 牺牲最小性能与空间,换取 架构优化 的方式,能较大提升项目的可拓展性与可维护性;
  • DOM 的操作进行 集中化管理,更加安全稳定且高效;
  • 渲染逻辑 的解耦,高度的 组件化模块化,提升了代码复用性及开发效率;
  • 虚拟DOM 是一种抽象化的对象,可以对接不同的渲染层,完成 跨平台渲染。例如 RN / SSR 等方案;

JSX 仅仅是一种 独立的动态模板语法,通过编译转化为 虚拟DOM,跟 React 并无耦合。因此可以将其 接入到任意环境或者框架,例如我们也可以在 Vue 中使用 JSX

聊完 虚拟DOM,我们回归主线。需要先来设计一个最简单的 VNode 结构,以刚才 Babel 编译出的结构为基础,加上额外的值,方便渲染。

// VNode 定义
interface VNode {
// 标签类型
type: any,
// 标签属性
props: { [key: string]: any },
// 子级列表
children: VNode[],
// 唯一标识
key: string
// 获取视图元素
ref: any
// 视图元素
elm: any
// 文本内容
text: string | number | undefined
}
// VNode 生产函数
function createVNode(type, props, ref, key, children, elm, text) {
return {
type,
props,
children,
ref,
key,
elm,
text,
}
}

现在定义了 VNode 后,我们就可以开始编写对应的生成函数(createElement)了。

第三站: 转换之桥 - createElement

这个函数就是传说中的 h 函数,用于 模板 到 虚拟DOM 之间的桥梁。在现在的大多数主流 虚拟DOM 库中,都拥有该函数。在 React 中,它是通过 BabelJSX 编译成 h 函数,即 React.createElement。而在 Vue 中,则是通过 vue-loader<template> 编译成其 h 函数。该函数主要功能是:

加工生成完整的 虚拟DOM树,用于后面的渲染。

function createElement(tag) {
const { elementName: type, attributes: data, children } = tag
const { key, ref, ...props } = data
// 处理文本内容
let text
// 处理子级列表中的 string or number
// 同样转换为 VNode
if (children && children.length) {
let i, l = children.length
for (i = 0; i < l; ++i) {
const child = children[i]
if (['string', 'number'].includes(typeof child)) {
if (type === 'Text') {
// 基于 WebGL 的需要,区别于 DOM
// 这里新增一个 <Text> 标签,vnode.type === 'Text'
// 需特殊处理
if (text === undefined) text = ''
text += String(child)
} else {
// 非标签的文字节点, vnode.type === undefined
// 例如 <Container>Text</Container>
// 中间的 Text 其实是同样需要一个文字元素
children[i] = vnode(
undefined,
{},
undefined,
undefined,
undefined,
undefined,
String(children[i])
)
}
}
}
}
return vnode(type, props, ref, key, children, undefined, text)
}

执行,Perfect!打印下 JSX,可以看到一棵转换后的 VNode Tree,并且包含我们模板标签中的所有完整信息。

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图1. VNode Tree</p>

WebGL API

为了更好地 解耦视图层,我们把需要用到的一些与 WebGL 相关的 API 简单包裹下:

const Api = {
// 根据 标签类型 创建 视图元素
createElement(vnode) {
return new PIXI[vnode.type]()
},
// 创建、设置 文本元素
createTextElement(vnode) {
const { text: content = '', style } = vnode
return new PIXI.Text(content, style)
},
setTextContent(elm, content) {
if (elm && ['string', 'number'].includes(typeof content)) {
elm.text = content
}
},
// 获取父级
parentNode(elm) {
return elm && elm.parent
},
// 添加、删除子级
appendChild(parent, child) {
parent.addChild(child)
},
removeChild(parent, child) {
if (child && child.parent) {
parent.removeChild(child)
}
},
// 获取下一个兄弟元素
nextSibling(elm) {
const parent = Api.parentNode(elm)
if (parent) {
const index = parent.children.indexof(elm)
return parent.children[index + 1]
} else {
return undefined
}
},
// 插入到指定元素之前
insertBefore(parentElm, newElm, referenceElm) {
if (referenceElm) {
const refIndex = parentElm.children.indexOf(referenceElm)
parentElm.addChildAt(newElm, refIndex)
} else {
Api.appendChild(parentElm, newElm)
}
},
}

这一部分可以称为 对接层,可以对接到各个平台,如果使用原生 DOMAPI,则就是 Web 渲染,有点类似于 react-dom 所完成的事。

为了演示方便,我们就使用 pixi.js 来作为 渲染接口。这里与 WebGL 库无关,可以对接到 任意渲染框架

第四站: 创造之柱 - Render

有了 接口层 APIVNode 后,可以开始 创建真实视图元素,并同时根据 vnode.props 同步属性并绑定事件。最后 递归创建子级:

// 根据 vnode 创建 视图元素
function createElm(vnode) {
const { children, type, text, props } = vnode
// vnode 的 type 为字符串时,表示其为 元素节点
// 依照 type 创建 视图元素
if (type && typeof type === 'string') {
// 调用接口
vnode.elm = Api.createElement(vnode)
// 递归创建子级元素,并添加到父元素中
if (Array.isArray(children)) {
// 创建子级
let i, l = children.length
for (i = 0; i < l; ++i) {
Api.appendChild(vnode.elm, createElm(children[i]))
}
}
} else if (type === undefined && text) {
// 被非 <Text> 包裹的文字节点
vnode.elm = Api.createTextElement(vnode)
}
// 元素创建成功时,执行设置属性
if (vnode.elm) setProps(vnode.elm, props)
return vnode.elm
}
// 属性处理
// 将 虚拟DOM 上的属性同步设置到 上面创建的真实元素 elm 上
function setProps(elm, props) {
if (elm && typeof props === 'object') {
const keys = Object.keys(props)
let l = keys.length, i
for (i = 0; i < l; i++) {
const key = keys[i]
const value = props[key]
if (key.startsWith('on')) {
// 事件绑定
if (typeof value === 'function') {
const evName = key.substring(2).toLowerCase()
elm.on(evName, value)
}
} else {
// 属性设置
elm[key] = value
}
}
}
}

最后,我们可以开始渲染 VNode

function render(vnode, parent) {
// 根据 vnode 创建出对应的元素
const elm = createElm(vnode)
// 并添加到容器中即可
Api.appendChild(parent, elm)
return elm
}

大功告成,到这里我们已经成功完成把 JSX 的初次渲染了。那下一步的需求就是: 如何更新视图呢? 这里就是传说中的 Diff 算法的用武之地了!

第五站: 时空之匙 - Diff

说到 虚拟DOM 就马上能提到其核心的 diff 算法。当我们通过 setState 去更新组件时,是重新生成一棵全新的完整 虚拟DOM树,此时就需要对比 新旧两棵树的差异点,再针对性更新。也就是一种 计算得出两个对象差异 的算法。

这种 diff 算法其实使用的场景很多,例如我们很熟悉的代码版本控制。前后两份提交的代码需要比对出差异点,然后进行更新保存。只不过这里的 代码文件 变成了 虚拟DOM。由于 虚拟DOM 相当复杂,包含非常多的属性,并且可能拥有非常深的层级,因此如果用常规的循环递归去比较,时间复杂度为 O(n^3),这性能是无法接受的。

因此天才工程师们基于 Web 视图渲染的一些特征,在比对上通过 制定规则,选择性取舍,大大优化了算法的效率。包含以下三种优化策略:

1. 同层比对策略

由于在大部分 Web 视图渲染中,我们很少会去跨层级移动元素,移动元素通常出现在同层级的列表中,因此这里可以有一个优化策略:

只做同层级的比对,忽略跨层级的元素移动

传统的 diff 算法需要两层循环,每两个节点之间都需要进行对比。而制定了同层比对后,节点只需要跟同一层级的节点进行比对,如下图所示。

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图2. diff 比对策略</p>

此时,性能已经大大的提升了,时间复杂度优化成 O(n^2)。另外,如果真出现跨层级移动时,会直接将旧元素删除,在新的位置重新创建,也能保证更新的准确行。但可能会导致状态的丢失。

2. 唯一标识策略

虽然我们做了同层比对的优化,但此时有一个问题:

例如图2,当 C1 / C2 交换位置,我们在循环比对时,由于它们均属于相同类型的节点,单单通过 type 并无法正确区分,无法识别出位置的移动。只能做到把 C1 修改成 C2,把 C2 修改成 C1。这样不仅会 损耗性能,而且可能导致 状态丢失

最优的方式应该就是: 把 C1C2 正确交换位置。关键点就在于: 如何正确识别与区分节点。因此这里便引入了 key 作为唯一标识,用 type + key 便可确切地识别出节点的准确位置,从而将时间复杂度优化成了 O(n)

3. 组件模式策略

在复杂度方面,已经有了有效的优化。接下来,便是从逻辑层进行优化。

首先一个最大的损耗就是: 无法准确定位目标节点,需要 树遍历 寻找更新的目标节点。

如图2,我们只要更新 D节点,却必须从最根级的 A节点 逐层 diff,完整比对新旧两棵 虚拟树,这里有明显的无谓损耗。如果将 D节点 抽离成一个独立的模块,则可以只调用 D节点 自身的 diff。 因此便引入了 组件模式,能够 碎片化 虚拟DOM

如果我们确实需要同时更新 A / D 节点呢?其实左边分支 B1 节点并不需要更新,不需要 diff。如果能让 B1 节点拥有一个标识标识自己为非更新目标,在更新流中可以 主动打断更新流。那就可以只 diff A -> B2 -> D 这条线了。这里,便是我们熟知的 shouldComponentUpdate

Diff 的实现

首先我们先来梳理下两个 VNode diff 可能出现的情况:

  • 非同类型节点:

    • 直接 创建新元素替换旧元素
  • 同类型节点:

    • 更新属性、事件
    • 递归更新子级列表

<p style="text-align: center;font-weight: bold;">图3. diff 流程图</p>

根据这个流程图,我们可以先从入口开始实现。

function diff(oldVNode, newVNode) {
if (isSameVNode(oldVNode, newVNode)) {
// 开始 diff
// diffVNode
...
} else {
// 新节点替换旧节点
// replaceVNode
...
}
}
// 根据 type || key 判断是否为同类型节点
function isSameVNode(oldVNode, newVNode) {
return oldVNode.key === newVNode.key && oldVNode.type === newVNode.type
}

1. 当新旧节点不同时,直接替换 (replaceVNode)

function replaceVNode(oldVNode, newVNode) {
// 移除旧元素
const { elm: oldElm } = oldVNode
const parent = Api.parentNode(oldElm)
Api.removeChild(parent, oldElm)
// 创建新元素,并添加到父级中
const newElm = createElm(newVNode)
Api.appendChild(parent, newElm)
}

2. 当新旧节点为同一节点时,开始正式的比对 (diffVNode)

根据上面的流程图,我们也能明白这里我们要做以下这些事:

  • 比对属性与事件 (diffProps);
  • 递归比对子级列表: 这里也有三种情况;

    • 新旧节点 均有子级列表,则进入 列表比对 (diffChildren);
    • 旧节点没有 子级,新节点有 子级,则 直接 新增 新子级 (addVNodes);
    • 旧节点有 子级,新节点没有 子级,则 直接 删除 旧子级 (removeVNodes);

根据以上梳理,我们先来实现 diffVNode 这个函数。

function diffVNode(oldVNode, newVNode) {
const { elm, children: oldChild, text: oldText, props: oldProps } = oldVNode
const { children: newChild, text: newText, props: newProps } = newVNode
if (oldVNode === newVNode || !elm) return
// 已判断为同一节点,目的为 更新元素
// 因此直接复用旧元素
newVNode.elm = elm
// 比对属性与事件
diffProps(elm, oldProps, newProps)
const hasOldChild = !!(oldChild && oldChild.length)
const hasNewChild = !!(newChild && newChild.length)
// 判断为 元素节点 或者 文字节点
if (newText === undefined) {
// 元素节点
// 判断如何更新子级
if (hasOldChild && hasNewChild) {
// 新旧节点均存在子级列表时,直接 diff 列表
if (oldChild !== newChild) {
// diff 列表
diffChildren(elm, oldChild, newChild)
}
} else if (hasNewChild) {
// 旧节点 不包含子级,而新节点包含子级
// 则直接新增新子级
addVNodes(elm, null, newChild, 0, newChild.length - 1)
} else if (hasOldChild) {
// 新子级不包含元素,而旧节点包含子级
// 则需要删除旧子级
removeVNodes(elm, oldChild, 0, oldChild.length - 1)
} else if (oldText !== undefined) {
// 当新旧均无子级
// 这里有可能存在 <Text> 标签,且新内容为空
// 因此直接清空旧元素文字
Api.setTextContent(elm, '')
}
} else if (oldText !== newText) {
// 文字节点
// 当新旧文字内容不同时,直接修改内容
Api.setTextContent(elm, newText)
}
}
// 更新属性
function diffProps(elm, oldProps, newProps) {
if (oldProps === newProps || !elm) return
if (typeof oldProps === 'object' && typeof newProps === 'object') {
let keys = Object.keys(oldProps), i, l = keys.length
// 重置被删除的旧属性
for (i = 0; i < l; i++) {
const key = keys[i]
const oldValue = oldProps[key], newValue = newProps[key]
if (key.startsWith('on')) {
/*
* 当存在旧事件,且新旧值不一致时
* 事件解绑
*/
if (typeof oldValue === 'function' && oldValue !== newValue) {
const evName = key.substring(2).toLowerCase()
elm.off(evName, oldValue)
}
} else {
/*
* 属性被赋值时会被自动重置
* 只需要重置被删除的属性即可
*/
if (newValue === undefined) {
// 元素属性默认值
elm[key] = DEFAULT_PROPS[key]
}
}
}
// 设置新属性
setProps(elm, newProps)
}
}

比对子级列表 (diffChildren)

其实比对属性、事件都是相对简单的,而 子级列表的比对,才是整个 diff 算法中最核心且最考验性能的部分,因此这里的列表比对算法决定了整个更新渲染的性能。在 虚拟DOM 刚出现时,使用的是比较简单的 深度优先(DFS) + 排序比对 的方式。后来出现了更为高效且沿用至今的 两端比对算法 + Key值比对,直接把 diff 的效率提高了一个层级,且更好理解,有三种优先级不同的比对策略:

  • 优先从新旧列表的 两端四个节点 开始进行 两两比对
  • 如果均不匹配,则尝试 key 值比对

    • key 值 匹配上,则移动并更新节点;
    • 如 未匹配上,则在对应的位置上 新增新节点
  • 最后全部比对完后,列表中 剩余的节点 执行 删除或新增

这里这么说大家是不是一脸懵。没事,先稍微理解下就行。我们接下来直接用动画来更直观地看下两端比较算法的具体过程。这里就以刚才 图2 的子级列表为例,即:

  • oldChildren 包含 5 个子级节点: [A, B, C, D, E]
  • newChildren 的子级修改为: [F, C, B, D, A]
Tips:

如新旧列表中的 A,代表这两个节点为 同类型节点,即节点的 type / key 均相等;

第一轮比对:

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图4. diff 第一轮循环</p>

  • 1. 优先从新旧列表的两端正向开始,不相同: A !== FE !== A
  • 2. 两端交叉比对,发现 旧列表的第一项与新列表的末项相同 (isSameVNode):

    • 把旧列表中的第一项 移动 到最后一项;
    • 继续递归 diff 新旧 A

第二轮比对:

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图5. diff 第二轮循环</p>

  • 1. 同样,优先从两端正向比对,B !== F & E !== D
  • 2. 两端交叉比对,B !== D & E !== F
  • 3. 进入 key 比对:

    • 固定取 新列表首项 (F)
    • 循环与旧列表 key列表 逐项比对,均 无法匹配
    • 因此为 新节点,直接 创建并添加到旧列表首项

第三轮比对:

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图6. diff 第三轮循环</p>

  • 1. 两端正向、交叉比对,不匹配;
  • 2. 进入 key 比对

    • 固定取 新列表首项 (C)
    • 循环与旧列表逐项比对,匹配 到旧列表第二项;
    • 则把旧列表中的第二项 移动到首项,并继续 递归继续 diff 新旧 C

第四、五轮比对:

<p style="text-align: center; font-weight: bold;">图7. diff 第四五轮循环</p>

  • 1. 首项比对,匹配成功;

    • 递归继续 diff 新旧 B
    • 移动下标,进入下一轮比对;
  • 2. 同样首项比对匹配;

    • 递归继续 diff 新旧 D
    • 移动下标,进入下一轮比对;
  • 3. 新列表循环已结束,删除 旧列表中的剩余节点;

经过了五轮的比对,旧列表已经被成功更新。为了包含我们上面解释的三种策略,举例时用的是复杂度较高,较少出现的场景。在日常业务中,大部分都会更简单,性能表现会更好。接下来,我们把这个算法用代码实现下,采用 双列表游标 + while 循环 的方式:

function diffChildren(parentElm, oldChild, newChild) {
/**
* 更新子级列表
* 双列表游标 + while
*/
// 初始化游标
let oldStartIdx = 0, newStartIdx = 0
let oldEndIdx = oldChild.length - 1, newEndIdx = newChild.length - 1
// 列表首尾节点
let oldStartVNode = oldChild[0], oldEndVNode = oldChild[oldEndIdx]
let newStartVNode = newChild[0], newEndVNode = newChild[newEndIdx]
let oldKeyToIdx, idxInOld, elmToMove, before
/**
* 当起始游标 < 终止游标时,
* 表示列表中仍有未 diff 的节点
* 进入循环
*/
while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {
/**
* 1. 排除非有效的节点
* 剔除列表中包含的 undefined || false || null
*/
if (oldStartVNode == null) {
oldStartVNode = oldChild[++oldStartIdx]
} else if (oldEndVNode == null) {
oldEndVNode = oldChild[--oldEndIdx]
} else if (newStartVNode == null) {
newStartVNode = newChild[++newStartIdx]
} else if (newEndVNode == null) {
newEndVNode = newChild[--newEndIdx]
} else if (isSameVNode(oldStartVNode, newStartVNode)) {
/**
* 2. 正反向两两比对列表首项与末项匹配成功
* 移动游标,递归 diff 两个节点
* 均未匹配上,则进入 3. key 值比对
*/
diff(oldStartVNode, newStartVNode)
oldStartVNode = oldChild[++oldStartIdx]
newStartVNode = newChild[++newStartIdx]
} else if (isSameVNode(oldEndVNode, newEndVNode)) {
diff(oldEndVNode, newEndVNode)
oldEndVNode = oldChild[--oldEndIdx]
newEndVNode = newChild[--newEndIdx]
} else if (isSameVNode(oldStartVNode, newEndVNode)) {
Api.insertBefore(parentElm, oldStartVNode.elm, Api.nextSibling(oldEndVNode.elm))
diff(oldStartVNode, newEndVNode)
oldStartVNode = oldChild[++oldStartIdx]
newEndVNode = newChild[--newEndIdx]
} else if (isSameVNode(oldEndVNode, newStartVNode)) {
Api.insertBefore(parent, oldEndVNode.elm, oldStartVNode.elm)
diff(oldEndVNode, newStartVNode)
oldEndVNode = oldChild[--oldEndIdx]
newStartVNode = newChild[++newStartIdx]
} else {
/**
* 3. 两端比对均不匹配
* 进入 key 值比对
*/
// 根据剩余的旧列表创建 key list
if (!oldKeyToIdx) {
oldKeyToIdx = createKeyList(oldChild, oldStartIdx, oldEndIdx)
}
// 判断新列表项的 key值 是否存在
idxInOld = oldKeyToIdx[newStartVNode.key || '']
if (!idxInOld) {
/*
* 4. 新 key 值在旧列表中不存在
* 直接将该节点插入
*/
Api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVNode), oldStartVNode.elm)
newStartVNode = newChild[++newStartIdx]
} else {
/*
* 5. 新 key 在旧列表中存在时
* 继续判断是否为同类型节点
*/
elmToMove = oldChild[idxInOld]
if (isSameVNode(elmToMove, newStartVNode)) {
/*
* 6. 新旧节点类型一致
* key 有效,直接移动并 diff
*/
Api.insertBefore(parentElm, elmToMove.elm, oldStartVNode.elm)
diff(elmToMove, newStartVNode)
// 清空旧列表项
// 后续的比对可以直接跳过
oldChild[idxInOld] = undefined
} else {
/*
* 7. 新旧节点类型不一致
* key 效,直接创建元素并插入
*/
Api.insertBefore(parentElm, createElm(newStartVNode), oldStartVNode.elm)
}
newStartVNode = newChild[++newStartIdx]
}
}
}
/*
* 8. 当有游标列表为空时,则结束循环,进入策略3
* 当 旧列表为空 时,则创建并插入新列表中的剩余节点
* 当 新列表为空 时,则删除旧列表中的剩余节点
*/
if (oldStartIdx <= oldEndIdx || newStartIdx <= newEndIdx) {
if (oldStartIdx > oldEndIdx) {
// 新增节点
const vnode = newChild[newEndIdx + 1]
before = vnode ? vnode.elm : null
addVNodes(parentElm, before, newChild, newStartIdx, newEndIdx)
} else {
// 删除节点
removeVNodes(parentElm, oldChild, oldStartIdx, oldEndIdx)
}
}
}

恭喜童鞋们~ 我们完成了传说中的 两端比对算法 咯🥳。其实只要按比对的优先级把逻辑理清楚,逐一执行判断,思路还是比较清晰的。

实践建议

通过上面真正的代码编写以及了解实现原理后,我们其实能从中找到一些好的实践方式,从而优化我们的代码,提高性能。

1.props的传递

JSX 中标签可以传递属性,最简单的方式就是 值传递:

const tmp = <Container text="text" data={{ a: 1 }}>Text</Container>

由于在比对的时候,在判断 props 是否发生变化时,采用 全等 的比较。因此,当出现值是 引用对象 时,如果直接像上面这样, data 写在 JSX 中,则每次 diffdata 的值都是全新的对象,不会相等。即使对象属性全部一致,但每次均需要循环比对每一项属性。

因此建议:

  • 当属性值为 引用对象 时,如 ObjectArrayFunction等,直接使用 引用传递:
const data = { a: 1 }
const tmp = <Container text="text" data={data}>Text</Container>
  • 同理,当数据需要修改时,不要直接修改源对象,而是应该 遵循数据不可变原则,生成一个新对象。

这样的建议可以有效降低 diff 时的性能损耗,当场景复杂时,收益就比较可观了。

2. 渲染树结构稳定

diff 算法采用的 同层比对 的策略,因此如果是跨层级的移动,就会 重新创建新节点并删除原来的节点,并不是真正的移动。所以保证 渲染树结构稳定 可以有效提高性能。

  • 尽量避免节点的 跨层级移动
  • 如无法避免,则需要考虑 状态同步 的问题;
  • 同层移动同样也会在 diff 时需要额外的循环比对,应该减少不必要的频繁移动;

3. key 的使用

当需要列表中 VNode同层移动 时,加上唯一标识 key 能有效提高 diff 性能,避免元素的 重渲染

  • 注意确保 VNode.keydiff 前后的 一致,这样才可有效提升性能,避免使用 indexMath.random、时间戳等值;
  • 即使在非循环列表渲染时,给标签添加 key 值同样会生效,不同的 key 会导致节点被判定为非同类节点,从而进行替换;

4. 组件化

  • 复用性高 且需要 频繁更新 的节点抽离成 组件,会使 VNode Tree 碎片化,从而能更有效地进行 局部更新,减少触发 diff 的节点数量,提高性能且提高代码复用率;
  • 但由于组件的创建和 diff 相比普通节点来说更为 复杂,需要执行例如生命周期,组件比对 等,所以需要 合理规划,避免 过分组件化 导致 内存的浪费和影响性能,一些 复用率低的静态元素 直接使用元素节点更为合理;

第六站: 休憩之地 - 总结归纳

受篇幅所限,本文暂且完成到这里。先来总结回顾下我们完成的部分:

  • 1. JSX 是一种 动态模板语法,通过 Babel 编译为 createElement 函数;
  • 2. createElementJSX 转换为 虚拟Dom(VNode),包含完整的标签信息 (类型、属性、子级列表);
  • 3. 虚拟DOM 是一种 牺牲最小性能与空间,换取 架构优化 的方式,其 组件化 以及 解耦 的思想,提高了项目的拓展性、复用性与可维护性,同时为 跨平台渲染 奠定基础;
  • 4. 通过实现 createElmrender,完成 VNode初次渲染
  • 5. Diff 是一种 计算得出两个 VNode 差异 的算法,使用 同层比对、唯一标识、组件模式 优化了算法比对性能,将时间复杂度降低为 O(n)
  • 6. 列表比对 (diffChildren) 采用 两端比对算法 + Key值比对 算法,大大提高了 Diff 效率;
  • 7. 实现 diffVNodediffPropsdiffChildren,完成 VNode动态更新

我们完成了框架最核心的 JSX - Render - Diff 的渲染更新的主机制,奠定了最底层的基础。在下一篇文章中,我们将继续基于此完成 组件化(Component)组件更新(setState) 以及 生命周期。希望能帮助大家更了解 React,掌握一些优秀的编程思维。

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这篇文章所完成的类 React 框架是过去几个月我自己在 Web 游戏方面的尝试和探索,目的是期望能 降低传统前端工程师开发游戏的门槛引入前端开发模式提升开发效率,使 前端开发 与 游戏开发 形成一定程度的优势互补。当然这个目标很大,也并不简单,规划中仍然有许多工作要做。有兴趣的小伙伴移步 github 查看完整代码:

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