从0到1实现一个虚拟DOM_vlambda技术博客

vlambda
2020-08-20

从0到1实现一个虚拟DOM

来源 | https://segmentfault.com/a/1190000021331850

要构建自己的虚拟 DOM，需要知道两件事。你甚至不需要深入 React 的源代码或者深入任何其他虚拟 DOM 实现的源代码，因为它们是如此庞大和复杂——但实际上，虚拟 DOM 的主要部分只需不到 50 行代码。

有两个概念:

Virtual DOM 是真实 DOM 的映射
当虚拟 DOM 树中的某些节点改变时，会得到一个新的虚拟树。算法对这两棵树(新树和旧树)进行比较，找出差异，然后只需要在真实的 DOM 上做出相应的改变。

用 JS 对象模拟 DOM 树

首先，我们需要以某种方式将 DOM 树存储在内存中。可以使用普通的 JS 对象来做。假设我们有这样一棵树:

  
    
    
  
   
     
     
   <ul class="”list”">
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
   </ul>

看起来很简单，对吧? 如何用 JS 对象来表示呢?

  
    
    
  
   
     
     
   { type: ‘ul’, props: { ‘class’: ‘list’ }, children: [
   
     
     
    { type: ‘li’, props: {}, children: [‘item 1’] },
   
     
     
    { type: ‘li’, props: {}, children: [‘item 2’] }
   
     
     
   ] }

这里有两件事需要注意:

用如下对象表示 DOM 元素

  
    
    
  
   
     
     
   { type: ‘…’, props: { … }, children: [ … ] }

用普通 JS 字符串表示 DOM 文本节点

但是用这种方式表示内容很多的 Dom 树是相当困难的。这里来写一个辅助函数，这样更容易理解：

  
    
    
  
   
     
     
   function h(type, props, …children) {
   
     
     
    return { type, props, children };
   
     
     
   }

用这个方法重新整理一开始代码：

  
    
    
  
   
     
     
   h(‘ul’, { ‘class’: ‘list’ },
   
     
     
    h(‘li’, {}, ‘item 1’),
   
     
     
    h(‘li’, {}, ‘item 2’),
   
     
     
   );

这样看起来简洁多了，还可以更进一步。这里使用 JSX,如下：

  
    
    
  
   
     
     
   <ul className="”list”">
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
   </ul>

编译成：

  
    
    
  
   
     
     
   React.createElement(‘ul’, { className: ‘list’ },
   
     
     
    React.createElement(‘li’, {}, ‘item 1’),
   
     
     
    React.createElement(‘li’, {}, ‘item 2’),
   
     
     
   );

是不是看起来有点熟悉？如果能够用我们刚定义的 h(...) 函数代替 React.createElement(…) ，那么我们也能使用 JSX 语法。其实，只需要在源文件头部加上这么一句注释：

  
    
    
  
   
     
     
   /** @jsx h */
   
     
     
   <ul className="”list”">
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
   </ul>

它实际上告诉 Babel ‘ 嘿，小老弟帮我编译 JSX 语法，用 h(...) 函数代替 React.createElement(…) ，然后 Babel 就开始编译。’

综上所述，我们将 DOM 写成这样:

  
    
    
  
   
     
     
   /** @jsx h */ const a = (
   
     
     
   <ul className="”list”">
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
   </ul>
   
     
     
   );

Babel 会帮我们编译成这样的代码:

  
    
    
  
   
     
     
   const a = (
   
     
     
    h(‘ul’, { className: ‘list’ },
   
     
     
    h(‘li’, {}, ‘item 1’),
   
     
     
    h(‘li’, {}, ‘item 2’),
   
     
     
    );
   
     
     
   );

当函数 “h” 执行时，它将返回普通 JS 对象-即我们的虚拟 DOM:

  
    
    
  
   
     
     
   const a = (
   
     
     
    { type: ‘ul’, props: { className: ‘list’ }, children: [
   
     
     
    { type: ‘li’, props: {}, children: [‘item 1’] },
   
     
     
    { type: ‘li’, props: {}, children: [‘item 2’] }
   
     
     
    ] }
   
     
     
   );

从 Virtual DOM 映射到真实 DOM

好了，现在我们有了 DOM 树，用普通的 JS 对象表示，还有我们自己的结构。这很酷，但我们需要从它创建一个真正的 DOM。

首先让我们做一些假设并声明一些术语:

使用以’ $ ‘开头的变量表示真正的 DOM 节点(元素，文本节点)，因此 \$parent 将会是一个真实的 DOM 元素
虚拟 DOM 使用名为 node 的变量表示

*就像在React中一样，只能有一个根节点——所有其他节点都在其中。

那么，来编写一个函数 createElement(…) ，它将获取一个虚拟 DOM 节点并返回一个真实的 DOM 节点。这里先不考虑 props 和 children 属性：

  
    
    
  
   
     
     
   function createElement(node) {
   
     
     
    if (typeof node === ‘string’) {
   
     
     
    return document.createTextNode(node);
   
     
     
    }
   
     
     
    return document.createElement(node.type);
   
     
     
   }

上述方法我也可以创建有两种节点分别是文本节点和 Dom 元素节点，它们是类型为的 JS 对象：

  
    
    
  
   
     
     
   { type: ‘…’, props: { … }, children: [ … ] }

因此，可以在函数 createElement 传入虚拟文本节点和虚拟元素节点——这是可行的。

现在让我们考虑子节点——它们中的每一个都是文本节点或元素。所以它们也可以用 createElement(…) 函数创建。是的，这就像递归一样，所以我们可以为每个元素的子元素调用 createElement(…)，然后使用 appendChild() 添加到我们的元素中:

  
    
    
  
   
     
     
   function createElement(node) {
   
     
     
    if (typeof node === ‘string’) {
   
     
     
    return document.createTextNode(node);
   
     
     
    }
   
     
     
    const $el = document.createElement(node.type);
   
     
     
    node.children
   
     
     
    .map(createElement)
   
     
     
    .forEach($el.appendChild.bind($el));
   
     
     
    return $el;
   
     
     
   }

哇，看起来不错。先把节点 props 属性放到一边。待会再谈。我们不需要它们来理解虚拟 DOM 的基本概念，因为它们会增加复杂性。

完整代码如下：

  
    
    
  
   
     
     
   /** @jsx h */
   
     
     
   

   
     
     
   function h(type, props, ...children) {
   
     
     
    return { type, props, children };
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   function createElement(node) {
   
     
     
    if (typeof node === "string") {
   
     
     
    return document.createTextNode(node);
   
     
     
    }
   
     
     
    const $el = document.createElement(node.type);
   
     
     
    node.children.map(createElement).forEach($el.appendChild.bind($el));
   
     
     
    return $el;
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   const a = (
   
     
     
    <ul class="list">
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
    </ul>
   
     
     
   );
   
     
     
   

   
     
     
   const $root = document.getElementById("root");
   
     
     
   $root.appendChild(createElement(a));

比较两棵虚拟 DOM 树的差异

现在我们可以将虚拟 DOM 转换为真实的 DOM，这就需要考虑比较两棵 DOM 树的差异。基本的，我们需要一个算法来比较新的树和旧的树，它能够让我们知道什么地方改变了，然后相应的去改变真实的 DOM。

怎么比较 DOM 树？需要处理下面的情况：

添加新节点，使用 appendChild(…) 方法添加节点

从0到1实现一个虚拟DOM

移除老节点，使用 removeChild(…) 方法移除老的节点

从0到1实现一个虚拟DOM

节点的替换，使用 replaceChild(…) 方法

从0到1实现一个虚拟DOM

如果节点相同的——就需要需要深度比较子节点

从0到1实现一个虚拟DOM

编写一个名为 updateElement(…) 的函数，它接受三个参数—— $parent、newNode 和 oldNode，其中 \$parent 是虚拟节点的一个实际 DOM 元素的父元素。现在来看看如何处理上面描述的所有情况。

添加新节点

  
    
    
  
   
     
     
   function updateElement($parent, newNode, oldNode) {
   
     
     
    if (!oldNode) {
   
     
     
    $parent.appendChild(createElement(newNode));
   
     
     
    }
   
     
     
   }

移除老节点

这里遇到了一个问题——如果在新虚拟树的当前位置没有节点——我们应该从实际的 DOM 中删除它—— 这要如何做呢?

如果我们已知父元素(通过参数传递)，我们就能调用 $parent.removeChild(…) 方法把变化映射到真实的 DOM 上。但前提是我们得知道我们的节点在父元素上的索引，我们才能通过 \$parent.childNodes[index] 得到该节点的引用。

好的，让我们假设这个索引将被传递给 updateElement 函数(它确实会被传递——稍后将看到)。代码如下:

  
    
    
  
   
     
     
   function updateElement($parent, newNode, oldNode, index = 0) {
   
     
     
    if (!oldNode) {
   
     
     
    $parent.appendChild(createElement(newNode));
   
     
     
    } else if (!newNode) {
   
     
     
    $parent.removeChild($parent.childNodes[index]);
   
     
     
    }
   
     
     
   }

节点的替换

首先，需要编写一个函数来比较两个节点(旧节点和新节点)，并告诉节点是否真的发生了变化。还有需要考虑这个节点可以是元素或是文本节点:

  
    
    
  
   
     
     
   function changed(node1, node2) {
   
     
     
    return typeof node1 !== typeof node2 ||
   
     
     
    typeof node1 === ‘string’ && node1 !== node2 ||
   
     
     
    node1.type !== node2.type
   
     
     
   }

现在，当前的节点有了 index 属性，就可以很简单的用新节点替换它：

  
    
    
  
   
     
     
   function updateElement($parent, newNode, oldNode, index = 0) {
   
     
     
    if (!oldNode) {
   
     
     
    $parent.appendChild(createElement(newNode));
   
     
     
    } else if (!newNode) {
   
     
     
    $parent.removeChild($parent.childNodes[index]);
   
     
     
    } else if (changed(newNode, oldNode)) {
   
     
     
    $parent.replaceChild(createElement(newNode), $parent.childNodes[index]);
   
     
     
    }
   
     
     
   }

比较子节点

最后，但并非最不重要的是——我们应该遍历这两个节点的每一个子节点并比较它们——实际上为每个节点调用updateElement(…)方法，同样需要用到递归。

当节点是 DOM 元素时我们才需要比较( 文本节点没有子节点 )
我们需要传递当前的节点的引用作为父节点
我们应该一个一个的比较所有的子节点，即使它是 undefined 也没有关系，我们的函数也会正确处理它。
最后是 index，它是子数组中子节点的 index

  
    
    
  
   
     
     
   function updateElement($parent, newNode, oldNode, index = 0) {
   
     
     
    if (!oldNode) {
   
     
     
    $parent.appendChild(createElement(newNode));
   
     
     
    } else if (!newNode) {
   
     
     
    $parent.removeChild($parent.childNodes[index]);
   
     
     
    } else if (changed(newNode, oldNode)) {
   
     
     
    $parent.replaceChild(createElement(newNode), $parent.childNodes[index]);
   
     
     
    } else if (newNode.type) {
   
     
     
    const newLength = newNode.children.length;
   
     
     
    const oldLength = oldNode.children.length;
   
     
     
    for (let i = 0; i < newLength || i < oldLength; i++) {
   
     
     
    updateElement(
   
     
     
    $parent.childNodes[index],
   
     
     
    newNode.children[i],
   
     
     
    oldNode.children[i],
   
     
     
    i
   
     
     
    );
   
     
     
    }
   
     
     
    }
   
     
     
   }

完整的代码

Babel+JSX
/*_ @jsx h_ /

  
    
    
  
   
     
     
   function h(type, props, ...children) {
   
     
     
    return { type, props, children };
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   function createElement(node) {
   
     
     
    if (typeof node === "string") {
   
     
     
    return document.createTextNode(node);
   
     
     
    }
   
     
     
    const $el = document.createElement(node.type);
   
     
     
    node.children.map(createElement).forEach($el.appendChild.bind($el));
   
     
     
    return $el;
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   function changed(node1, node2) {
   
     
     
    return (
   
     
     
    typeof node1 !== typeof node2 ||
   
     
     
    (typeof node1 === "string" && node1 !== node2) ||
   
     
     
    node1.type !== node2.type
   
     
     
    );
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   function updateElement($parent, newNode, oldNode, index = 0) {
   
     
     
    if (!oldNode) {
   
     
     
    $parent.appendChild(createElement(newNode));
   
     
     
    } else if (!newNode) {
   
     
     
    $parent.removeChild($parent.childNodes[index]);
   
     
     
    } else if (changed(newNode, oldNode)) {
   
     
     
    $parent.replaceChild(createElement(newNode), $parent.childNodes[index]);
   
     
     
    } else if (newNode.type) {
   
     
     
    const newLength = newNode.children.length;
   
     
     
    const oldLength = oldNode.children.length;
   
     
     
    for (let i = 0; i < newLength || i < oldLength; i++) {
   
     
     
    updateElement(
   
     
     
    $parent.childNodes[index],
   
     
     
    newNode.children[i],
   
     
     
    oldNode.children[i],
   
     
     
    i
   
     
     
    );
   
     
     
    }
   
     
     
    }
   
     
     
   }
   
     
     
   

   
     
     
   // ---------------------------------------------------------------------
   
     
     
   

   
     
     
   const a = (
   
     
     
    <ul>
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>item 2</li>
   
     
     
    </ul>
   
     
     
   );
   
     
     
   

   
     
     
   const b = (
   
     
     
    <ul>
   
     
     
    <li>item 1</li>
   
     
     
    <li>hello!</li>
   
     
     
    </ul>
   
     
     
   );
   
     
     
   

   
     
     
   const $root = document.getElementById("root");
   
     
     
   const $reload = document.getElementById("reload");
   
     
     
   

   
     
     
   updateElement($root, a);
   
     
     
   $reload.addEventListener("click", () => {
   
     
     
    updateElement($root, b, a);
   
     
     
   });

HTML

  
    
    
  
   
     
     
   <button id="reload">RELOAD</button>
   
     
     
   <div id="root"></div>

CSS

  
    
    
  
   
     
     
   #root {
   
     
     
    border: 1px solid black;
   
     
     
    padding: 10px;
   
     
     
    margin: 30px 0 0 0;
   
     
     
   }

打开开发者工具，并观察当按下“Reload”按钮时应用的更改。

从0到1实现一个虚拟DOM

总结

现在我们已经编写了虚拟 DOM 实现及了解它的工作原理。作者希望，在阅读了本文之后，对理解虚拟 DOM 如何工作的基本概念以及在幕后如何进行响应有一定的了解。

然而，这里有一些东西没有突出显示(将在以后的文章中介绍它们):

设置元素属性(props)并进行 diffing/updating
处理事件——向元素中添加事件监听
让虚拟 DOM 与组件一起工作，比如 React
获取对实际 DOM 节点的引用
使用带有库的虚拟 DOM，这些库可以直接改变真实的 DOM，比如 jQuery 及其插件

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