虚拟DOM内部是如何工作的

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Virtual DOM很神奇,同时也比较复杂,难以理解。react,preact和相似的js库都使用了virtual dom。然而,我找不到任何好的文章或者文档,可以详细地又容易理解的方式来解释它。因此我决定自己写一篇。

注意:文章篇幅较长,文中有大量的图片来帮助理解。文中使用的是preact的代码,因为它体积小,容易阅读。但是它与React里大部分的概率是保持一致的。希望阅读完这篇文章后,你可以更好地理解React和Preact这样的类库,甚至为它们作出贡献。

在这篇文章中,我将列举一个简单的例子来解释以下这些是如何工作的:

  1. Babel和JSX
  2. 创建VNode-一个简单的virtual DOM元素
  3. 处理组件和子组件
  4. 初始化渲染和创建一个DOM元素
  5. 重新渲染
  6. 移除DOM元素
  7. 替换DOM元素

The app

这是一个简单地可筛选的搜索应用,它包含了两个组件FilteredListListList组件用来渲染一组items(默认:"California"和"New York")。这个应用有一个搜索框,可以根据字母来过滤列表项。非常地直观:

img

概览图

我们用jsx来写组件,它会被babel转换成纯js,然后Preact的h函数会将这段js转换成DOM树,最后Preact的Virtual DOM算法会将virtual DOM转换成真实的DOM树,来构建我们的应用。 img

在深入Virtual DOM的生命周期之前,我们先理解一下jsx,因为它为库提供了入口。

Babel And JSX

在React,Preact这样的类库中,没有HTML标签,取而代之的是,一切都是javascript。所以我们要在js中写HTML标签,但是在js中写HTML简直就是噩梦😱

对于我们的应用来说,我们将会像下面这样来写HTML

img img

这就是jsx的由来。jsx本质上就是允许我们在javascript中书写HTML!并且允许我们在HTML中通过使用花括号来使用js。 jsx帮助我们像下面这样写组件 img img

jsx转换成js

jsx很酷,但它不是合法的js,并且最终我们需要的是真实的DOM。JSX只是帮助编写一个真实DOM的替代品,除此之外,它别无用处。所以我们需要一种方法将它转换成对应的JSON对象(也就是Virtual DOM),作为转化成真实DOM的输入。我们需要一个函数来实现这个功能。

在Preact中h函数就是干这件事情的,等同于React中的React.createElement

但是如何将jsx转换成h函数的调用呢?Babel就是干这件事情的。Babel遍历每个jsx节点,并将它们转换成h函数调用。 img

Babel JSX(React vs Preact)

默认情况下,Babel将jsx转换成React.createElement调用 img 但是我们可以很容易地将函数名修改成任何名称,只需要在babelrc中配置一下即可

Option 1:
//.babelrc
{   "plugins": [
      ["transform-react-jsx", { "pragma": "h" }]
     ]
}
Option 2:
//Add the below comment as the 1st line in every JSX file
/** @jsx h */

img

挂载到真实DOM

不仅仅是render中的代码会被转换成h函数,最初的挂载也会!

这就是代码执行开始的地方

//Mount to real DOM
render(<FilteredList/>, document.getElementById(‘app’));
//Converted to "h":
render(h(FilteredList), document.getElementById(‘app’));

h函数的输出

h函数将jsx转化后的内容转换成Virtual DOM节点。一个Preact的Virtual DOM节点就是一个简单的代表了单个包含属性和子节点的DOM节点的js对象,如下所示:

{
   "nodeName": "",
   "attributes": {},
   "children": []
}

比如,应用的input标签对应的Virtual DOM如下:

{
   "nodeName": "input",
   "attributes": {
    "type": "text",
    "placeholder": "Search",
    "onChange": ""
   },
   "children": []
}

注意:h函数并不是创建整棵树!它只是简单地创建某个节点的js对象。但是因为render方法。。。

好了,让我们看看Virtual DOM是如何工作的。

Preact中的Virtual DOM算法

在下面的流程图中,展示了在Preact中,组件是如何被创建、更新和删除的过程。同时也展示了像componentWillMount这样的生命周期事件是什么时候被调用的。 img

现在理解起来有些困难,所以我们一步一步来拆解流程图中的每种情况。

情景1:初始化app

1.1 创建Virtual DOM

高亮的部分展示了根据给定的组件生成的Virtual DOM树。注意一点这里并没有为子组件创建Virtual DOM img 下面这幅图展示了应用首次加载时发生的情况。这个库最后为FilteredList组件创建了带有子节点和属性 的Virtual DOM img 注意:在这个过程中还调用了componentWillMountrender生命周期方法(在上图中的绿色区块)

此时,我们有了一个Virtual DOM,div元素是父亲节点,带有一个input和一个list的子节点

1.2 如果不是一个组件,则创建真实的DOM

在这一步中,它只是为父亲节点创建一个真实DOM,对于子节点,重复这个过程 img 此时,我们在下图中只有一个div展示出来 img

1.3 对于子元素重复这个过程

在这一步中,循环所有的子节点。在我们的应用中,将会循环input和list img

1.4 处理孩子节点和添加到父亲节点

在这一步中,我们将会处理叶子节点,由于input有个父节点div,那么我们将会将input添加到div中作为 子节点。然后流程转向创建List(第二个子节点是div) img 此时,我们的app长下面这样 img

注意:在input被创建之后,由于它没有任何子节点,并不会立马就去循环和创建List组件。相反地,它会首先 把input标签添加到父节点div中去,完事之后再返回处理List标签

1.5 处理子节点

现在控制流回到了步骤1.1,并且开始处理List组件。但是由于List是一个组件,所以它会遍历执行自身的render方法,从而获得一组VNodes,就像下面这样: imgList组件的循环完成时,它会返回List的VNode,就像下面这样: img

1.6 对于所有的子节点,重复步骤1.1到1.4

对于每个节点,它将会重复以上的每一步。一旦到达叶子节点,它将会被加入到父节点中去,并且重复这个过程。 img 下面的图片展示了每个节点是如何添加上去的(深度优先遍历) img

1.7 处理完成

此时已经完成了处理过程。然后对于所有的组件,会调用componentDidMount方法(从子组件开始,直到父组件) img

注意:当一切准备就绪,一个真实DOM的引用会被添加到每个组件的实例中。这个引用会在接下来的一些更新操作(创建、更新、删除)被用来比较,避免重复创建相同的DOM节点

情景2:删除叶子节点

当输入"cal"并按回车,这将会删除第二个列表子元素,也就是一个叶子节点(New York),同时其他父元素都会保留。 img

让我们看下这种情景下,流程是怎么样的

2.1 创建VNodes

在初始化渲染之后,后面的每次改变都是一次"更新"。当创建VNodes时,更新周期与创建周期非常相似,并且再一次创建所有的VNodes。不过既然是更新(不是创建)组件,将会调用每个组件和子组件相应的componentWillReceiveProps,shouldComponentUpdatecomponentWillUpdate方法。

另外,更新周期并不会重新创建已经存在的DOM元素。 img

2.2 使用真实DOM引用,避免创建重复的节点

之前提到过,在初始化加载期间,每个组件都有一个指向真实DOM树的引用。下面的图展示了引用是如何寻找我们的应用的。

img 当VNodes被创建后,每个VNode的属性都会与真实DOM的属性相比较。如果真实DOM存在,循环将会转移到下个节点 img

2.3 如果在真实DOM中有其它的节点,则删除

下面的图展示了真实DOM和VNode之间的不同

img 由于存在不同,真实DOM中的"New York"节点会被算法删除掉,正如下面图展示的那样。这个算法也称为"componentDidUpdate"生命周期。 img

情景3-卸载整个组件

举例:当输入blabla时,由于不匹配"California"和"New York",我们将不会渲染子组件List。这意味着,我们需要卸载整个组件 img img 删除一个组件类似于删除一个单独的节点。除此之外,当我们删除一个包含组件引用的节点,将会调用"componentWillUnmount",然后递归删除所有的DOM元素。在删除了所有的真实DOM元素之后,"componentDidUnmount"将会被调用。 下面的图片展示了真实DOM元素"ul"包含了指向"List"组件的引用。 img 下面的图片在流程图中高亮了deleting/unmounting一个组件是如何工作的 img

最后

希望这篇文章能帮助你理解Virtual DOM是如何工作的(至少在Preact中)