拋磚引玉

React通過引入Virtual DOM的概念，極大地避免無效的Dom操作，已使我們的頁面的構建效率提到了極大的提升。但是如何高效地通過對比新舊Virtual DOM來找出真正的Dom變化之處同樣也決定著頁面的性能，React用其特殊的diff算法解決這個問題。Virtual DOM+React diff的組合極大地保障了React的性能，使其在業(yè)界有著不錯的性能口碑。diff算法并非React首創(chuàng)，React只是對diff算法做了一個優(yōu)化，但卻是因為這個優(yōu)化，給React帶來了極大的性能提升，不禁讓人感嘆React創(chuàng)造者們的智慧！接下來我們就探究一下React的diff算法。

傳統diff算法

在文章開頭我們提到React的diff算法給React帶來了極大的性能提升，而之前的React diff算法是在傳統diff算法上的優(yōu)化。下面我們先看一下傳統的diff算法是什么樣子的。

傳統diff算法通過循環(huán)遞歸對節(jié)點進行依次對比，效率低下，算法復雜度達到 O(n^3)，其中 n 是樹中節(jié)點的總數。

O(n^3) 到底有多可怕呢？這意味著如果要展示 1000 個節(jié)點，就要依次執(zhí)行上十億次 的比較，這種指數型的性能消耗對于前端渲染場景來說代價太高了。而React卻這個diff算法時間復雜度從O(n3)降到O(n)。O(n3)到O(n)的提升有多大，我們通過一張圖來看一下。

從上面這張圖來看，React的diff算法所帶來的提升無疑是巨大無比的。接下來我們再看一張圖：

從1979到2011，30多年的時間，才將時間復雜度搞到O(n^3)，而React從開源到現在不過區(qū)區(qū)幾年的時間，卻一下子干到O(n)，到這里不禁再次膜拜一下React的創(chuàng)造者們。

那么React這個diff算法是如何做到的呢？

React diff原理

前面我們講到傳統diff算法的時間復雜度為O(n3),其中n為樹中節(jié)點的總數，隨著n的增加，diff所耗費的時間將呈現爆炸性的增長。react卻利用其特殊的diff算法做到了O(n3)到O(n)的飛躍性的提升，而完成這一壯舉的法寶就是下面這三條看似簡單的diff策略：

• Web UI中DOM節(jié)點跨層級的移動操作特別少，可以忽略不計。
• 擁有相同類的兩個組件將會生成相似的樹形結構，擁有不同類的兩個組件將會生成不同的樹形結構。
• 對于同一層級的一組子節(jié)點，它們可以通過唯一 id 進行區(qū)分。

在上面三個策略的基礎上，React 分別將對應的tree diff、component diff 以及 element diff 進行算法優(yōu)化，極大地提升了diff效率。

tree diff

基于策略一，React 對樹的算法進行了簡潔明了的優(yōu)化，即對樹進行分層比較，兩棵樹只會對同一層次的節(jié)點進行比較。

既然 DOM 節(jié)點跨層級的移動操作少到可以忽略不計，針對這一現象，React只會對相同層級的 DOM 節(jié)點進行比較，即同一個父節(jié)點下的所有子節(jié)點。當發(fā)現節(jié)點已經不存在時，則該節(jié)點及其子節(jié)點會被完全刪除掉，不會用于進一步的比較。這樣只需要對樹進行一次遍歷，便能完成整個 DOM 樹的比較。

策略一的前提是Web UI中DOM節(jié)點跨層級的移動操作特別少，但并沒有否定DOM節(jié)點跨層級的操作的存在，那么當遇到這種操作時，React是如何處理的呢？

接下來我們通過一張圖來展示整個處理過程：

A 節(jié)點(包括其子節(jié)點)整個被移動到 D 節(jié)點下，由于 React 只會簡單地考慮同層級節(jié)點的位置變換，而對于不 同層級的節(jié)點，只有創(chuàng)建和刪除操作。當根節(jié)點發(fā)現子節(jié)點中 A 消失了，就會直接銷毀 A;當 D 發(fā)現多了一個子節(jié)點 A，則會創(chuàng) 建新的 A(包括子節(jié)點)作為其子節(jié)點。此時，diff 的執(zhí)行情況:create A → create B → create C → delete A。

由此可以發(fā)現，當出現節(jié)點跨層級移動時，并不會出現想象中的移動操作，而是以 A 為根節(jié)點的整個樹被重新創(chuàng)建。這是一種影響React性能的操作，因此官方建議不要進行 DOM 節(jié)點跨層級的操作。

在開發(fā)組件時，保持穩(wěn)定的 DOM 結構會有助于性能的提升。例如，可以通過 CSS 隱藏或顯示節(jié)點，而不是真正地移

除或添加 DOM 節(jié)點。

component diff

React 是基于組件構建應用的，對于組件間的比較所采取的策略也是非常簡潔、高效的。

如果是同一類型的組件，按照原策略繼續(xù)比較 Virtual DOM 樹即可。

如果不是，則將該組件判斷為 dirty component，從而替換整個組件下的所有子節(jié)點。

對于同一類型的組件，有可能其 Virtual DOM 沒有任何變化，如果能夠確切知道這點，那么就可以節(jié)省大量的 diff 運算時間。因此，React允許用戶通過shouldComponentUpdate()來判斷該組件是否需進行diff算法分析，但是如果調用了forceUpdate方法，shouldComponentUpdate則失效。

參考React實戰(zhàn)視頻講解：進入學習

接下來我們看下面這個例子是如何實現轉換的：

轉換流程如下：

當組件D變?yōu)榻M件G時，即使這兩個組件結構相似，一旦React判斷D和G是不同類型的組件，就不會比較二 者的結構，而是直接刪除組件D，重新創(chuàng)建組件G及其子節(jié)點。雖然當兩個組件是不同類型但結構相似時，diff會影響性能，但正如React官方博客所言:不同類型的組件很少存在相似DOM樹的情況，因此這種極端因素很難在實際開發(fā)過程中造成重大的影響。

element diff

當節(jié)點處于同一層級時，diff 提供了 3 種節(jié)點操作，分別為 INSERT_MARKUP (插入)、MOVE_EXISTING (移動)和 REMOVE_NODE (刪除)。

INSERT_MARKUP :新的組件類型不在舊集合里，即全新的節(jié)點，需要對新節(jié)點執(zhí)行插入操作。

MOVE_EXISTING :舊集合中有新組件類型，且 element 是可更新的類型，generateComponentChildren 已調用

receiveComponent ，這種情況下 prevChild=nextChild ，就需要做移動操作，可以復用以前的 DOM 節(jié)點。

REMOVE_NODE :舊組件類型，在新集合里也有，但對應的 element 不同則不能直接復用和更新，需要執(zhí)行刪除操作，或者舊組件不在新集合里的，也需要執(zhí)行刪除操作。

舊集合中包含節(jié)點A、B、C和D，更新后的新集合中包含節(jié)點B、A、D和C，此時新舊集合進行diff差異化對比，發(fā)現B!=A，則創(chuàng)建并插入B至新集合，刪除舊集合A;以此類推，創(chuàng)建并插入A、D和C，刪除B、C和D。

我們發(fā)現這些都是相同的節(jié)點，僅僅是位置發(fā)生了變化，但卻需要進行繁雜低效的刪除、創(chuàng)建操作，其實只要對這些節(jié)點進行位置移動即可。React針對這一現象提出了一種優(yōu)化策略：允許開發(fā)者對同一層級的同組子節(jié)點，添加唯一 key 進行區(qū)分。 雖然只是小小的改動，性能上卻發(fā)生了翻天覆地的變化!我們再來看一下應用了這個策略之后，react diff是如何操作的。

通過key可以準確地發(fā)現新舊集合中的節(jié)點都是相同的節(jié)點，因此無需進行節(jié)點刪除和創(chuàng)建，只需要將舊集合中節(jié)點的位置進行移動，更新為新集合中節(jié)點的位置，此時React 給出的diff結果為:B、D不做任何操作，A、C進行移動操作即可。

具體的流程我們用一張表格來展現一下：

• index： 新集合的遍歷下標。
• oldIndex：當前節(jié)點在老集合中的下標。
• maxIndex：在新集合訪問過的節(jié)點中，其在老集合的最大下標值。

操作一欄中只比較oldIndex和maxIndex：

• 當oldIndex>maxIndex時，將oldIndex的值賦值給maxIndex
• 當oldIndex=maxIndex時，不操作
• 當oldIndex<maxIndex時，將當前節(jié)點移動到index的位置

上面的例子僅僅是在新舊集合中的節(jié)點都是相同的節(jié)點的情況下，那如果新集合中有新加入的節(jié)點且舊集合存在 需要刪除的節(jié)點，那么 diff 又是如何對比運作的呢?

注：最后還需要對舊集合進行循環(huán)遍歷，找出新集合中沒有的節(jié)點，此時發(fā)現存在這樣的節(jié)點D，因此刪除節(jié)點D，到此 diff 操作全部完成。

同樣操作一欄中只比較oldIndex和maxIndex，但是oldIndex可能有不存在的情況：

oldIndex存在

• 當oldIndex>maxIndex時，將oldIndex的值賦值給maxIndex
• 當oldIndex=maxIndex時，不操作
• 當oldIndex<maxIndex時，將當前節(jié)點移動到index的位置

oldIndex不存在

新增當前節(jié)點至index的位置

當然這種diff并非完美無缺的，我們來看這么一種情況：

實際我們只需對D執(zhí)行移動操作，然而由于D在舊集合中的位置是最大的，導致其他節(jié)點的oldIndex < maxIndex，造成D沒有執(zhí)行移動操作，而是A、B、C全部移動到D節(jié)點后面的現象。針對這種情況，官方建議：

在開發(fā)過程中，盡量減少類似將最后一個節(jié)點移動到列表首部的操作。當節(jié)點數量過大或更新操作過于頻繁時，這在一定程度上會影響React的渲染性能。

由于key的存在，react可以準確地判斷出該節(jié)點在新集合中是否存在，這極大地提高了diff效率。我們在開發(fā)過中進行列表渲染的時候，若沒有加key，react會拋出警告要求開發(fā)者加上key，就是為了提高diff效率。但是加了key一定要比沒加key的性能更高嗎？我們再來看一個例子：

現在有一集合[1,2,3,4,5],渲染成如下的樣子：
<div>1</div>
<div>2</div>
<div>3</div>
<div>4</div>
<div>5</div>
---------------
現在我們將這個集合的順序打亂變成[1,3,2,5,4]。
1.加key
<div key='1'>1</div>             <div key='1'>1</div>     
<div key='2'>2</div>             <div key='3'>3</div>  
<div key='3'>3</div>  ========>  <div key='2'>2</div>  
<div key='4'>4</div>             <div key='5'>5</div>  
<div key='5'>5</div>             <div key='4'>4</div>  
操作：節(jié)點2移動至下標為2的位置，節(jié)點4移動至下標為4的位置。

2.不加key
<div>1</div>             <div>1</div>     
<div>2</div>             <div>3</div>  
<div>3</div>  ========>  <div>2</div>  
<div>4</div>             <div>5</div>  
<div>5</div>             <div>4</div>  
操作：修改第1個到第5個節(jié)點的innerText
---------------
如果我們對這個集合進行增刪的操作改成[1,3,2,5,6]。
1.加key
<div key='1'>1</div>             <div key='1'>1</div>     
<div key='2'>2</div>             <div key='3'>3</div>  
<div key='3'>3</div>  ========>  <div key='2'>2</div>  
<div key='4'>4</div>             <div key='5'>5</div>  
<div key='5'>5</div>             <div key='6'>6</div>  
操作：節(jié)點2移動至下標為2的位置，新增節(jié)點6至下標為4的位置，刪除節(jié)點4。

2.不加key
<div>1</div>             <div>1</div>     
<div>2</div>             <div>3</div>  
<div>3</div>  ========>  <div>2</div>  
<div>4</div>             <div>5</div>  
<div>5</div>             <div>6</div> 
操作：修改第1個到第5個節(jié)點的innerText
---------------
通過上面這兩個例子我們發(fā)現：
由于dom節(jié)點的移動操作開銷是比較昂貴的，沒有key的情況下要比有key的性能更好。

通過上面的例子我們發(fā)現，雖然加了key提高了diff效率，但是未必一定提升了頁面的性能。因此我們要注意這么一點：

對于簡單列表頁渲染來說，不加key要比加了key的性能更好

根據上面的情況，最后我們總結一下key的作用：

• 準確判斷出當前節(jié)點是否在舊集合中
• 極大地減少遍歷次數

應用實踐

頁面指定區(qū)域刷新

現在有這么一個需求，當用戶身份變化時，當前頁面重新加載數據。猛一看過去覺得非常簡單，沒啥難度的，只要在componentDidUpdate這個生命周期里去判斷用戶身份是否發(fā)生改變，如果發(fā)生改變就重新請求數據，于是就有了以下這一段代碼：

import React from 'react';
import {connect} from 'react-redux';
let oldAuthType = '';//用來存儲舊的用戶身份
@connect(
  state=>state.user
)
class Page1 extends React.PureComponent{
  state={
    loading:true
  }
  loadMainData(){
    //這里采用了定時器去模擬數據請求
    this.setState({
      loading:true
    });
    const timer = setTimeout(()=>{
      this.setState({
        loading:false
      });
      clearTimeout(timer);
    },2000);
  }
  componentDidUpdate(){
    const {authType} = this.props;
    //判斷當前用戶身份是否發(fā)生了改變
    if(authType!==oldAuthType){
      //存儲新的用戶身份
      oldAuthType=authType;
      //重新加載數據
      this.loadMainData();
    }
  }
  componentDidMount(){
    oldAuthType=this.props.authType;
    this.loadMainData();
  }
  render(){
    const {loading} = this.state;
    return (
      <h2>{`頁面1${loading?'加載中...':'加載完成'}`}</h2>
    )
  }
}
export default Page1;

看上去我們僅僅通過加上一段代碼就完成了這一需求，但是當我們頁面是幾十個的時候，那這種方法就顯得捉襟見肘了。哪有沒有一個很好的方法來實現這個需求呢？其實很簡單，利用react diff的特性就可以實現它。對于這個需求，實際上就是希望當前組件可以銷毀在重新生成，那怎么才能讓其銷毀并重新生成呢？通過上面的總結我發(fā)現兩種情況，可以實現組件的銷毀并重新生成。

當組件類型發(fā)生改變當key值發(fā)生變化

接下來我們就結合這兩個特點，用兩種方法去實現。

第一種：引入一個loading組件。切換身份時設置loading為true，此時loading組件顯示；切換身份完成，loading變?yōu)閒alse，其子節(jié)點children顯示。

<div className="g-main">{<!--{cke_protected}{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E-->loading?<Loading/>:children}</div> 

第二種：在刷新區(qū)域加上一個key值就可以了，用戶身份一改變，key值就發(fā)生改變。

<div className="g-main" key={authType}>{children}</div>

第一種和第二種取舍上，個人建議的是這樣子的：

如果需要請求服務器的，用第一種，因為請求服務器會有一定等待時間，加入loading組件可以讓用戶有感知，體驗更好。如果是不需要請求服務器的情況下，選用第二種，因為第二種更簡單實用。

更加方便地監(jiān)聽props改變

針對這個需求，我們喜歡將搜索條件封裝成一個組件，查詢列表封裝成一個組件。其中查詢列表會接收一個查詢參數的屬性，如下所示：

import React from 'react';
import {Card} from 'antd';
import Filter from './components/filter';
import Teacher from './components/teacher';
export default class Demo2 extends React.PureComponent{
  state={
    filters:{
      name:undefined,
      height:undefined,
      age:undefined
    }
  }
  handleFilterChange=(filters)=>{
    this.setState({
      filters
    });
  }
  render(){
    const {filters} = this.state;
    return <Card>
      {/* 過濾器 */}      <Filter onChange={this.handleFilterChange}/>       {/* 查詢列表 */}      <Teacher filters={filters}/>
    </Card>
  }
}

現在我們面臨一個問題，如何在組件Teacher中監(jiān)聽filters的變化，由于filters是一個引用類型，想監(jiān)聽其變化變得有些復雜，好在lodash提供了比較兩個對象的工具方法，使其簡單了。但是如果后期給Teacher加了額外的props，此時你要監(jiān)聽多個props的變化時，你的代碼將變得比較難以維護。針對這個問題，我們依舊可以通過key值去實現，當每次搜索時，重新生成一個key，那么Teacher組件就會重新加載了。代碼如下：

import React from 'react';
import {Card} from 'antd';
import Filter from './components/filter';
import Teacher from './components/teacher';
export default class Demo2 extends React.PureComponent{
  state={
    filters:{
      name:undefined,
      height:undefined,
      age:undefined
    },
    tableKey:this.createTableKey()
  }
  createTableKey(){
    return Math.random().toString(36).substring(7);
  }
  handleFilterChange=(filters)=>{
    this.setState({
      filters,
      //重新生成tableKey
      tableKey:this.createTableKey()
    });
  }
  render(){
    const {filters,tableKey} = this.state;
    return <Card>
      {/* 過濾器 */}      <Filter onChange={this.handleFilterChange}/>       {/* 查詢列表 */}      <Teacher key={tableKey} filters={filters}/>
    </Card>
  }
}

即使后期給Teacher加入新的props，也沒有問題，只需拼接一下key即可：

 <Teacher key={`${tableKey}-${prop1}-${prop2}`} filters={filters} prop1={prop1} prop2={prop2}/>

react-router中Link問題

先看一下demo代碼：

import React from 'react';
import {Card,Spin,Divider,Row,Col} from 'antd';
import {Link} from 'react-router-dom';
const bookList = [{
  bookId:'1',
  bookName:'三國演義',
  author:'羅貫中'
},{
  bookId:'2',
  bookName:'水滸傳',
  author:'施耐庵'
}]
export default class Demo3 extends React.PureComponent{
  state={
    bookList:[],
    bookId:'',
    loading:true
  }
  loadBookList(bookId){
    this.setState({
      loading:true
    });
    const timer = setTimeout(()=>{
      this.setState({
        loading:false,
        bookId,
        bookList
      });
      clearTimeout(timer);
    },2000);
  }
  componentDidMount(){
    const {match} = this.props;
    const {params} = match;
    const {bookId} = params;
    this.loadBookList(bookId);
  }
  render(){
    const {bookList,bookId,loading} = this.state;
    const selectedBook = bookList.find((book)=>book.bookId===bookId);
    return <Card>
      <Spin spinning={loading}>
        {          selectedBook&&(<div>
            <img width="120" src={`/static/images/book_cover_${bookId}.jpeg`}/>
            <h4>書名：{selectedBook?selectedBook.bookName:'--'}</h4>
            <div>作者：{selectedBook?selectedBook.author:'--'}</div>
          </div>)        }        <Divider orientation="left">關聯圖書</Divider>
        <Row>
          {            bookList.filter((book)=>book.bookId!==bookId).map((book)=>{              const {bookId,bookName} = book;              return <Col span={6}>
                <img width="120" src={`/static/images/book_cover_${bookId}.jpeg`}/>
                <h4><Link to={`/demo3/${bookId}`}>{bookName}</Link></h4>
              </Col>
            })          }        </Row>
      </Spin>
    </Card>
  }
}

通過演示gif，我們看到了地址欄的地址已經發(fā)生改變，但是并沒有我們想象中那樣從新走一遍componentDidMount去請求數據，這說明我們的組件并沒有實現銷毀并重新生成這么一個過程。解決這個問題你可以在componentDidUpdate去監(jiān)聽其改變：

  componentDidUpdate(){
    const {match} = this.props;
    const {params} = match;
    const {bookId} = params;
    if(bookId!==this.state.bookId){
      this.loadBookList(bookId);
    }
  }

前面我們說過如果是后期需要監(jiān)聽多個props的話，這樣子后期維護比較麻煩.同樣我們還是利用key去解決這個問題，首頁我們可以將頁面封裝成一個組件BookDetail，并且在其外層再包裹一層，再去給BookDetail加key,代碼如下：

import React from 'react';
import BookDetail from './bookDetail';
export default class Demo3 extends React.PureComponent{
  render(){
    const {match} = this.props;
    const {params} = match;
    const {bookId} = params;
    return <BookDetail key={bookId} bookId={bookId}/>
  }
}

這樣的好處是我們代碼結構更加清晰，后續(xù)拓展新功能比較簡單。

結語

React的高效得益于其Virtual DOM+React diff的體系。diff算法并非react獨創(chuàng)，react只是在傳統diff算法做了優(yōu)化。但因為其優(yōu)化，將diff算法的時間復雜度一下子從O(n^3)降到O(n)。

React diff的三大策略：

• Web UI中DOM節(jié)點跨層級的移動操作特別少，可以忽略不計。
• 擁有相同類的兩個組件將會生成相似的樹形結構，擁有不同類的兩個組件將會生成不同的樹形結構。
• 對于同一層級的一組子節(jié)點，它們可以通過唯一 id 進行區(qū)分。

在開發(fā)組件時，保持穩(wěn)定的 DOM 結構會有助于性能的提升。

在開發(fā)過程中，盡量減少類似將最后一個節(jié)點移動到列表首部的操作。key的存在是為了提升diff效率，但未必一定就可以提升性能，記住簡單列表渲染情況下，不加key要比加key的性能更好。

懂得借助react diff的特性去解決我們實際開發(fā)中的一系列問題。

到此這篇關于React diff算法原理詳細分析的文章就介紹到這了,更多相關React diff算法內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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