你好，我是大圣。
上一讲我们主要介绍了Vue项目的首次渲染流程，在mountComponent中注册了effect函数，这样，在组件数据有更新的时候，就会通知到组件的update方法进行更新。
Vue中组件更新的方式也是使用了响应式+虚拟DOM的方式，这个我们在第一讲中有介绍过Vue 1、Vue 2和Vue 3中更新方式的变化，今天我们就来详细剖析一下Vue组件内部如何通过虚拟DOM更新页面的代码细节。
我们从虚拟DOM在Vue的执行流程开始讲起。在Vue中，我们使用虚拟DOM来描述页面的组件，比如下面的template虽然格式和HTML很像，但是在Vue的内部会解析成JavaScript函数，这个函数就是用来返回虚拟DOM：
<div id="app">
<p>hello world</p>
<Rate :value="4"></Rate>
</div>
上面的template会解析成下面的函数，最终返回一个JavaScript的对象能够描述这段HTML：
function render(){
return h('div',{id:"app"},children:[
h('p',{},'hello world'),
h(Rate,{value:4}),
])
}
知道虚拟DOM是什么之后，那么它是怎么创建的呢？
我们简单回忆上一讲介绍的mount函数，在代码中，我们使用createVNode函数创建项目的虚拟DOM，可以看到Vue内部的虚拟DOM，也就是vnode，就是一个对象，通过type、props、children等属性描述整个节点：
const vnode = createVNode(
rootComponent as ConcreteComponent,
rootProps
)
function _createVNode() {
// 处理属性和class
if (props) {
...
}
// 标记vnode信息
const shapeFlag = isString(type)
? ShapeFlags.ELEMENT
: __FEATURE_SUSPENSE__ && isSuspense(type)
? ShapeFlags.SUSPENSE
: isTeleport(type)
? ShapeFlags.TELEPORT
: isObject(type)
? ShapeFlags.STATEFUL_COMPONENT
: isFunction(type)
? ShapeFlags.FUNCTIONAL_COMPONENT
: 0
return createBaseVNode(
type,
props,
children,
patchFlag,
dynamicProps,
shapeFlag,
isBlockNode,
true
)
}
function createBaseVNode(type,props,children,...){
const vnode = {
type,
props,
key: props && normalizeKey(props),
ref: props && normalizeRef(props),
children,
shapeFlag,
patchFlag,
dynamicProps,
...
} as VNode
// 标准化子节点
if (needFullChildrenNormalization) {
normalizeChildren(vnode, children)
} else if (children) {
vnode.shapeFlag |= isString(children)
? ShapeFlags.TEXT_CHILDREN
: ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN
}
return vnode
}componentUpdateFn
createVNode负责创建Vue中的虚拟DOM，而上一讲中我们讲过mount函数的核心逻辑就是使用setupComponent执行我们写的<script setup>，使用setupRenderEffect监听组件的数据变化。所以我们来到setupRenderEffect函数中，去完整地剖析Vue中虚拟DOM的更新逻辑。
我们给组件注册了update方法，这个方法使用effect包裹后，当组件内的ref、reactive包裹的响应式数据变化的时候就会执行update方法，触发组件内部的更新机制。
看下面的代码，在setupRenderEffect内部的componentUpdateFn中，updateComponentPreRenderer更新了属性和slots，并且调用renderComponentRoot函数创建新的子树对象nextTree，然后内部依然是调用patch函数。
可以看到，Vue源码中的实现首次渲染和更新的逻辑都写在一起，我们在递归的时候如果对一个标签实现更新和渲染，就可以用一个函数实现。
const componentUpdateFn = ()=>{
if (!instance.isMounted) {
//首次渲染
instance,
parentSuspense,
isSVG
)
。。。
}else{
let { next, bu, u, parent, vnode } = instance
if (next) {
next.el = vnode.el
updateComponentPreRender(instance, next, optimized)
} else {
next = vnode
}
const nextTree = renderComponentRoot(instance)
patch(
prevTree,
nextTree,
// parent may have changed if it's in a teleport
hostParentNode(prevTree.el!)!,
// anchor may have changed if it's in a fragment
getNextHostNode(prevTree),
instance,
parentSuspense,
isSVG
)
}
}
// 注册effect函数
const effect = new ReactiveEffect(
componentUpdateFn,
() => queueJob(instance.update),
instance.scope // track it in component's effect scope
)
const update = (instance.update = effect.run.bind(effect) as S chedulerJob)
update()
const updateComponentPreRender = (
instance: ComponentInternalInstance,
nextVNode: VNode,
optimized: boolean
) => {
nextVNode.component = instance
const prevProps = instance.vnode.props
instance.vnode = nextVNode
instance.next = null
updateProps(instance, nextVNode.props, prevProps, optimized)
updateSlots(instance, nextVNode.children, optimized)
pauseTracking()
// props update may have triggered pre-flush watchers.
// flush them before the render update.
flushPreFlushCbs(undefined, instance.update)
resetTracking()
}
比较关键的就是上面代码中32-39行的effect函数，负责注册组件，这个函数也是Vue组件更新的入口函数。
数据更新之后就会执行patch函数，下图就是patch函数执行的逻辑图：
在patch函数中，会针对不同的组件类型执行不同的函数，组件我们会执行processComponent，HTML标签我们会执行processElement：
function path(n1, n2, container){
const { type, shapeFlag } = n2
switch (type) {
case Text:
processText(n1, n2, container)
break
// 还有注释，fragment之类的可以处理，这里忽略
default:
// 通过shapeFlag判断类型
if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
processElement(n1, n2, container, anchor)
} else if (shapeFlag & ShapeFlags.STATEFUL_COMPONENT) {
processComponent(n1, n2, container)
}
}
}
function processComponent(n1, n2, container) {
// 老规矩，么有n1就是mount
if (!n1) {
// 初始化 component
mountComponent(n2, container)
} else {
updateComponent(n1, n2, container)
}
}
由于更新之后不是首次渲染了，patch函数内部会执行updateComponent，看下面的updateComponent函数内部，shouldUpdateComponent会判断组件是否需要更新，实际执行的是instance.update：
const instance = (n2.component = n1.component)!
if (shouldUpdateComponent(n1, n2, optimized)) {
// normal update
instance.next = n2
// in case the child component is also queued, remove it to avoid
// double updating the same child component in the same flush.
invalidateJob(instance.update)
// instance.update is the reactive effect.
instance.update()
} else {
// no update needed. just copy over properties
n2.component = n1.component
n2.el = n1.el
instance.vnode = n2
}
组件的子元素是由HTML标签和组件构成，组件内部的递归处理最终也是对HTML标签的处理，所以，最后组件的更新都会进入到processElement内部的patchElement函数中。
在函数patchElement中我们主要就做两件事，更新节点自己的属性和更新子元素。
先看自身属性的更新，这里就能体现出Vue 3中性能优化的思想，通过patchFlag可以做到按需更新：
这样就极大的优化了属性操作的性能。
内部执行hostPatchProp进行实际的DOM操作，你还记得上一讲中hostPatchProp是从nodeOps中定义的吗，其他动态属性STYLE、TEXT等等也都是一样的逻辑。Vue 3的虚拟DOM真正做到了按需更新，这也是相比于React的一个优势。
const patchElement = (
n1: VNode,
n2: VNode,
parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
isSVG: boolean,
slotScopeIds: string[] | null,
optimized: boolean
) => {
const el = (n2.el = n1.el!)
let { patchFlag, dynamicChildren, dirs } = n2
patchFlag |= n1.patchFlag & PatchFlags.FULL_PROPS
const oldProps = n1.props || EMPTY_OBJ
const newProps = n2.props || EMPTY_OBJ
// full diff
patchChildren(
n1,
n2,
el,
null,
parentComponent,
parentSuspense,
areChildrenSVG,
slotScopeIds,
false
)
if (patchFlag > 0) {
if (patchFlag & PatchFlags.FULL_PROPS) {
patchProps(
el,
n2,
oldProps,
newProps,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG
)
} else {
// class是动态的
if (patchFlag & PatchFlags.CLASS) {
if (oldProps.class !== newProps.class) {
hostPatchProp(el, 'class', null, newProps.class, isSVG)
}
}
// style样式是动态的
if (patchFlag & PatchFlags.STYLE) {
hostPatchProp(el, 'style', oldProps.style, newProps.style, isSVG)
}
// 属性需要diff
if (patchFlag & PatchFlags.PROPS) {
//
const propsToUpdate = n2.dynamicProps!
for (let i = 0; i < propsToUpdate.length; i++) {
const key = propsToUpdate[i]
const prev = oldProps[key]
const next = newProps[key]
// #1471 force patch value
if (next !== prev || key === 'value') {
hostPatchProp(
el,
key,
prev,
next,
isSVG,
n1.children as VNode[],
parentComponent,
parentSuspense,
unmountChildren
)
}
}
}
}
//文本是动态的
if (patchFlag & PatchFlags.TEXT) {
if (n1.children !== n2.children) {
hostSetElementText(el, n2.children as string)
}
}
}
}
而子元素的更新是patchChildren 函数负责的，这个函数也是虚拟DOM中难度最高的一个函数，搞懂它还需要我们下一讲中介绍的算法知识，今天我们就先理解它主要的实现思路。
首先我们把子元素分成了文本、数组和空三个状态，新老子元素分别是这三种状态的一个，构成了不同的执行逻辑。这样patchChildren内部大致有五种情况需要处理：
最复杂的情况就是新的子元素和老的子元素都是数组。
最朴实无华的思路就是把老的子元素全部unmount，新的子元素全部mount，这样虽然可以实现功能，但是没法复用已经存在的DOM元素，比如我们只是在数组中间新增了一个数据，全部DOM都销毁就有点太可惜了。
所以，我们需要判断出可以复用的DOM元素，如果一个虚拟DOM没有改动或者属性变了，不需要完全销毁重建，而是更新一下属性，最大化减少DOM的操作，这个任务就会交给patchKeyedChildren函数去完成。
patchKeyedChildren函数，做的事情就是尽可能高效地把老的子元素更新成新的子元素，如何高效复用老的子元素中的DOM元素是patchKeyedChildren函数的难点：
const patchChildren: PatchChildrenFn = (
n1,
n2,
container,
anchor,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG,
slotScopeIds,
optimized = false
) => {
const c1 = n1 && n1.children
const prevShapeFlag = n1 ? n1.shapeFlag : 0
const c2 = n2.children
const { patchFlag, shapeFlag } = n2
// fast path
if (patchFlag > 0) {
if (patchFlag & PatchFlags.KEYED_FRAGMENT) {
// this could be either fully-keyed or mixed (some keyed some not)
// presence of patchFlag means children are guaranteed to be arrays
patchKeyedChildren(
c1 as VNode[],
c2 as VNodeArrayChildren,
container,
anchor,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG,
slotScopeIds,
optimized
)
return
} else if (patchFlag & PatchFlags.UNKEYED_FRAGMENT) {
// unkeyed
patchUnkeyedChildren(
c1 as VNode[],
c2 as VNodeArrayChildren,
container,
anchor,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG,
slotScopeIds,
optimized
)
return
}
}
// children has 3 possibilities: text, array or no children.
if (shapeFlag & ShapeFlags.TEXT_CHILDREN) {
// text children fast path
if (prevShapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
unmountChildren(c1 as VNode[], parentComponent, parentSuspense)
}
if (c2 !== c1) {
hostSetElementText(container, c2 as string)
}
} else {
if (prevShapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
// prev children was array
if (shapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
// two arrays, cannot assume anything, do full diff
patchKeyedChildren(
c1 as VNode[],
c2 as VNodeArrayChildren,
container,
anchor,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG,
slotScopeIds,
optimized
)
} else {
// no new children, just unmount old
unmountChildren(c1 as VNode[], parentComponent, parentSuspense, true)
}
} else {
// prev children was text OR null
// new children is array OR null
if (prevShapeFlag & ShapeFlags.TEXT_CHILDREN) {
hostSetElementText(container, '')
}
// mount new if array
if (shapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
mountChildren(
c2 as VNodeArrayChildren,
container,
anchor,
parentComponent,
parentSuspense,
isSVG,
slotScopeIds,
optimized
)
}
}
}
}
上面的代码执行逻辑如下图所示，根据flags判断子元素的类型后，执行不同的操作函数：
最后就剩下patchChildren的实现了，这也是各类虚拟DOM框架中最难实现的函数，我们需要实现一个高效的更新算法，能够使用尽可能少的更新次数，来实现从老的子元素到新的子元素的更新。
举个例子，类似体育课站队的时候，大家一开始站一排，但是顺序是乱的，我们需要尽快把队伍按照个头左低右高排列。
在React中，这种场景的处理逻辑是先进行循环，使用的是单侧插入的算法，我们在排队的时候挨个对比，如果你站我右边，并且个头比我高一点，说明咱俩的相对位置和最终队伍的位置是一致的，暂时不需要变化，如果你比我个头矮，就需要去我左边找到一个正确的位置插队进去。
由于都只向单侧插入，最后我们就会把所有的节点移动到正确的位置之上，这就是React15框架内虚拟节点diff的逻辑，初步实现了DOM的复用；而Vue 2借鉴了snabbdom的算法，在此基础上做了第一层双端对比的优化。
首先Web场景之下对一个数组元素的操作，很少有直接全部替换的，比如我们操作一个表格，大概率是更关心表格某一行的一个字段、新增一行、删除一行，或者是对表格某个字段进行排序，所以我们可以从纯算法的场景之中加入实际应用的场景。
如果我们只是在表格里新增一行，那么可以不要一开始就开始循环，而是可以先进行节点的预判。
比如，在下面的例子中，新的节点就是在老的节点中新增和删除了几个元素，我们在循环之前，先进行头部元素的判断。在这个例子里，可以预判出头部元素的a、b、c、d是一样的节点，说明节点不需要重新创建，我们只需要进行属性的更新，然后进行队尾元素的预判，可以判断出g和元素也是一样的：
a b c d e f g h
a b c d i f j g h
这样我们虚拟DOM diff的逻辑就变成了下面的结构, 现在只需要比较ef和ifg的区别：
(a b c d) e f (g h)
(a b c) d) i f j (g h)
相比于之前的对比场景，我们需要遍历的运算量就大大减小了。
而且，有很多场景比如新增一行或者删除一行的简单场景，预判完毕之后，新老元素有一个处于没有元素的状态，我们就可以直接执行mount或者unmout完成对比的全过程，不需要再进行复杂的遍历：
(a b c d)
(a b c d) e
(a b c) d
(a b c
双端对比的原理大致就是这样。最后双端对比之后的执行逻辑这一部分需要一些算法知识，我们下一讲会详细介绍，这里你只需要掌握大概的思路。
想让一个队伍尽快按照个头排好序，如果能够计算出，在队伍中，个头从低到高依次递增的最多的队列，让这些人站在原地不动，其余人穿插到他们中间，就可以最大化减少人员的移动，这就是一个最长底层子序列的算法问题，我们下一讲详细剖析。
今天的内容就讲完了，来总结一下吧，我们学习了Vue中的更新逻辑。现在Vue执行逻辑全景图变成了下面的样子，新增了组件更新的逻辑：
Vue响应式驱动了组件之间的数据通信机制，数据更新之后，组件会执行intance.update方法，update方法内部执行patch方法进行新老子树的diff计算。
在更新函数中，主要做了两件事，pathProps更新节点自身的属性，这里面使用了pathFlags做到了按需更新；patchChildren执行子元素的更新。其中patch函数内部会只对节点内部的动态属性做更新，这种按需更新的机制是Vue性能优秀的一个原因。
函数内部针对新老子元素不同的状态，执行不同的逻辑。根据子元素是否为空或者数组，以及新元素是否为空或者数组，分别执行对应的删除或者mount逻辑，其中最复杂的就是新的子元素和老的子元素都是数组。
为了最大化减少DOM操作，patchKeyedChildren使用了最长递增子序列来实现，并且相比于React的虚拟DOM diff，新增了双端的预先判断+最长递增子序列算法来实现，这也是Vue性能比较优秀的另外一个原因。
最后再留一个思考题，从虚拟DOM更新的角度，为什么我们在写v-for循环的时候，都要建议使用key属性呢？欢迎在评论区留下你的答案，也欢迎你把这一讲分享给你的同事和朋友们，我们下一讲再见。