React：虚拟DOM Diff算法解析

React中最神奇的部分莫过于虚拟DOM，以及其高效的Diff算法。这让我们可以无需担心性能问题而”毫无顾忌”的随时“刷新”整个页面，由虚拟DOM来确保只对界面上真正变化的部分进行实际的DOM操作。React在这一部分已经做到足够透明，在实际开发中我们基本无需关心虚拟DOM是如何运作的。然而，理解其运行机制不仅有助于更好的理解React组件的生命周期，而且对于进一步优化React程序也会有很大帮助。

有些小伙伴可能觉得：React 无非就是引入 diff 这一概念，且 diff 算法也并非其首创，何必吹嘘的如此天花乱坠呢？

其实，正是因为 diff 算法的普识度高，就更应该认可 React 针对 diff 算法优化所做的努力与贡献，更能体现 React 开发者们的魅力与智慧！

传统 diff 算法

计算一棵树形结构转换成另一棵树形结构的最少操作，是一个复杂且值得研究的问题。传统 diff 算法通过循环递归对节点进行依次对比，效率低下，算法复杂度达到 O(n^3)，其中 n 是树中节点的总数。O(n^3) 到底有多可怕，这意味着如果要展示1000个节点，就要依次执行上十亿次的比较。这种指数型的性能消耗对于前端渲染场景来说代价太高了！现今的 CPU 每秒钟能执行大约30亿条指令，即便是最高效的实现，也不可能在一秒内计算出差异情况。

如果 React 只是单纯的引入 diff 算法而没有任何的优化改进，那么其效率是远远无法满足前端渲染所要求的性能。

因此，想要将 diff 思想引入 Virtual DOM，就需要设计一种稳定高效的 diff 算法，而 React 做到了！

那么，React diff 到底是如何实现的呢？

React diff

传统 diff 算法的复杂度为 O(n^3)，显然这是无法满足性能要求的。React 通过制定大胆的策略，将 O(n^3) 复杂度的问题转换成 O(n) 复杂度的问题。

diff 策略

1. Web UI 中 DOM 节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。

2. 拥有相同类的两个组件将会生成相似的树形结构，拥有不同类的两个组件将会生成不同的树形结构。

3. 对于同一层级的一组子节点，它们可以通过唯一 id 进行区分。

不同节点类型的比较

为了在树之间进行比较，我们首先要能够比较两个节点，在React中即比较两个虚拟DOM节点，当两个节点不同时，应该如何处理。这分为两种情况：（1）节点类型不同 ，（2）节点类型相同，但是属性不同。本节先看第一种情况。

当在树中的同一位置前后输出了不同类型的节点，React直接删除前面的节点，然后创建并插入新的节点。假设我们在树的同一位置前后两次输出不同类型的节点。

renderA: <div />renderB: <span />=> [removeNode <div />], [insertNode <span />]

当一个节点从div变成span时，简单的直接删除div节点，并插入一个新的span节点。这符合我们对真实DOM操作的理解。

需要注意的是，删除节点意味着彻底销毁该节点，而不是再后续的比较中再去看是否有另外一个节点等同于该删除的节点。如果该删除的节点之下有子节点，那么这些子节点也会被完全删除，它们也不会用于后面的比较。这也是算法复杂能够降低到O（n）的原因。

上面提到的是对虚拟DOM节点的操作，而同样的逻辑也被用在React组件的比较，例如：

renderA: <Header />renderB: <Content />=> [removeNode <Header />], [insertNode <Content />]

当React在同一个位置遇到不同的组件时，也是简单的销毁第一个组件，而把新创建的组件加上去。这正是应用了第一个假设，不同的组件一般会产生不一样的DOM结构，与其浪费时间去比较它们基本上不会等价的DOM结构，还不如完全创建一个新的组件加上去。

由这一React对不同类型的节点的处理逻辑我们很容易得到推论，那就是React的DOM Diff算法实际上只会对树进行逐层比较，如下所述。

逐层进行节点比较

提到树，相信大多数同学立刻想到的是二叉树，遍历，最短路径等复杂的数据结构算法。而在React中，树的算法其实非常简单，那就是两棵树只会对同一层次的节点进行比较。如下图所示：

React只会对相同颜色方框内的DOM节点进行比较，即同一个父节点下的所有子节点。当发现节点已经不存在，则该节点及其子节点会被完全删除掉，不会用于进一步的比较。这样只需要对树进行一次遍历，便能完成整个DOM树的比较。

例如，考虑有下面的DOM结构转换：

A节点被整个移动到D节点下，直观的考虑DOM Diff操作应该是

A.parent.remove(A); D.append(A);

但因为React只会简单的考虑同层节点的位置变换，对于不同层的节点，只有简单的创建和删除。当根节点发现子节点中A不见了，就会直接销毁A；而当D发现自己多了一个子节点A，则会创建一个新的A作为子节点。因此对于这种结构的转变的实际操作是：

A.destroy();A = new A();A.append(new B());A.append(new C());D.append(A);

可以看到，以A为根节点的树被整个重新创建。

虽然看上去这样的算法有些“简陋”，但是其基于的是第一个假设：两个不同组件一般产生不一样的DOM结构。根据React官方博客，这一假设至今为止没有导致严重的性能问题。这当然也给我们一个提示，在实现自己的组件时，保持稳定的DOM结构会有助于性能的提升。例如，我们有时可以通过CSS隐藏或显示某些节点，而不是真的移除或添加DOM节点。

总结

1、React 通过制定大胆的 diff 策略，将 O(n3) 复杂度的问题转换成 O(n) 复杂度的问题；

2、React 通过分层求异的策略，对 tree diff 进行算法优化；

3、React 通过相同类生成相似树形结构，不同类生成不同树形结构的策略，对 component diff 进行算法优化；

4、React 通过设置唯一 key的策略，对 element diff 进行算法优化；

建议：在开发组件时，保持稳定的 DOM 结构会有助于性能的提升；

建议：在开发过程中，尽量减少类似将最后一个节点移动到列表首部的操作，当节点数量过大或更新操作过于频繁时，在一定程度上会影响 React 的渲染性能。

整理自：
作者：twobin
链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/20346379
来源：知乎
http://www.infoq.com/cn/articles/react-dom-diff/