Vue 3 Diff 算法完全解析：原理、代码与优化细节

在 Vue 3 中，Diff 算法是虚拟 DOM 的核心，它决定了如何高效地比较新旧虚拟 DOM 树，并将变化反映到真实 DOM 上。本篇文章将详细解读 Vue 3 Diff 算法，包括原理、具体实现、优化策略及其背后的设计哲学，力求做到理论与实践的结合。

1. Diff 算法简介

1.1 什么是 Diff 算法？

Diff（区别）算法是一种在最短时间内找出两棵树结构差异的算法。其主要目标是：

1. 最小化 DOM 操作：直接操作 DOM 成本高明，因此框架通过 Diff 算法找到最小的更新路径。
2. 高效地更新 UI：快速对比新旧虚拟 DOM 树，并将必要的更改反映到实际 DOM 上。

1.2 为什么需要优化 Diff 算法？

前端应用中存在许多可能引发性能瓶颈的场景：

• 列表操作：如大规模的数据列表增删改。
• 静态内容：重复比较不会变化的内容浪费计算资源。
• 频繁更新：复杂交互场景下需要高频率更新页面。

为解决这些问题，Vue 3 结合算法优化与编译时优化，实现了高效的 Diff 过程。

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2. Diff 算法的核心设计思想

Vue 3 的 Diff 算法设计中，包含以下几个关键思想：

1. 最小化 DOM 操作：
   • 避免不必要的创建或销毁操作，尽可能处理现有 DOM 节点。
2. 双端比较：
   • 从新旧子节点两端开始比较，快速处理相同部分。
3. 最长递增子序 (LIS)：
   • 利用 LIS 优化节点移动，尽量保持节点的顺序。
4. 静态标记：
   • 静态节点在编译阶段被标记，可以跳过后续的 Diff 比较。

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3. Diff 算法的实现原理

3.1 整体流程

在 Vue 3 中，Diff 算法的核心逻辑位于 patch 函数中。它的主要任务是：

1. 判断新旧节点的类型是否相同。
2. 如果类型相同，则进行属性和子节点的更新。
3. 如果类型不同，则直接替换节点。

代码示例

以下是一个简化版本的 patch 函数：

function patch(n1, n2, container) {if (n1.type !== n2.type) {// 直接替换节点replaceNode(n1, n2, container);} else {// 更新节点updateNode(n1, n2, container);}
}

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3.2 属性更新

属性更新是 Diff 算法的重要组成部分，Vue 3 通过逐一比较新旧属性集合来更新节点属性。

属性更新逻辑

• 如果新旧属性值不同，则更新到新值。
• 如果某个属性在旧节点中存在，但新节点中不存在，则移除该属性。

属性更新代码示例

function patchProps(oldProps, newProps, el) {// 更新或新增属性for (const key in newProps) {const oldValue = oldProps[key];const newValue = newProps[key];if (oldValue !== newValue) {el.setAttribute(key, newValue);}}// 移除旧属性for (const key in oldProps) {if (!(key in newProps)) {el.removeAttribute(key);}}

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3.3 子节点比较

子节点的比较是 Diff 算法中最复杂的部分。Vue 3 采用以下优化策略：

双端比较

双端比较 是一种高效的比较方式，它通过同时从新旧子节点的两端开始对比，快速跳过相同部分。

• 头尾比较：比较新旧子节点的头部和尾部。
• 特殊情况处理：如果两端无法匹配，则使用 key 来定位节点。

双端比较代码示例

function patchChildren(c1, c2, container) {let oldStart = 0;let oldEnd = c1.length - 1;let newStart = 0;let newEnd = c2.length - 1;while (oldStart <= oldEnd && newStart <= newEnd) {if (c1[oldStart].key === c2[newStart].key) {// 前端匹配patch(c1[oldStart], c2[newStart], container);oldStart++;newStart++;} else if (c1[oldEnd].key === c2[newEnd].key) {// 后端匹配patch(c1[oldEnd], c2[newEnd], container);oldEnd--;newEnd--;} else {// 无法直接匹配，复杂情况处理handleUnmatched(c1, c2, oldStart, oldEnd, newStart, newEnd, container);}}
}

图解双端比较

假设初始节点如下：

旧节点： [A, B, C, D]
新节点： [A, C, E, D]

步骤	操作	新旧子节点状态
第一步	比较头部 A === A	[B, C, D]/ [C, E, D]
第二步	比较尾部 D === D	[B, C]/ [C, E]
第三步	插入节点 E，删除 B	[ C]/ [C]

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3.4 最长递增子序列 (LIS)

对于中间部分无法直接匹配的节点，Vue 3 使用最长递增子序列 (LIS) 算法优化节点的移动操作。

LIS 的作用

LIS 算法通过计算不需要移动的节点索引，尽量减少 DOM 的插入和移动次数。

LIS 实现代码示例

以下是一个简化版本的 LIS 实现：

function getLIS(arr) {const dp = [];const result = [];for (let i = 0; i < arr.length; i++) {const num = arr[i];const pos = binarySearch(dp, num);dp[pos] = num;result[pos] = i;}return result;
}function binarySearch(dp, num) {let low = 0, high = dp.length - 1;while (low <= high) {const mid = Math.floor((low + high) / 2);if (dp[mid] < num) {low = mid + 1;} else {high = mid - 1;}}return low;
}

图解 LIS

假设节点索引序列为 [0, 2, 4, 3]，LIS 为 [0, 2, 3]。
这意味着索引 1对应的节点需要移动。

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4. 静态节点优化

Vue 3 在编译阶段标记静态节点，渲染时可以跳过这些节点的比较。

静态标记代码示例

function patch(n1, n2, container) {if (n2.isStatic) {// 跳过静态节点return;}// 其他逻辑
}

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5. 总结

Vue 3 的 Diff 算法通过双端比较、最长递增子序列优化和静态节点标记等策略，在性能和灵活性之间找到了良好的平衡。了解这些原理不仅有助于理解 Vue 的设计理念，也为开发高性能的前端应用提供了实践指导。