淺談React的最大亮點(diǎn)之虛擬DOM

在Web開發(fā)中，需要將數(shù)據(jù)的變化實(shí)時(shí)反映到UI上，這時(shí)就需要對(duì)DOM進(jìn)行操作，但是復(fù)雜或頻繁的DOM操作通常是性能瓶頸產(chǎn)生的原因，為此，React引入了虛擬DOM（Virtual DOM）的機(jī)制。

一、什么是虛擬DOM？

在React中，render執(zhí)行的結(jié)果得到的并不是真正的DOM節(jié)點(diǎn)，結(jié)果僅僅是輕量級(jí)的JavaScript對(duì)象，我們稱之為virtual DOM。

虛擬DOM是React的一大亮點(diǎn)，具有batching(批處理)和高效的Diff算法。這讓我們可以無需擔(dān)心性能問題而”毫無顧忌”的隨時(shí)“刷新”整個(gè)頁面，由虛擬 DOM來確保只對(duì)界面上真正變化的部分進(jìn)行實(shí)際的DOM操作。在實(shí)際開發(fā)中基本無需關(guān)心虛擬DOM是如何運(yùn)作的，但是理解其運(yùn)行機(jī)制不僅有助于更好的理解React組件的生命周期，而且對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化 React程序也會(huì)有很大幫助。

二、虛擬DOM VS 直接操作原生DOM？

如果沒有 Virtual DOM，簡單來說就是直接重置 innerHTML。這樣操作，在一個(gè)大型列表所有數(shù)據(jù)都變了的情況下，還算是合理，但是，當(dāng)只有一行數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，它也需要重置整個(gè) innerHTML，這時(shí)候顯然就造成了大量浪費(fèi)。

比較innerHTML 和Virtual DOM 的重繪過程如下：

innerHTML: render html string + 重新創(chuàng)建所有 DOM 元素

Virtual DOM: render Virtual DOM + diff + 必要的 DOM 更新

和 DOM 操作比起來，js 計(jì)算是非常便宜的。Virtual DOM render + diff 顯然比渲染 html 字符串要慢，但是，它依然是純 js 層面的計(jì)算，比起后面的 DOM 操作來說，依然便宜了太多。當(dāng)然，曾有人做過驗(yàn)證說React的性能不如直接操作真實(shí)DOM，代碼如下：

function Raw() {
  var data = _buildData(),
    html = "";
  ...
  for(var i=0; i<data.length; i++) {
    var render = template;
    render = render.replace("{{className}}", "");
    render = render.replace("{{label}}", data[i].label);
    html += render;
  }
  ...
  container.innerHTML = html;
  ...
}

該測試用例中雖然構(gòu)造了一個(gè)包含1000個(gè)Tag的String，并把它添加到DOM樹中，但是只做了一次DOM操作。然而，在實(shí)際開發(fā)過程中，這1000個(gè)元素更新可能分布在20個(gè)邏輯塊中，每個(gè)邏輯塊中包含50個(gè)元素，當(dāng)頁面需要更新時(shí)，都會(huì)引起DOM樹的更新，上述代碼就近似變成了如下格式：

function Raw() {
  var data = _buildData(), 
    html = ""; 
  ... 
  for(var i=0; i<data.length; i++) { 
    var render = template; 
    render = render.replace("{{className}}", ""); 
    render = render.replace("{{label}}", data[i].label); 
    html += render; 
    if(!(i % 50)) {
      container.innerHTML = html;
    }
  } 
  ... 
}

這樣來看，React的性能就遠(yuǎn)勝于原生DOM操作了。

而且，DOM 完全不屬于Javascript (也不在Javascript 引擎中存在).。Javascript 其實(shí)是一個(gè)非常獨(dú)立的引擎，DOM其實(shí)是瀏覽器引出的一組讓Javascript操作HTML文檔的API而已。在即時(shí)編譯的時(shí)代，調(diào)用DOM的開銷是很大的。而Virtual DOM的執(zhí)行完全都在Javascript 引擎中，完全不會(huì)有這個(gè)開銷。

React.js 相對(duì)于直接操作原生DOM有很大的性能優(yōu)勢， 很大程度上都要?dú)w功于virtual DOM的batching 和diff。batching把所有的DOM操作搜集起來，一次性提交給真實(shí)的DOM。diff算法時(shí)間復(fù)雜度也從標(biāo)準(zhǔn)的的Diff算法的O(n^3)降到了O(n)。這里留到下一次博客單獨(dú)講。

三、虛擬DOM VS MVVM？

相比起 React，其他 MVVM 系框架比如 Angular, Knockout 以及 Vue、Avalon 采用的都是數(shù)據(jù)綁定：通過 Directive/Binding 對(duì)象，觀察數(shù)據(jù)變化并保留對(duì)實(shí)際 DOM 元素的引用，當(dāng)有數(shù)據(jù)變化時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。MVVM 的變化檢查是數(shù)據(jù)層面的，而 React 的檢查是 DOM 結(jié)構(gòu)層面的。MVVM 的性能也根據(jù)變動(dòng)檢測的實(shí)現(xiàn)原理有所不同：Angular 的臟檢查使得任何變動(dòng)都有固定的 O(watcher count) 的代價(jià)；Knockout/Vue/Avalon 都采用了依賴收集，在 js 和 DOM 層面都是 O(change)：

1. 臟檢查：scope digest + 必要 DOM 更新
2. 依賴收集：重新收集依賴 + 必要 DOM 更新

可以看到，Angular 最不效率的地方在于任何小變動(dòng)都有的和 watcher 數(shù)量相關(guān)的性能代價(jià)。但是！當(dāng)所有數(shù)據(jù)都變了的時(shí)候，Angular 其實(shí)并不吃虧。依賴收集在初始化和數(shù)據(jù)變化的時(shí)候都需要重新收集依賴，這個(gè)代價(jià)在小量更新的時(shí)候幾乎可以忽略，但在數(shù)據(jù)量龐大的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生一定的消耗。

MVVM 渲染列表的時(shí)候，由于每一行都有自己的數(shù)據(jù)作用域，所以通常都是每一行有一個(gè)對(duì)應(yīng)的 ViewModel 實(shí)例，或者是一個(gè)稍微輕量一些的利用原型繼承的 "scope" 對(duì)象，但也有一定的代價(jià)。所以，MVVM 列表渲染的初始化幾乎一定比 React 慢，因?yàn)閯?chuàng)建 ViewModel / scope 實(shí)例比起 Virtual DOM 來說要昂貴很多。這里所有 MVVM 實(shí)現(xiàn)的一個(gè)共同問題就是在列表渲染的數(shù)據(jù)源變動(dòng)時(shí)，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)是全新的對(duì)象時(shí)，如何有效地復(fù)用已經(jīng)創(chuàng)建的 ViewModel 實(shí)例和 DOM 元素。假如沒有任何復(fù)用方面的優(yōu)化，由于數(shù)據(jù)是 “全新” 的，MVVM 實(shí)際上需要銷毀之前的所有實(shí)例，重新創(chuàng)建所有實(shí)例，最后再進(jìn)行一次渲染！這就是為什么題目里鏈接的 angular/knockout 實(shí)現(xiàn)都相對(duì)比較慢。相比之下，React 的變動(dòng)檢查由于是 DOM 結(jié)構(gòu)層面的，即使是全新的數(shù)據(jù)，只要最后渲染結(jié)果沒變，那么就不需要做無用功。

Angular 和 Vue 都提供了列表重繪的優(yōu)化機(jī)制，也就是 “提示” 框架如何有效地復(fù)用實(shí)例和 DOM 元素。比如數(shù)據(jù)庫里的同一個(gè)對(duì)象，在兩次前端 API 調(diào)用里面會(huì)成為不同的對(duì)象，但是它們依然有一樣的 uid。這時(shí)候你就可以提示 track by uid 來讓 Angular 知道，這兩個(gè)對(duì)象其實(shí)是同一份數(shù)據(jù)。那么原來這份數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的實(shí)例和 DOM 元素都可以復(fù)用，只需要更新變動(dòng)了的部分?；蛘撸阋部梢灾苯?track by $index 來進(jìn)行 “原地復(fù)用”：直接根據(jù)在數(shù)組里的位置進(jìn)行復(fù)用。在題目給出的例子里，如果 angular 實(shí)現(xiàn)加上 track by $index 的話，后續(xù)重繪是不會(huì)比 React 慢多少的。甚至在 dbmonster 測試中，Angular 和 Vue 用了 track by $index 以后都比 React 快: dbmon (注意 Angular 默認(rèn)版本無優(yōu)化，優(yōu)化過的在下面）

在比較性能的時(shí)候，要分清楚初始渲染、小量數(shù)據(jù)更新、大量數(shù)據(jù)更新這些不同的場合。Virtual DOM、臟檢查 MVVM、數(shù)據(jù)收集 MVVM 在不同場合各有不同的表現(xiàn)和不同的優(yōu)化需求。Virtual DOM 為了提升小量數(shù)據(jù)更新時(shí)的性能，也需要針對(duì)性的優(yōu)化，比如 shouldComponentUpdate 或是 immutable data。

1. 初始渲染：Virtual DOM > 臟檢查 >= 依賴收集
2. 小量數(shù)據(jù)更新：依賴收集 >> Virtual DOM + 優(yōu)化 > 臟檢查（無法優(yōu)化） > Virtual DOM 無優(yōu)化
3. 大量數(shù)據(jù)更新：臟檢查 + 優(yōu)化 >= 依賴收集 + 優(yōu)化 > Virtual DOM（無法/無需優(yōu)化）>> MVVM 無優(yōu)化
4. （該段落借鑒了知乎的相關(guān)回答）

四、對(duì)React虛擬DOM的誤解？

React 從來沒有說過 “React 比原生操作 DOM 快”。React給我們的保證是，在不需要手動(dòng)優(yōu)化的情況下，它依然可以給我們提供過得去的性能。

React掩蓋了底層的 DOM 操作，可以用更聲明式的方式來描述我們目的，從而讓代碼更容易維護(hù)。下面還是借鑒了知乎上的回答：沒有任何框架可以比純手動(dòng)的優(yōu)化 DOM 操作更快，因?yàn)榭蚣艿?DOM 操作層需要應(yīng)對(duì)任何上層 API 可能產(chǎn)生的操作，它的實(shí)現(xiàn)必須是普適的。針對(duì)任何一個(gè) benchmark，我都可以寫出比任何框架更快的手動(dòng)優(yōu)化，但是那有什么意義呢？在構(gòu)建一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，你難道為每一個(gè)地方都去做手動(dòng)優(yōu)化嗎？出于可維護(hù)性的考慮，這顯然不可能。

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