如何快速实现一个虚拟 DOM 系统

虚拟 DOM 是目前主流前端框架的技术核心之一，本文阐述如何实现一个简单的虚拟 DOM 系统。

为什么需要虚拟 DOM？

虚拟 DOM 就是一棵由虚拟节点组成的树，这棵树展现了真实 DOM 的结构。这些虚拟节点是轻量的、无状态的，一般是字符串或者仅仅包含必要字段的 JavaScript 对象。虚拟节点可以被组装成节点树树，通过特定的 "diff" 算法对两个节点树进行对比，找出其中细微的变更点，然后更新到真实 DOM 上去。

之所以会有虚拟 DOM，是因为直接更新真实 DOM 非常昂贵。通过新比对虚拟 DOM，然后只将变化的部分更新到真实 DOM 上去。这么做都是操作纯 JavaScript 对象，尽量避免了直接操作 DOM，读写成本低很多。

如何实现虚拟 DOM

在开始之前，我们需要明确一个虚拟 DOM 系统应该包含哪些必要的组成部分？

首先，我们要定义清楚什么是虚拟节点。一个虚拟节点可以是一个普通 JavaScript 对象，也可以是一个字符串。

我们定义一个函数 createNode 来创建虚拟节点。一个虚拟节点至少包含三个信息：

• tag：保存虚拟节点的标签名，字符串
• props：保存虚拟节点的 properties/attributes，普通对象
• children：保存虚拟节点的子节点，数组

下面的代码是 createNode 实现样例：

const createNode = (tag, props, children) => ({
  tag,
  props,
  children,
});

我们通过 createNode 可以轻松的创建虚拟节点：

createNode('div', { id: 'app' }, ['Hello World']);

// 返回如下：
{
  tag: 'div',
  props: { id: 'app' },
  children: ['Hello World'],
}

现在，我们需要定义一个 createElement 函数来根据虚拟节点创建真实的 DOM 元素。

在 createElement 中，我们需要创建一个新的 DOM 元素，然后遍历虚拟节点的 props 属性，将其中的属性添加到 DOM 元素上去，之后再遍历 children 属性。如下代码是一个实现样例：

const createElement = vnode => {
  if (typof vnode === 'string') {
    return document.createTextNode(vnode); // 如果是字符串就直接返回文本元素
  }
  const el = document.createElement(vnode.tag);
  if (vnode.props) {
    Object.entries(vnode.props).forEach(([name, value]) => {
      el[name] = value;
    });
  }
  if (vnode.children) {
    vnode.children.forEach(child => {
      el.appendChild(createElement(child));
    });
  }
  return el;
}

现在，我们可以通过 createElement 将虚拟节点转变成真实 DOM 了。

createElement(createNode("div", { id: "app" }, ["Hello World"]));

// 输出： <div id="app">Hello World</div>

我们再来定义一个 diff 函数来实现 'diff' 算法。这个 diff 函数接收三个参数，一个是已经存在的 DOM 元素，一个是旧的虚拟节点，一个是新的虚拟节点。在这个函数中，我们将对比两个虚拟节点，在需要的时候，将旧的元素替换掉。

const diff = (el, oldVNode, newVNode) => {
  const replace = () => el.replaceWith(createElement(newVNode));
  if (!newVNode) return el.remove();
  if (!oldVNode) return el.appendChild(createElement(newVNode));
  // 处理纯文本的情况
  if (typeof oldVNode === 'string' || typeof newVNode === 'string') {
    if (oldVNode !== newVNode) return replace();
  } else {
    // 对比标签名
    if (oldVNode.tag !== newVNode.tag) return replace();
    // 对比 props
    if (!oldVNode.props?.some((prop) => oldVNode.props?[prop] === newVNode.props?[prop])) return replace();
    // 对比 children
    [...el.childNodes].forEach((child, i) => {
      diff(child, oldVNode.children?[i], newVNode.children?[i]);
    });
  }
}

在这个函数中，我们先处理纯文本的情况，如果新旧两个字符串不相同，则直接替换。之后，我们就可以假定两个虚拟节点都是对象了。我们先对比两个节点的标签名是否相同，不同则直接替换。之后对比两个节点的 props 是否相同，不同也直接替换。最后我们在递归的使用 diff 函数对比两个虚拟节点的 children。

至此，我们就实现了一个简版虚拟 DOM 系统所必须的所有功能。下面是使用样例：

const oldVNode = createNode("div", { id: "app" }, ["Hello World"]);
const newVNode = createNode("div", { id: "app" }, ["Goodbye World"]);
const el = createElement(oldVNode);
// <div id="app">Hello World</div>

diff(el, oldVNode, newVNode);
// el will become: <div id="app">Goodbye World</div>

文中的实现侧重于展示虚拟 DOM 的实现原理，在实现代码中并未考虑性能等其他因素。