React-diff 原理及应用
抛砖引玉
React 通过引入 Virtual DOM 的概念，极大地避免无效的 Dom 操作，已使我们的页面的构建效率提到了极大的提升。但是如何高效地通过对比新旧 Virtual DOM 来找出真正的 Dom 变化之处同样也决定着页面的性能，React 用其特殊的 diff 算法解决这个问题。Virtual DOM+React diff 的组合极大地保障了 React 的性能，使其在业界有着不错的性能口碑。diff 算法并非 React 首创，React 只是对 diff 算法做了一个优化，但却是因为这个优化，给 React 带来了极大的性能提升，不禁让人感叹 React 创造者们的智慧！接下来我们就探究一下 React 的 diff 算法。
传统 diff 算法
在文章开头我们提到 React 的 diff 算法给 React 带来了极大的性能提升，而之前的 React diff 算法是在传统 diff 算法上的优化。下面我们先看一下传统的 diff 算法是什么样子的。
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) 到底有多可怕呢？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。而 React 却这个 diff 算法时间复杂度从 O(n^3)降到 O(n)。O(n^3)到 O(n)的提升有多大，我们通过一张图来看一下。
从上面这张图来看，React 的 diff 算法所带来的提升无疑是巨大无比的。接下来我们再看一张图：
从 1979 到 2011，30 多年的时间，才将时间复杂度搞到 O(n^3)，而 React 从开源到现在不过区区几年的时间，却一下子干到 O(n)，到这里不禁再次膜拜一下 React 的创造者们。那么 React 这个牛逼的 diff 算法是如何做到的呢？
React diff 原理
前面我们讲到传统 diff 算法的时间复杂度为 O(n^3),其中 n 为树中节点的总数，随着 n 的增加，diff 所耗费的时间将呈现爆炸性的增长。react 却利用其特殊的 diff 算法做到了 O(n^3)到 O(n)的飞跃性的提升，而完成这一壮举的法宝就是下面这三条看似简单的 diff 策略：
Web UI 中 DOM 节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。
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。
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。
在上面三个策略的基础上，React 分别将对应的 tree diff、component diff 以及 element diff 进行算法优化，极大地提升了 diff 效率。
tree diff
基于策略一，React 对树的算法进行了简洁明了的优化，即对树进行分层比较，两棵树只会对同一层次的节点进行比较。
既然 DOM 节点跨层级的移动操作少到可以忽略不计，针对这一现象，React 只会对相同层级的 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时，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。参考 React 实战视频讲解：进入学习
策略一的前提是 Web UI 中 DOM 节点跨层级的移动操作特别少，但并没有否定 DOM 节点跨层级的操作的存在，那么当遇到这种操作时，React 是如何处理的呢？
接下来我们通过一张图来展示整个处理过程：
A 节点(包括其子节点)整个被移动到 D 节点下，由于 React 只会简单地考虑同层级节点的位置变换，而对于不 同层级的节点，只有创建和删除操作。当根节点发现子节点中 A 消失了，就会直接销毁 A;当 D 发现多了一个子节点 A，则会创 建新的 A(包括子节点)作为其子节点。此时，diff 的执行情况:create A → create B → create C → delete A。
由此可以发现，当出现节点跨层级移动时，并不会出现想象中的移动操作，而是以 A 为根节点的整个树被重新创建。这是一种影响 React 性能的操作，因此官方建议不要进行 DOM 节点跨层级的操作。
在开发组件时，保持稳定的 DOM 结构会有助于性能的提升。例如，可以通过 CSS 隐藏或显示节点，而不是真正地移除或添加 DOM 节点。
component diff
React 是基于组件构建应用的，对于组件间的比较所采取的策略也是非常简洁、高效的。
如果是同一类型的组件，按照原策略继续比较 Virtual DOM 树即可。
如果不是，则将该组件判断为 dirty component，从而替换整个组件下的所有子节点。
对于同一类型的组件，有可能其 Virtual DOM 没有任何变化，如果能够确切知道这点，那么就可以节省大量的 diff 运算时间。因此，React 允许用户通过 shouldComponentUpdate()来判断该组件是否需进行 diff 算法分析，但是如果调用了 forceUpdate 方法，shouldComponentUpdate 则失效。
接下来我们看下面这个例子是如何实现转换的：
转换流程如下：
当组件 D 变为组件 G 时，即使这两个组件结构相似，一旦 React 判断 D 和 G 是不同类型的组件，就不会比较二 者的结构，而是直接删除组件 D，重新创建组件 G 及其子节点。虽然当两个组件是不同类型但结构相似时，diff 会影响性能，但正如 React 官方博客所言:不同类型的组件很少存在相似 DOM 树的情况，因此这种极端因素很难在实际开发过程中造成重大的影响。
element diff
当节点处于同一层级时，diff 提供了 3 种节点操作，分别为 INSERT_MARKUP (插入)、MOVE_EXISTING (移动)和 REMOVE_NODE (删除)。
INSERT_MARKUP :新的组件类型不在旧集合里，即全新的节点，需要对新节点执行插入操作。
MOVE_EXISTING :旧集合中有新组件类型，且 element 是可更新的类型，generateComponentChildren 已调用 receiveComponent ，这种情况下 prevChild=nextChild ，就需要做移动操作，可以复用以前的 DOM 节点。
REMOVE_NODE :旧组件类型，在新集合里也有，但对应的 element 不同则不能直接复用和更新，需要执行删除操作，或者旧组件不在新集合里的，也需要执行删除操作。
旧集合中包含节点 A、B、C 和 D，更新后的新集合中包含节点 B、A、D 和 C，此时新旧集合进行 diff 差异化对比，发现 B!=A，则创建并插入 B 至新集合，删除旧集合 A;以此类推，创建并插入 A、D 和 C，删除 B、C 和 D。
我们发现这些都是相同的节点，仅仅是位置发生了变化，但却需要进行繁杂低效的删除、创建操作，其实只要对这些节点进行位置移动即可。React 针对这一现象提出了一种优化策略：允许开发者对同一层级的同组子节点，添加唯一 key 进行区分。 虽然只是小小的改动，性能上却发生了翻天覆地的变化!我们再来看一下应用了这个策略之后，react diff 是如何操作的。
通过 key 可以准确地发现新旧集合中的节点都是相同的节点，因此无需进行节点删除和创建，只需要将旧集合中节点的位置进行移动，更新为新集合中节点的位置，此时 React 给出的 diff 结果为:B、D 不做任何操作，A、C 进行移动操作即可。
具体的流程我们用一张表格来展现一下：
index： 新集合的遍历下标。
oldIndex：当前节点在老集合中的下标。
maxIndex：在新集合访问过的节点中，其在老集合的最大下标值。
操作一栏中只比较 oldIndex 和 maxIndex：
当 oldIndex>maxIndex 时，将 oldIndex 的值赋值给 maxIndex
当 oldIndex=maxIndex 时，不操作
当 oldIndex<maxIndex 时，将当前节点移动到 index 的位置
上面的例子仅仅是在新旧集合中的节点都是相同的节点的情况下，那如果新集合中有新加入的节点且旧集合存在 需要删除的节点，那么 diff 又是如何对比运作的呢?
注：最后还需要对旧集合进行循环遍历，找出新集合中没有的节点，此时发现存在这样的节点 D，因此删除节点 D，到此 diff 操作全部完成。
同样操作一栏中只比较 oldIndex 和 maxIndex，但是 oldIndex 可能有不存在的情况：
oldIndex 存在
当 oldIndex>maxIndex 时，将 oldIndex 的值赋值给 maxIndex
当 oldIndex=maxIndex 时，不操作
当 oldIndex<maxIndex 时，将当前节点移动到 index 的位置
oldIndex 不存在
新增当前节点至 index 的位置
当然这种 diff 并非完美无缺的，我们来看这么一种情况：
实际我们只需对 D 执行移动操作，然而由于 D 在旧集合中的位置是最大的，导致其他节点的 oldIndex < maxIndex，造成 D 没有执行移动操作，而是 A、B、C 全部移动到 D 节点后面的现象。针对这种情况，官方建议：
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，这在一定程度上会影响 React 的渲染性能。
由于 key 的存在，react 可以准确地判断出该节点在新集合中是否存在，这极大地提高了 diff 效率。我们在开发过中进行列表渲染的时候，若没有加 key，react 会抛出警告要求开发者加上 key，就是为了提高 diff 效率。但是加了 key 一定要比没加 key 的性能更高吗？我们再来看一个例子：
通过上面的例子我们发现，虽然加了 key 提高了 diff 效率，但是未必一定提升了页面的性能。因此我们要注意这么一点：
对于简单列表页渲染来说，不加 key 要比加了 key 的性能更好
根据上面的情况，最后我们总结一下 key 的作用：
准确判断出当前节点是否在旧集合中
极大地减少遍历次数
应用实践
页面指定区域刷新
现在有这么一个需求，当用户身份变化时，当前页面重新加载数据。猛一看过去觉得非常简单，没啥难度的，只要在 componentDidUpdate 这个生命周期里去判断用户身份是否发生改变，如果发生改变就重新请求数据，于是就有了以下这一段代码：
看上去我们仅仅通过加上一段代码就完成了这一需求，但是当我们页面是几十个的时候，那这种方法就显得捉襟见肘了。哪有没有一个很好的方法来实现这个需求呢？其实很简单，利用 react diff 的特性就可以实现它。对于这个需求，实际上就是希望当前组件可以销毁在重新生成，那怎么才能让其销毁并重新生成呢？通过上面的总结我发现两种情况，可以实现组件的销毁并重新生成。
当组件类型发生改变
当 key 值发生变化接下来我们就结合这两个特点，用两种方法去实现。
第一种：引入一个 loading 组件。切换身份时设置 loading 为 true，此时 loading 组件显示；切换身份完成，loading 变为 false，其子节点 children 显示。
第二种：在刷新区域加上一个 key 值就可以了，用户身份一改变，key 值就发生改变。
第一种和第二种取舍上，个人建议的是这样子的：
如果需要请求服务器的，用第一种，因为请求服务器会有一定等待时间，加入 loading 组件可以让用户有感知，体验更好。如果是不需要请求服务器的情况下，选用第二种，因为第二种更简单实用。
更加方便地监听 props 改变
针对这个需求，我们喜欢将搜索条件封装成一个组件，查询列表封装成一个组件。其中查询列表会接收一个查询参数的属性，如下所示：
现在我们面临一个问题，如何在组件 Teacher 中监听 filters 的变化，由于 filters 是一个引用类型，想监听其变化变得有些复杂，好在 lodash 提供了比较两个对象的工具方法，使其简单了。但是如果后期给 Teacher 加了额外的 props，此时你要监听多个 props 的变化时，你的代码将变得比较难以维护。针对这个问题，我们依旧可以通过 key 值去实现，当每次搜索时，重新生成一个 key，那么 Teacher 组件就会重新加载了。代码如下：
即使后期给 Teacher 加入新的 props，也没有问题，只需拼接一下 key 即可：
react-router 中 Link 问题
先看一下 demo 代码：
通过演示 gif，我们看到了地址栏的地址已经发生改变，但是并没有我们想象中那样从新走一遍 componentDidMount 去请求数据，这说明我们的组件并没有实现销毁并重新生成这么一个过程。解决这个问题你可以在 componentDidUpdate 去监听其改变：
前面我们说过如果是后期需要监听多个 props 的话，这样子后期维护比较麻烦.同样我们还是利用 key 去解决这个问题，首页我们可以将页面封装成一个组件 BookDetail，并且在其外层再包裹一层，再去给 BookDetail 加 key,代码如下：
这样的好处是我们代码结构更加清晰，后续拓展新功能比较简单。
结语：
React 的高效得益于其 Virtual DOM+React diff 的体系。diff 算法并非 react 独创，react 只是在传统 diff 算法做了优化。但因为其优化，将 diff 算法的时间复杂度一下子从 O(n^3)降到 O(n)。
React diff 的三大策略：
Web UI 中 DOM 节点跨层级的移动操作特别少，可以忽略不计。
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。
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。
在开发组件时，保持稳定的 DOM 结构会有助于性能的提升。
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。
key 的存在是为了提升 diff 效率，但未必一定就可以提升性能，记住简单列表渲染情况下，不加 key 要比加 key 的性能更好。
懂得借助 react diff 的特性去解决我们实际开发中的一系列问题。
努力写代码中 2022-08-18 加入
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