浅谈React的最大亮点之虚拟DOM
在Web开发中,需要将数据的变化实时反映到UI上,这时就需要对DOM进行操作,但是复杂或频繁的DOM操作通常是性能瓶颈产生的原因,为此,React引入了虚拟DOM(VirtualDOM)的机制。
一、什么是虚拟DOM?
在React中,render执行的结果得到的并不是真正的DOM节点,结果仅仅是轻量级的JavaScript对象,我们称之为virtualDOM。
虚拟DOM是React的一大亮点,具有batching(批处理)和高效的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。在实际开发中基本无需关心虚拟DOM是如何运作的,但是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。
二、虚拟DOMVS直接操作原生DOM?
如果没有VirtualDOM,简单来说就是直接重置innerHTML。这样操作,在一个大型列表所有数据都变了的情况下,还算是合理,但是,当只有一行数据发生变化时,它也需要重置整个innerHTML,这时候显然就造成了大量浪费。
比较innerHTML和VirtualDOM的重绘过程如下:
innerHTML:renderhtmlstring+重新创建所有DOM元素
VirtualDOM:renderVirtualDOM+diff+必要的DOM更新
和DOM操作比起来,js计算是非常便宜的。VirtualDOMrender+diff显然比渲染html字符串要慢,但是,它依然是纯js层面的计算,比起后面的DOM操作来说,依然便宜了太多。当然,曾有人做过验证说React的性能不如直接操作真实DOM,代码如下:
functionRaw(){ vardata=_buildData(), html=""; ... for(vari=0;i该测试用例中虽然构造了一个包含1000个Tag的String,并把它添加到DOM树中,但是只做了一次DOM操作。然而,在实际开发过程中,这1000个元素更新可能分布在20个逻辑块中,每个逻辑块中包含50个元素,当页面需要更新时,都会引起DOM树的更新,上述代码就近似变成了如下格式:
functionRaw(){ vardata=_buildData(), html=""; ... for(vari=0;i这样来看,React的性能就远胜于原生DOM操作了。
而且,DOM完全不属于Javascript(也不在Javascript引擎中存在).。Javascript其实是一个非常独立的引擎,DOM其实是浏览器引出的一组让Javascript操作HTML文档的API而已。在即时编译的时代,调用DOM的开销是很大的。而VirtualDOM的执行完全都在Javascript引擎中,完全不会有这个开销。
React.js相对于直接操作原生DOM有很大的性能优势,很大程度上都要归功于virtualDOM的batching和diff。batching把所有的DOM操作搜集起来,一次性提交给真实的DOM。diff算法时间复杂度也从标准的的Diff算法的O(n^3)降到了O(n)。这里留到下一次博客单独讲。
三、虚拟DOMVSMVVM?
相比起React,其他MVVM系框架比如Angular,Knockout以及Vue、Avalon采用的都是数据绑定:通过Directive/Binding对象,观察数据变化并保留对实际DOM元素的引用,当有数据变化时进行对应的操作。MVVM的变化检查是数据层面的,而React的检查是DOM结构层面的。MVVM的性能也根据变动检测的实现原理有所不同:Angular的脏检查使得任何变动都有固定的O(watchercount)的代价;Knockout/Vue/Avalon都采用了依赖收集,在js和DOM层面都是O(change):
- 脏检查:scopedigest+必要DOM更新
- 依赖收集:重新收集依赖+必要DOM更新
可以看到,Angular最不效率的地方在于任何小变动都有的和watcher数量相关的性能代价。但是!当所有数据都变了的时候,Angular其实并不吃亏。依赖收集在初始化和数据变化的时候都需要重新收集依赖,这个代价在小量更新的时候几乎可以忽略,但在数据量庞大的时候也会产生一定的消耗。
MVVM渲染列表的时候,由于每一行都有自己的数据作用域,所以通常都是每一行有一个对应的ViewModel实例,或者是一个稍微轻量一些的利用原型继承的"scope"对象,但也有一定的代价。所以,MVVM列表渲染的初始化几乎一定比React慢,因为创建ViewModel/scope实例比起VirtualDOM来说要昂贵很多。这里所有MVVM实现的一个共同问题就是在列表渲染的数据源变动时,尤其是当数据是全新的对象时,如何有效地复用已经创建的ViewModel实例和DOM元素。假如没有任何复用方面的优化,由于数据是“全新”的,MVVM实际上需要销毁之前的所有实例,重新创建所有实例,最后再进行一次渲染!这就是为什么题目里链接的angular/knockout实现都相对比较慢。相比之下,React的变动检查由于是DOM结构层面的,即使是全新的数据,只要最后渲染结果没变,那么就不需要做无用功。
Angular和Vue都提供了列表重绘的优化机制,也就是“提示”框架如何有效地复用实例和DOM元素。比如数据库里的同一个对象,在两次前端API调用里面会成为不同的对象,但是它们依然有一样的uid。这时候你就可以提示trackbyuid来让Angular知道,这两个对象其实是同一份数据。那么原来这份数据对应的实例和DOM元素都可以复用,只需要更新变动了的部分。或者,你也可以直接trackby$index来进行“原地复用”:直接根据在数组里的位置进行复用。在题目给出的例子里,如果angular实现加上trackby$index的话,后续重绘是不会比React慢多少的。甚至在dbmonster测试中,Angular和Vue用了trackby$index以后都比React快:dbmon(注意Angular默认版本无优化,优化过的在下面)
在比较性能的时候,要分清楚初始渲染、小量数据更新、大量数据更新这些不同的场合。VirtualDOM、脏检查MVVM、数据收集MVVM在不同场合各有不同的表现和不同的优化需求。VirtualDOM为了提升小量数据更新时的性能,也需要针对性的优化,比如shouldComponentUpdate或是immutabledata。
- 初始渲染:VirtualDOM>脏检查>=依赖收集
- 小量数据更新:依赖收集>>VirtualDOM+优化>脏检查(无法优化)>VirtualDOM无优化
- 大量数据更新:脏检查+优化>=依赖收集+优化>VirtualDOM(无法/无需优化)>>MVVM无优化
- (该段落借鉴了知乎的相关回答)
四、对React虚拟DOM的误解?
React从来没有说过“React比原生操作DOM快”。React给我们的保证是,在不需要手动优化的情况下,它依然可以给我们提供过得去的性能。
React掩盖了底层的DOM操作,可以用更声明式的方式来描述我们目的,从而让代码更容易维护。下面还是借鉴了知乎上的回答:没有任何框架可以比纯手动的优化DOM操作更快,因为框架的DOM操作层需要应对任何上层API可能产生的操作,它的实现必须是普适的。针对任何一个benchmark,我都可以写出比任何框架更快的手动优化,但是那有什么意义呢?在构建一个实际应用的时候,你难道为每一个地方都去做手动优化吗?出于可维护性的考虑,这显然不可能。
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