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# 30｜虚拟DOM（上）：如何通过虚拟DOM更新页面？
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你好，我是大圣。
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上一讲我们主要介绍了Vue项目的首次渲染流程，在mountComponent中注册了effect函数，这样，在组件数据有更新的时候，就会通知到组件的update方法进行更新。
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Vue中组件更新的方式也是使用了响应式+虚拟DOM的方式，这个我们在第一讲中有介绍过Vue 1、Vue 2和Vue 3中更新方式的变化，今天我们就来详细剖析一下Vue组件内部如何通过虚拟DOM更新页面的代码细节。
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## Vue虚拟DOM执行流程
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我们从虚拟DOM在Vue的执行流程开始讲起。在Vue中，我们使用虚拟DOM来描述页面的组件，比如下面的template虽然格式和HTML很像，但是在Vue的内部会解析成JavaScript函数，这个函数就是用来返回虚拟DOM：
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```javascript
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<div id="app">
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<p>hello world</p>
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<Rate :value="4"></Rate>
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</div>
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```
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上面的template会解析成下面的函数，最终返回一个JavaScript的对象能够描述这段HTML：
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```javascript
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function render(){
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return h('div',{id:"app"},children:[
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h('p',{},'hello world'),
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h(Rate,{value:4}),
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])
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}
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```
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知道虚拟DOM是什么之后，那么它是怎么创建的呢？
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### DOM的创建
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我们简单回忆上一讲介绍的[mount函数](https://github.com/vuejs/vue-next/blob/master/packages/runtime-core/src/apiCreateApp.ts#L283)，在代码中，我们使用createVNode函数创建项目的虚拟DOM，可以看到**Vue内部的虚拟DOM，也就是vnode，就是一个对象，通过type、props、children等属性描述整个节点**：
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```javascript
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const vnode = createVNode(
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rootComponent as ConcreteComponent,
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rootProps
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)
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function _createVNode() {
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// 处理属性和class
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if (props) {
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...
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}
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// 标记vnode信息
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const shapeFlag = isString(type)
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? ShapeFlags.ELEMENT
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: __FEATURE_SUSPENSE__ && isSuspense(type)
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? ShapeFlags.SUSPENSE
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: isTeleport(type)
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? ShapeFlags.TELEPORT
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: isObject(type)
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? ShapeFlags.STATEFUL_COMPONENT
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: isFunction(type)
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? ShapeFlags.FUNCTIONAL_COMPONENT
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: 0
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return createBaseVNode(
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type,
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|
props,
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children,
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|
patchFlag,
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dynamicProps,
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shapeFlag,
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isBlockNode,
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|
|
true
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|
|
)
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|
|
|
|
|
}
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|
function createBaseVNode(type,props,children,...){
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const vnode = {
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|
type,
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|
props,
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key: props && normalizeKey(props),
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ref: props && normalizeRef(props),
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children,
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shapeFlag,
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|
|
|
patchFlag,
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|
|
|
dynamicProps,
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|
|
|
|
...
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|
} as VNode
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// 标准化子节点
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if (needFullChildrenNormalization) {
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normalizeChildren(vnode, children)
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} else if (children) {
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vnode.shapeFlag |= isString(children)
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? ShapeFlags.TEXT_CHILDREN
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: ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN
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}
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|
return vnode
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}componentUpdateFn
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```
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createVNode负责创建Vue中的虚拟DOM，而上一讲中我们讲过mount函数的核心逻辑就是使用setupComponent执行我们写的<script setup>，使用setupRenderEffect监听组件的数据变化。所以我们来到setupRenderEffect函数中，去完整地剖析Vue中虚拟DOM的更新逻辑。
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我们给组件注册了update方法，这个方法使用effect包裹后，当组件内的ref、reactive包裹的响应式数据变化的时候就会执行update方法，触发组件内部的更新机制。
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看下面的代码，在setupRenderEffect内部的componentUpdateFn中，updateComponentPreRenderer更新了属性和slots，并且调用renderComponentRoot函数创建新的子树对象nextTree，然后内部依然是调用patch函数。
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可以看到，**Vue源码中的实现首次渲染和更新的逻辑都写在一起，我们在递归的时候如果对一个标签实现更新和渲染，就可以用一个函数实现**。
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```javascript
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const componentUpdateFn = ()=>{
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if (!instance.isMounted) {
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//首次渲染
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instance,
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parentSuspense,
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|
isSVG
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|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
。。。
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|
|
|
}else{
|
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let { next, bu, u, parent, vnode } = instance
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if (next) {
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next.el = vnode.el
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updateComponentPreRender(instance, next, optimized)
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} else {
|
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next = vnode
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|
}
|
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const nextTree = renderComponentRoot(instance)
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|
patch(
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prevTree,
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|
nextTree,
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// parent may have changed if it's in a teleport
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|
hostParentNode(prevTree.el!)!,
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// anchor may have changed if it's in a fragment
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|
getNextHostNode(prevTree),
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|
instance,
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|
parentSuspense,
|
|
|
|
|
|
isSVG
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
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// 注册effect函数
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const effect = new ReactiveEffect(
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componentUpdateFn,
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() => queueJob(instance.update),
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instance.scope // track it in component's effect scope
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)
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const update = (instance.update = effect.run.bind(effect) as S chedulerJob)
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update()
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const updateComponentPreRender = (
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instance: ComponentInternalInstance,
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nextVNode: VNode,
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|
optimized: boolean
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) => {
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nextVNode.component = instance
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const prevProps = instance.vnode.props
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instance.vnode = nextVNode
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instance.next = null
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updateProps(instance, nextVNode.props, prevProps, optimized)
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|
updateSlots(instance, nextVNode.children, optimized)
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pauseTracking()
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// props update may have triggered pre-flush watchers.
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// flush them before the render update.
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|
flushPreFlushCbs(undefined, instance.update)
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|
resetTracking()
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|
}
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```
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比较关键的就是上面代码中32-39行的**effect函数，负责注册组件，这个函数也是Vue组件更新的入口函数。**
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## patch函数
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数据更新之后就会执行patch函数，下图就是patch函数执行的逻辑图：
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在patch函数中，会针对不同的组件类型执行不同的函数，组件我们会执行processComponent，HTML标签我们会执行processElement：
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|
```javascript
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|
function path(n1, n2, container){
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|
const { type, shapeFlag } = n2
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|
switch (type) {
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case Text:
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|
processText(n1, n2, container)
|
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|
break
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|
// 还有注释，fragment之类的可以处理，这里忽略
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default:
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|
// 通过shapeFlag判断类型
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if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {
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|
processElement(n1, n2, container, anchor)
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|
} else if (shapeFlag & ShapeFlags.STATEFUL_COMPONENT) {
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|
processComponent(n1, n2, container)
|
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|
|
}
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|
|
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|
}
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|
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|
}
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function processComponent(n1, n2, container) {
|
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// 老规矩，么有n1就是mount
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if (!n1) {
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// 初始化 component
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mountComponent(n2, container)
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} else {
|
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|
updateComponent(n1, n2, container)
|
|
|
|
|
|
}
|
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|
|
}
|
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|
```
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由于更新之后不是首次渲染了，patch函数内部会执行updateComponent，看下面的updateComponent函数内部，shouldUpdateComponent会判断组件是否需要更新，实际执行的是instance.update：
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```javascript
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const instance = (n2.component = n1.component)!
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if (shouldUpdateComponent(n1, n2, optimized)) {
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// normal update
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instance.next = n2
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// in case the child component is also queued, remove it to avoid
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// double updating the same child component in the same flush.
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invalidateJob(instance.update)
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// instance.update is the reactive effect.
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instance.update()
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|
} else {
|
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// no update needed. just copy over properties
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|
n2.component = n1.component
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|
n2.el = n1.el
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|
instance.vnode = n2
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|
}
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|
```
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组件的子元素是由HTML标签和组件构成，组件内部的递归处理最终也是对HTML标签的处理，所以，最后组件的更新都会进入到processElement内部的patchElement函数中。
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### patchElement函数
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在函数patchElement中我们主要就做两件事，更新节点自己的属性和更新子元素。
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### 节点自身属性的更新
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先看自身属性的更新，这里就能体现出**Vue 3中性能优化的思想，通过patchFlag可以做到按需更新**：
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* 如果标记了FULL\_PROPS，就直接调用patchProps。
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* 如果标记了CLASS，说明节点只有class属性是动态的，其他的style等属性都不需要进行判断和DOM操作。
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这样就极大的优化了属性操作的性能。
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内部执行hostPatchProp进行实际的DOM操作，你还记得上一讲中hostPatchProp是从nodeOps中定义的吗，其他动态属性STYLE、TEXT等等也都是一样的逻辑。Vue 3的虚拟DOM真正做到了按需更新，这也是相比于React的一个优势。
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|
```javascript
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|
const patchElement = (
|
|
|
|
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|
n1: VNode,
|
|
|
|
|
|
n2: VNode,
|
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|
parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
|
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|
|
|
parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
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|
isSVG: boolean,
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|
slotScopeIds: string[] | null,
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|
optimized: boolean
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) => {
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const el = (n2.el = n1.el!)
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let { patchFlag, dynamicChildren, dirs } = n2
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patchFlag |= n1.patchFlag & PatchFlags.FULL_PROPS
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const oldProps = n1.props || EMPTY_OBJ
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const newProps = n2.props || EMPTY_OBJ
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|
// full diff
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|
patchChildren(
|
|
|
|
|
|
n1,
|
|
|
|
|
|
n2,
|
|
|
|
|
|
el,
|
|
|
|
|
|
null,
|
|
|
|
|
|
parentComponent,
|
|
|
|
|
|
parentSuspense,
|
|
|
|
|
|
areChildrenSVG,
|
|
|
|
|
|
slotScopeIds,
|
|
|
|
|
|
false
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if (patchFlag > 0) {
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if (patchFlag & PatchFlags.FULL_PROPS) {
|
|
|
|
|
|
patchProps(
|
|
|
|
|
|
el,
|
|
|
|
|
|
n2,
|
|
|
|
|
|
oldProps,
|
|
|
|
|
|
newProps,
|
|
|
|
|
|
parentComponent,
|
|
|
|
|
|
parentSuspense,
|
|
|
|
|
|
isSVG
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
} else {
|
|
|
|
|
|
// class是动态的
|
|
|
|
|
|
if (patchFlag & PatchFlags.CLASS) {
|
|
|
|
|
|
if (oldProps.class !== newProps.class) {
|
|
|
|
|
|
hostPatchProp(el, 'class', null, newProps.class, isSVG)
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
// style样式是动态的
|
|
|
|
|
|
if (patchFlag & PatchFlags.STYLE) {
|
|
|
|
|
|
hostPatchProp(el, 'style', oldProps.style, newProps.style, isSVG)
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
// 属性需要diff
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|
|
if (patchFlag & PatchFlags.PROPS) {
|
|
|
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//
|
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const propsToUpdate = n2.dynamicProps!
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for (let i = 0; i < propsToUpdate.length; i++) {
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const key = propsToUpdate[i]
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const prev = oldProps[key]
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const next = newProps[key]
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// #1471 force patch value
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if (next !== prev || key === 'value') {
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hostPatchProp(
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el,
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key,
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prev,
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next,
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isSVG,
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n1.children as VNode[],
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parentComponent,
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parentSuspense,
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unmountChildren
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)
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}
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}
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}
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}
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//文本是动态的
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if (patchFlag & PatchFlags.TEXT) {
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if (n1.children !== n2.children) {
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hostSetElementText(el, n2.children as string)
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}
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}
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}
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|
}
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```
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### 子元素的更新
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而子元素的更新是patchChildren 函数负责的，这个函数也是虚拟DOM中难度最高的一个函数，搞懂它还需要我们下一讲中介绍的算法知识，今天我们就先理解它主要的实现思路。
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**首先我们把子元素分成了文本、数组和空三个状态，新老子元素分别是这三种状态的一个，构成了不同的执行逻辑**。这样patchChildren内部大致有五种情况需要处理：
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* 如果新的子元素是空， 老的子元素不为空，直接卸载unmount即可。
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* 如果新的子元素不为空，老的子元素是空，直接创建加载即可。
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* 如果新的子元素是文本，老的子元素如果是数组就需要全部unmount，是文本的话就需要执行hostSetElementText。
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* 如果新的子元素是数组，比如是使用v-for渲染出来的列表，老的子元素如果是空或者文本，直接unmout后，渲染新的数组即可。
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最复杂的情况就是新的子元素和老的子元素都是数组。
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最朴实无华的思路就是把老的子元素全部unmount，新的子元素全部mount，这样虽然可以实现功能，但是没法复用已经存在的DOM元素，比如我们只是在数组中间新增了一个数据，全部DOM都销毁就有点太可惜了。
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**所以，我们需要判断出可以复用的DOM元素，如果一个虚拟DOM没有改动或者属性变了，不需要完全销毁重建，而是更新一下属性，最大化减少DOM的操作**，这个任务就会交给patchKeyedChildren函数去完成。
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patchKeyedChildren函数，做的事情就是尽可能高效地把老的子元素更新成新的子元素，如何高效复用老的子元素中的DOM元素是patchKeyedChildren函数的难点：
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```javascript
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const patchChildren: PatchChildrenFn = (
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n1,
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n2,
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container,
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anchor,
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parentComponent,
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parentSuspense,
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isSVG,
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slotScopeIds,
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optimized = false
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) => {
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const c1 = n1 && n1.children
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const prevShapeFlag = n1 ? n1.shapeFlag : 0
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const c2 = n2.children
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const { patchFlag, shapeFlag } = n2
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// fast path
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if (patchFlag > 0) {
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if (patchFlag & PatchFlags.KEYED_FRAGMENT) {
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// this could be either fully-keyed or mixed (some keyed some not)
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// presence of patchFlag means children are guaranteed to be arrays
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patchKeyedChildren(
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c1 as VNode[],
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c2 as VNodeArrayChildren,
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container,
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|
anchor,
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parentComponent,
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parentSuspense,
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isSVG,
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slotScopeIds,
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|
optimized
|
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|
|
|
|
)
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|
|
|
|
return
|
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|
} else if (patchFlag & PatchFlags.UNKEYED_FRAGMENT) {
|
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// unkeyed
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patchUnkeyedChildren(
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c1 as VNode[],
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c2 as VNodeArrayChildren,
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container,
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anchor,
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parentComponent,
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|
parentSuspense,
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|
isSVG,
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|
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|
|
slotScopeIds,
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|
|
|
|
optimized
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
return
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
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// children has 3 possibilities: text, array or no children.
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if (shapeFlag & ShapeFlags.TEXT_CHILDREN) {
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// text children fast path
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if (prevShapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
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unmountChildren(c1 as VNode[], parentComponent, parentSuspense)
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|
}
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if (c2 !== c1) {
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hostSetElementText(container, c2 as string)
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|
|
}
|
|
|
|
|
|
} else {
|
|
|
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if (prevShapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
|
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// prev children was array
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if (shapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
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// two arrays, cannot assume anything, do full diff
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patchKeyedChildren(
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c1 as VNode[],
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c2 as VNodeArrayChildren,
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|
container,
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|
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|
|
anchor,
|
|
|
|
|
|
parentComponent,
|
|
|
|
|
|
parentSuspense,
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|
|
|
|
|
isSVG,
|
|
|
|
|
|
slotScopeIds,
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|
|
|
|
|
optimized
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
} else {
|
|
|
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// no new children, just unmount old
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|
unmountChildren(c1 as VNode[], parentComponent, parentSuspense, true)
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|
|
}
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|
|
|
} else {
|
|
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// prev children was text OR null
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// new children is array OR null
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if (prevShapeFlag & ShapeFlags.TEXT_CHILDREN) {
|
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|
|
hostSetElementText(container, '')
|
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|
|
}
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|
// mount new if array
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if (shapeFlag & ShapeFlags.ARRAY_CHILDREN) {
|
|
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|
mountChildren(
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|
c2 as VNodeArrayChildren,
|
|
|
|
|
|
container,
|
|
|
|
|
|
anchor,
|
|
|
|
|
|
parentComponent,
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|
|
|
|
|
parentSuspense,
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|
|
|
|
|
isSVG,
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|
|
|
|
|
slotScopeIds,
|
|
|
|
|
|
optimized
|
|
|
|
|
|
)
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
}
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```
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上面的代码执行逻辑如下图所示，根据flags判断子元素的类型后，执行不同的操作函数：
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### patchChildren
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最后就剩下patchChildren的实现了，这也是各类虚拟DOM框架中最难实现的函数，我们需要实现**一个高效的更新算法，能够使用尽可能少的更新次数，来实现从老的子元素到新的子元素的更新**。
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举个例子，类似体育课站队的时候，大家一开始站一排，但是顺序是乱的，我们需要尽快把队伍按照个头左低右高排列。
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在React中，这种场景的处理逻辑是先进行循环，使用的是单侧插入的算法，我们在排队的时候挨个对比，如果你站我右边，并且个头比我高一点，说明咱俩的相对位置和最终队伍的位置是一致的，暂时不需要变化，如果你比我个头矮，就需要去我左边找到一个正确的位置插队进去。
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由于都只向单侧插入，最后我们就会把所有的节点移动到正确的位置之上，这就是React15框架内虚拟节点diff的逻辑，初步实现了DOM的复用；而Vue 2借鉴了snabbdom的算法，在此基础上做了第一层双端对比的优化。
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首先Web场景之下对一个数组元素的操作，很少有直接全部替换的，**比如我们操作一个表格，大概率是更关心表格某一行的一个字段、新增一行、删除一行，或者是对表格某个字段进行排序，所以我们可以从纯算法的场景之中加入实际应用的场景**。
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如果我们只是在表格里新增一行，那么可以不要一开始就开始循环，而是可以先进行节点的预判。
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比如，在下面的例子中，新的节点就是在老的节点中新增和删除了几个元素，我们在循环之前，先进行头部元素的判断。在这个例子里，可以预判出头部元素的a、b、c、d是一样的节点，说明节点不需要重新创建，我们只需要进行属性的更新，然后进行队尾元素的预判，可以判断出g和元素也是一样的：
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```javascript
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a b c d e f g h
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a b c d i f j g h
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```
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这样我们虚拟DOM diff的逻辑就变成了下面的结构, 现在只需要比较ef和ifg的区别：
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```javascript
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(a b c d) e f (g h)
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(a b c) d) i f j (g h)
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```
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相比于之前的对比场景，我们需要遍历的运算量就大大减小了。
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而且，有很多场景比如新增一行或者删除一行的简单场景，预判完毕之后，新老元素有一个处于没有元素的状态，我们就可以直接执行mount或者unmout完成对比的全过程，不需要再进行复杂的遍历：
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```javascript
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(a b c d)
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(a b c d) e
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(a b c) d
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(a b c
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```
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双端对比的原理大致就是这样。最后双端对比之后的执行逻辑这一部分需要一些算法知识，我们下一讲会详细介绍，这里你只需要掌握大概的思路。
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想让一个队伍尽快按照个头排好序，如果能够计算出，在队伍中，个头从低到高依次递增的最多的队列，让这些人站在原地不动，其余人穿插到他们中间，就可以最大化减少人员的移动，这就是一个最长底层子序列的算法问题，我们下一讲详细剖析。
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## 总结
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今天的内容就讲完了，来总结一下吧，我们学习了Vue中的更新逻辑。现在Vue执行逻辑全景图变成了下面的样子，新增了组件更新的逻辑：
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Vue响应式驱动了组件之间的数据通信机制，数据更新之后，组件会执行intance.update方法，update方法内部执行patch方法进行新老子树的diff计算。
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在更新函数中，主要做了两件事，pathProps更新节点自身的属性，这里面使用了pathFlags做到了按需更新；patchChildren执行子元素的更新。其中patch函数内部会只对节点内部的动态属性做更新，这种按需更新的机制是Vue性能优秀的一个原因。
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函数内部针对新老子元素不同的状态，执行不同的逻辑。根据子元素是否为空或者数组，以及新元素是否为空或者数组，分别执行对应的删除或者mount逻辑，其中最复杂的就是新的子元素和老的子元素都是数组。
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为了最大化减少DOM操作，patchKeyedChildren使用了最长递增子序列来实现，并且相比于React的虚拟DOM diff，新增了双端的预先判断+最长递增子序列算法来实现，这也是Vue性能比较优秀的另外一个原因。
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## 思考题
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最后再留一个思考题，从虚拟DOM更新的角度，为什么我们在写v-for循环的时候，都要建议使用key属性呢？欢迎在评论区留下你的答案，也欢迎你把这一讲分享给你的同事和朋友们，我们下一讲再见。
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