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# 深入分析虚拟 dom 的渲染原理和特性

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# 导读

React的虚拟DOM和Diff算法是React的非常重要的核心特性，这部分源码也非常复杂，理解这部分知识的原理对更深入的掌握React是非常必要的。

本来想将虚拟DOM和Diff算法放到一篇文章，写完虚拟DOM发现文章已经很长了，所以本篇只分析虚拟DOM。

本篇文章从源码出发，分析虚拟DOM的核心渲染原理（首次渲染），以及React对它做的性能优化点。

说实话React源码真的很难读 😅，如果本篇文章帮助到了你，那么请给个赞 👍 支持一下吧。

# 开发中的常见问题

  • 为何必须引用React
  • 自定义的React组件为何必须大写
  • React如何防止XSS
  • React的Diff算法和其他的Diff算法有何区别
  • key在React中的作用
  • 如何写出高性能的React组件

如果你对上面几个问题还存在疑问，说明你对React的虚拟DOM以及Diff算法实现原理还有所欠缺，那么请好好阅读本篇文章吧。

首先我们来看看到底什么是虚拟DOM:

# 虚拟 DOM

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在原生的JavaScript程序中，我们直接对DOM进行创建和更改，而DOM元素通过我们监听的事件和我们的应用程序进行通讯。

而React会先将你的代码转换成一个JavaScript对象，然后这个JavaScript对象再转换成真实DOM。这个JavaScript对象就是所谓的虚拟DOM。

比如下面一段html代码：

<div class="title">
  <span>Hello ConardLi</span>
  <ul>
    <li>苹果</li>
    <li>橘子</li>
  </ul>
</div>

在React可能存储为这样的JS代码：

const VitrualDom = {
  type: "div",
  props: { class: "title" },
  children: [
    {
      type: "span",
      children: "Hello ConardLi",
    },
    {
      type: "ul",
      children: [
        { type: "ul", children: "苹果" },
        { type: "ul", children: "橘子" },
      ],
    },
  ],
};

当我们需要创建或更新元素时，React首先会让这个VitrualDom对象进行创建和更改，然后再将VitrualDom对象渲染成真实DOM；

当我们需要对DOM进行事件监听时，首先对VitrualDom进行事件监听，VitrualDom会代理原生的DOM事件从而做出响应。

# 为何使用虚拟 DOM

React为何采用VitrualDom这种方案呢？

# 提高开发效率

使用JavaScript，我们在编写应用程序时的关注点在于如何更新DOM。

使用React，你只需要告诉React你想让视图处于什么状态，React则通过VitrualDom确保DOM与该状态相匹配。你不必自己去完成属性操作、事件处理、DOM更新，React会替你完成这一切。

这让我们更关注我们的业务逻辑而非DOM操作，这一点即可大大提升我们的开发效率。

# 关于提升性能

很多文章说VitrualDom可以提升性能，这一说法实际上是很片面的。

直接操作DOM是非常耗费性能的，这一点毋庸置疑。但是React使用VitrualDom也是无法避免操作DOM的。

如果是首次渲染，VitrualDom不具有任何优势，甚至它要进行更多的计算，消耗更多的内存。

VitrualDom的优势在于React的Diff算法和批处理策略，React在页面更新之前，提前计算好了如何进行更新和渲染DOM。实际上，这个计算过程我们在直接操作DOM时，也是可以自己判断和实现的，但是一定会耗费非常多的精力和时间，而且往往我们自己做的是不如React好的。所以，在这个过程中React帮助我们"提升了性能"。

所以，我更倾向于说，VitrualDom帮助我们提高了开发效率，在重复渲染时它帮助我们计算如何更高效的更新，而不是它比DOM操作更快。

如果您对本部分的分析有什么不同见解，欢迎在评论区拍砖。

# 跨浏览器兼容

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React基于VitrualDom自己实现了一套自己的事件机制，自己模拟了事件冒泡和捕获的过程，采用了事件代理，批量更新等方法，抹平了各个浏览器的事件兼容性问题。

# 跨平台兼容

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VitrualDom为React带来了跨平台渲染的能力。以React Native为例子。React根据VitrualDom画出相应平台的ui层，只不过不同平台画的姿势不同而已。

# 虚拟 DOM 实现原理

如果你不想看繁杂的源码，或者现在没有足够时间，可以跳过这一章，直接 👇虚拟 DOM 原理总结 (opens new window)

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在上面的图上我们继续进行扩展，按照图中的流程，我们依次来分析虚拟DOM的实现原理。

# JSX 和 createElement

我们在实现一个React组件时可以选择两种编码方式，第一种是使用JSX编写：

class Hello extends Component {
  render() {
    return <div>Hello ConardLi</div>;
  }
}

第二种是直接使用React.createElement编写：

class Hello extends Component {
  render() {
    return React.createElement("div", null, `Hello ConardLi`);
  }
}

实际上，上面两种写法是等价的，JSX只是为 React.createElement(component, props, ...children)方法提供的语法糖。也就是说所有的JSX代码最后都会转换成React.createElement(...)，Babel帮助我们完成了这个转换的过程。

如下面的JSX

<div>
  <img src="avatar.png" className="profile" />
  <Hello />
</div>

将会被Babel转换为

React.createElement(
  "div",
  null,
  React.createElement("img", {
    src: "avatar.png",
    className: "profile",
  }),
  React.createElement(Hello, null)
);

注意，babel在编译时会判断JSX中组件的首字母，当首字母为小写时，其被认定为原生DOM标签，createElement的第一个变量被编译为字符串；当首字母为大写时，其被认定为自定义组件，createElement的第一个变量被编译为对象；

另外，由于JSX提前要被Babel编译，所以JSX是不能在运行时动态选择类型的，比如下面的代码：

function Story(props) {
  // Wrong! JSX type can't be an expression.
  return <components[props.storyType] story={props.story} />;
}

需要变成下面的写法：

function Story(props) {
  // Correct! JSX type can be a capitalized variable.
  const SpecificStory = components[props.storyType];
  return <SpecificStory story={props.story} />;
}

所以，使用JSX你需要安装Babel插件babel-plugin-transform-react-jsx

{
    "plugins": [
        ["transform-react-jsx", {
            "pragma": "React.createElement"
        }]
    ]
}

# 创建虚拟 DOM

下面我们来看看虚拟DOM的真实模样，将下面的JSX代码在控制台打印出来：

<div className="title">
  <span>Hello ConardLi</span>
  <ul>
    <li>苹果</li>
    <li>橘子</li>
  </ul>
</div>

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这个结构和我们上面自己描绘的结构很像，那么React是如何将我们的代码转换成这个结构的呢，下面我们来看看createElement函数的具体实现（文中的源码经过精简）。

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createElement函数内部做的操作很简单，将props和子元素进行处理后返回一个ReactElement对象，下面我们来逐一分析：

(1).处理 props：

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  • 1.将特殊属性ref、key从config中取出并赋值
  • 2.将特殊属性self、source从config中取出并赋值
  • 3.将除特殊属性的其他属性取出并赋值给props

后面的文章会详细介绍这些特殊属性的作用。

(2).获取子元素

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  • 1.获取子元素的个数 —— 第二个参数后面的所有参数
  • 2.若只有一个子元素，赋值给props.children
  • 3.若有多个子元素，将子元素填充为一个数组赋值给props.children

(3).处理默认 props

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  • 将组件的静态属性defaultProps定义的默认props进行赋值

ReactElement

ReactElement将传入的几个属性进行组合，并返回。

  • type：元素的类型，可以是原生 html 类型（字符串），或者自定义组件（函数或class）
  • key：组件的唯一标识，用于Diff算法，下面会详细介绍
  • ref：用于访问原生dom节点
  • props：传入组件的props
  • owner：当前正在构建的Component所属的Component

$$typeof：一个我们不常见到的属性，它被赋值为REACT_ELEMENT_TYPE：

var REACT_ELEMENT_TYPE =
  (typeof Symbol === "function" && Symbol.for && Symbol.for("react.element")) ||
  0xeac7;

可见，$$typeof是一个Symbol类型的变量，这个变量可以防止XSS。

如果你的服务器有一个漏洞，允许用户存储任意JSON对象， 而客户端代码需要一个字符串，这可能会成为一个问题：

// JSON
let expectedTextButGotJSON = {
  type: "div",
  props: {
    dangerouslySetInnerHTML: {
      __html: "/* put your exploit here */",
    },
  },
};
let message = { text: expectedTextButGotJSON };
<p>{message.text}</p>;

JSON中不能存储Symbol类型的变量。

ReactElement.isValidElement函数用来判断一个React组件是否是有效的，下面是它的具体实现。

ReactElement.isValidElement = function(object) {
  return (
    typeof object === "object" &&
    object !== null &&
    object.$$typeof === REACT_ELEMENT_TYPE
  );
};

可见React渲染时会把没有$$typeof标识，以及规则校验不通过的组件过滤掉。

当你的环境不支持Symbol时，$$typeof被赋值为0xeac7，至于为什么，React开发者给出了答案：

0xeac7看起来有点像React。

self、source只有在非生产环境才会被加入对象中。

  • self指定当前位于哪个组件实例。
  • _source指定调试代码来自的文件(fileName)和代码行数(lineNumber)。

# 虚拟 DOM 转换为真实 DOM

上面我们分析了代码转换成了虚拟DOM的过程，下面来看一下React如何将虚拟DOM转换成真实DOM。

本部分逻辑较复杂，我们先用流程图梳理一下整个过程，整个过程大概可分为四步：

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过程 1：初始参数处理

在编写好我们的React组件后，我们需要调用ReactDOM.render(element, container[, callback])将组件进行渲染。

render函数内部实际调用了_renderSubtreeIntoContainer，我们来看看它的具体实现：

  render: function (nextElement, container, callback) {
    return ReactMount._renderSubtreeIntoContainer(null, nextElement, container, callback);
  },

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  • 1.将当前组件使用TopLevelWrapper进行包裹

TopLevelWrapper只一个空壳，它为你需要挂载的组件提供了一个rootID属性，并在render函数中返回该组件。

TopLevelWrapper.prototype.render = function() {
  return this.props.child;
};

ReactDOM.render函数的第一个参数可以是原生DOM也可以是React组件，包裹一层TopLevelWrapper可以在后面的渲染中将它们进行统一处理，而不用关心是否原生。

  • 2.判断根结点下是否已经渲染过元素，如果已经渲染过，判断执行更新或者卸载操作
  • 3.处理shouldReuseMarkup变量，该变量表示是否需要重新标记元素
  • 4.调用将上面处理好的参数传入_renderNewRootComponent，渲染完成后调用callback。

在_renderNewRootComponent中调用instantiateReactComponent对我们传入的组件进行分类包装：

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根据组件的类型，React根据原组件创建了下面四大类组件，对组件进行分类渲染：

  • ReactDOMEmptyComponent:空组件
  • ReactDOMTextComponent:文本
  • ReactDOMComponent:原生DOM
  • ReactCompositeComponent:自定义React组件

他们都具备以下三个方法：

  • construct:用来接收ReactElement进行初始化。
  • mountComponent:用来生成ReactElement对应的真实DOM或DOMLazyTree。
  • unmountComponent:卸载DOM节点，解绑事件。

具体是如何渲染我们在过程 3 中进行分析。

过程 2：批处理、事务调用

在_renderNewRootComponent中使用ReactUpdates.batchedUpdates调用batchedMountComponentIntoNode进行批处理。

ReactUpdates.batchedUpdates(
  batchedMountComponentIntoNode,
  componentInstance,
  container,
  shouldReuseMarkup,
  context
);

在batchedMountComponentIntoNode中，使用transaction.perform调用mountComponentIntoNode让其基于事务机制进行调用。

transaction.perform(
  mountComponentIntoNode,
  null,
  componentInstance,
  container,
  transaction,
  shouldReuseMarkup,
  context
);

关于批处理事务，在我前面的分析setState 执行机制 (opens new window)中有更多介绍。

过程 3：生成 html

在mountComponentIntoNode函数中调用ReactReconciler.mountComponent生成原生DOM节点。

mountComponent内部实际上是调用了过程 1 生成的四种对象的mountComponent方法。首先来看一下ReactDOMComponent：

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  • 1.对特殊DOM标签、props进行处理。
  • 2.根据标签类型创建DOM节点。
  • 3.调用_updateDOMProperties将props插入到DOM节点，_updateDOMProperties也可用于props Diff，第一个参数为上次渲染的props，第二个参数为当前props，若第一个参数为空，则为首次创建。
  • 4.生成一个DOMLazyTree对象并调用_createInitialChildren将孩子节点渲染到上面。

那么为什么不直接生成一个DOM节点而是要创建一个DOMLazyTree呢？我们先来看看_createInitialChildren做了什么：

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判断当前节点的dangerouslySetInnerHTML属性、孩子节点是否为文本和其他节点分别调用DOMLazyTree的queueHTML、queueText、queueChild。

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可以发现：DOMLazyTree实际上是一个包裹对象，node属性中存储了真实的DOM节点，children、html、text分别存储孩子、html 节点和文本节点。

它提供了几个方法用于插入孩子、html以及文本节点，这些插入都是有条件限制的，当enableLazy属性为true时，这些孩子、html以及文本节点会被插入到DOMLazyTree对象中，当其为false时会插入到真实DOM节点中。

var enableLazy =
  (typeof document !== "undefined" &&
    typeof document.documentMode === "number") ||
  (typeof navigator !== "undefined" &&
    typeof navigator.userAgent === "string" &&
    /\bEdge\/\d/.test(navigator.userAgent));

可见：enableLazy是一个变量，当前浏览器是IE或Edge时为true。

在IE（8-11）和Edge浏览器中，一个一个插入无子孙的节点，效率要远高于插入一整个序列化完整的节点树。

所以lazyTree主要解决的是在IE（8-11）和Edge浏览器中插入节点的效率问题，在后面的过程 4 我们会分析到：若当前是IE或Edge，则需要递归插入DOMLazyTree中缓存的子节点，其他浏览器只需要插入一次当前节点，因为他们的孩子已经被渲染好了，而不用担心效率问题。

下面来看一下ReactCompositeComponent，由于代码非常多这里就不再贴这个模块的代码，其内部主要做了以下几步：

  • 处理props、contex等变量，调用构造函数创建组件实例
  • 判断是否为无状态组件，处理state
  • 调用performInitialMount生命周期，处理子节点，获取markup。
  • 调用componentDidMount生命周期

在performInitialMount函数中，首先调用了componentWillMount生命周期，由于自定义的React组件并不是一个真实的 DOM，所以在函数中又调用了孩子节点的mountComponent。这也是一个递归的过程，当所有孩子节点渲染完成后，返回markup并调用componentDidMount。

过程 4：渲染 html

在mountComponentIntoNode函数中调用将上一步生成的markup插入container容器。

在首次渲染时，_mountImageIntoNode会清空container的子节点后调用DOMLazyTree.insertTreeBefore：

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判断是否为fragment节点或者<object>插件：

  • 如果是以上两种，首先调用insertTreeChildren将此节点的孩子节点渲染到当前节点上，再将渲染完的节点插入到html
  • 如果是其他节点，先将节点插入到插入到html，再调用insertTreeChildren将孩子节点插入到html。
  • 若当前不是IE或Edge，则不需要再递归插入子节点，只需要插入一次当前节点。

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  • 判断不是IE或bEdge时return
  • 若children不为空，递归insertTreeBefore进行插入
  • 渲染 html 节点
  • 渲染文本节点

# 原生 DOM 事件代理

有关虚拟DOM的事件机制，我曾专门写过一篇文章，有兴趣可以 👇【React 深入】React 事件机制 (opens new window)

# 虚拟 DOM 原理、特性总结

# React 组件的渲染流程

  • 使用React.createElement或JSX编写React组件，实际上所有的JSX代码最后都会转换成React.createElement(...)，Babel帮助我们完成了这个转换的过程。
  • createElement函数对key和ref等特殊的props进行处理，并获取defaultProps对默认props进行赋值，并且对传入的孩子节点进行处理，最终构造成一个ReactElement对象（所谓的虚拟DOM）。
  • ReactDOM.render将生成好的虚拟DOM渲染到指定容器上，其中采用了批处理、事务等机制并且对特定浏览器进行了性能优化，最终转换为真实DOM。

# 虚拟 DOM 的组成

即ReactElementelement 对象，我们的组件最终会被渲染成下面的结构：

  • type：元素的类型，可以是原生 html 类型（字符串），或者自定义组件（函数或class）
  • key：组件的唯一标识，用于Diff算法，下面会详细介绍
  • ref：用于访问原生dom节点
  • props：传入组件的props，chidren是props中的一个属性，它存储了当前组件的孩子节点，可以是数组（多个孩子节点）或对象（只有一个孩子节点）
  • owner：当前正在构建的Component所属的Component
  • self：（非生产环境）指定当前位于哪个组件实例
  • _source：（非生产环境）指定调试代码来自的文件(fileName)和代码行数(lineNumber)

# 防止 XSS

ReactElement对象还有一个$$typeof属性，它是一个Symbol类型的变量Symbol.for('react.element')，当环境不支持Symbol时，$$typeof被赋值为0xeac7。

这个变量可以防止XSS。如果你的服务器有一个漏洞，允许用户存储任意JSON对象， 而客户端代码需要一个字符串，这可能为你的应用程序带来风险。JSON中不能存储Symbol类型的变量，而React渲染时会把没有$$typeof标识的组件过滤掉。

# 批处理和事务

React在渲染虚拟DOM时应用了批处理以及事务机制，以提高渲染性能。

关于批处理以及事务机制，在我之前的文章【React 深入】setState 的执行机制 (opens new window)中有详细介绍。

# 针对性的性能优化

在IE（8-11）和Edge浏览器中，一个一个插入无子孙的节点，效率要远高于插入一整个序列化完整的节点树。

React通过lazyTree，在IE（8-11）和Edge中进行单个节点依次渲染节点，而在其他浏览器中则首先将整个大的DOM结构构建好，然后再整体插入容器。

并且，在单独渲染节点时，React还考虑了fragment等特殊节点，这些节点则不会一个一个插入渲染。

# 虚拟 DOM 事件机制

React自己实现了一套事件机制，其将所有绑定在虚拟DOM上的事件映射到真正的DOM事件，并将所有的事件都代理到document上，自己模拟了事件冒泡和捕获的过程，并且进行统一的事件分发。

React自己构造了合成事件对象SyntheticEvent，这是一个跨浏览器原生事件包装器。 它具有与浏览器原生事件相同的接口，包括stopPropagation()和preventDefault()等等，在所有浏览器中他们工作方式都相同。这抹平了各个浏览器的事件兼容性问题。

上面只分析虚拟DOM首次渲染的原理和过程，当然这并不包括虚拟 DOM进行 Diff的过程，下一篇文章我们再来详细探讨。

关于开篇提的几个问题，我们在下篇文章中进行统一回答。

上次更新: 11/8/2024, 10:19:43 AM

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