前言
本文我们会先聊聊 DOM 的一些缺陷，然后在此基础上介绍虚拟 DOM 是如何解决这些缺陷的，最后再站在双缓存和 MVC 的视角来聊聊虚拟 DOM。理解了这些会让你对目前的前端框架有一个更加底层的认识，这也有助于你更好地理解这些前端框架。
DOM 的缺陷
比如，我们可以调用 document.body.appendChild(node) 往 body 节点上添加一个元素，调用该 API 之后会引发一系列的连锁反应。首先渲染引擎会将 node 节点添加到 body 节点之上，然后触发样式计算、布局、绘制、栅格化、合成等任务，我们把这一过程称为 重排。除了重排之外，还有可能引起重绘或者合成操作，形象地理解就是“牵一发而动全身”。另外，对于 DOM 的不当操作还有可能引发强制同步布局和布局抖动的问题，这些操作都会大大降低渲染效率。因此，对于 DOM 的操作时我们需要非常谨慎。
对于一些复杂的页面或者目前使用非常多的单页应用来说，其 DOM 结构是非常复杂的，而且还需要不断地去修改 DOM 树，每次操作 DOM 渲染引擎都需要进行重排、重绘或者合成等操作，因为 DOM 结构复杂，所生成的页面结构也会很复杂，对于这些复杂的页面，执行一次重排或者重绘操作都是非常耗时的，这就给我们带来了真正的性能问题。所以我们需要有一种方式来减少 JavaScript 对 DOM 的操作，这时候虚拟 DOM 就上场了。
什么是虚拟 DOM？
在谈论什么是虚拟 DOM 之前，我们先来看看虚拟 DOM 到底要解决哪些事情。
- 将页面改变的内容应用到虚拟 DOM 上，而不是直接应用到 DOM 上。
- 变化被应用到虚拟 DOM 上时，虚拟 DOM 并不急着去渲染页面，而仅仅是调整虚拟 DOM 的内部状态，这样操作虚拟 DOM 的代价就变得非常轻了。
- 在虚拟 DOM 收集到足够的改变时，再把这些变化一次性应用到真实的 DOM 上。
基于以上三点，我们再来看看什么是虚拟 DOM。为了直观理解，你可以参考下图：
image.png
该图是结合 React 流程画的一张虚拟 DOM 执行流程图，下面我们就结合这张图来分析下虚拟 DOM 到底怎么运行的。
- 创建阶段。首先依据 JSX 和基础数据创建出来虚拟 DOM，它反映了真实的 DOM 树的结构。然后由虚拟 DOM 树创建出真实 DOM 树，真实的 DOM 树生成完后，再触发渲染流水线往屏幕输出页面。
- 更新阶段。如果数据发生了改变，那么就需要根据新的数据创建一个新的虚拟 DOM 树；然后 React 比较两个树，找出变化的地方，并把变化的地方一次性更新到真实的 DOM 树上；最后渲染引擎更新渲染流水线，并生成新的页面。
既然聊到虚拟 DOM 的更新，那我们就不得不聊聊最新的 React Fiber 更新机制了。最开始的时候，比较两个虚拟 DOM 的过程是在一个递归函数里执行的，其核心算法是 reconciliation。通常情况下，这个比较过程执行得很快，不过当虚拟 DOM 比较复杂的时候，执行比较函数就有可能占据主线程比较久的时间，这样就会导致其他任务的等待，造成页面卡顿。
为了解决这个问题，React 团队重写了 reconciliation 算法，新的算法称为 Fiber reconciler，所谓的 Fiber reconciler，就是在执行算法的过程中出让主线程，这样就解决了之前执行函数占用时间过久的问题。至于具体的实现过程在这里就不详细分析了，如果感兴趣的话，你可以自行查阅相关资料进行学习。
了解完虚拟 DOM 的大致执行流程，你应该也就知道为何需要虚拟 DOM 了。不过以上都从单纯的技术视角来分析虚拟 DOM 的，那接下来我们再从双缓存和 MVC 模型这两个视角来聊聊虚拟 DOM。
双缓存
使用双缓存，可以让你先将计算的中间结果存放在另一个缓冲区中，等全部的计算结束，该缓冲区已经存储了完整的图形之后，再将该缓冲区的图形数据一次性复制到显示缓冲区，这样就使得整个图像的输出非常稳定。
在这里，你可以把虚拟 DOM 看成是 DOM 的一个 buffer，和图形显示一样，它会在完成一次完整的操作之后，再把结果应用到 DOM 上，这样就能减少一些不必要的更新，同时还能保证 DOM 的稳定输出。
MVC 模式
接下来我们再来看看虚拟 DOM 在 MVC 模式中所扮演的角色。
在各大设计模式当中，MVC 是一个非常重要且应用广泛的模式，因为它能将数据和视图进行分离，在涉及到一些复杂的项目时，能够大大减轻项目的耦合度，使得程序易于维护。关于 MVC 的基础结构，你可以先参考下图：
image.png
通过上图可以发现，MVC 的整体结构比较简单，由模型、视图和控制器组成，其核心思想就是将数据和视图分离，也就是说视图和模型之间是不允许直接通信的，它们之间的通信是通过控制器来完成的。
比如在分析 React 项目时，我们可以把 React 的部分看成是一个 MVC 中的视图，在项目中结合 Redux 就可以构建一个 MVC 的模型结构，如下图所示：
image.png
在该图中，我们可以把虚拟 DOM 看成是 MVC 的视图部分，其控制器和模型都是由 Redux 提供的。其具体实现过程如下：
- 图中的控制器是用来监控 DOM 的变化，一旦 DOM 发生变化，控制器便会通知模型，让其更新数据。
- 模型数据更新好之后，控制器会通知视图，告诉它模型的数据发生了变化。
- 视图接收到更新消息之后，会根据模型所提供的数据来生成新的虚拟 DOM。
- 新的虚拟 DOM 生成好之后，就需要与之前的虚拟 DOM 进行比较，找出变化的节点。
- 比较出变化的节点之后，React 将变化的虚拟节点应用到 DOM 上，这样就会触发 DOM 节点的更新。
- DOM 节点的变化又会触发后续一系列渲染流水线的变化，从而实现页面的更新。
在实际工程项目中，你需要学会分析出各个模块，并梳理出它们之间的通信关系，这样对于任何框架你都能轻松上手了。
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