VUE 3 DIFF 算法与 PATCH 机制深度解析

(VUE 3 DIFF 算法与 PATCH 机制深度解析 )

1. 引言

Vue 3 采用 Virtual DOM（虚拟 DOM） 来高效地更新界面，其中 Diff 算法是 Vue 3 进行高效更新的关键机制。相较于 Vue 2，Vue 3 的 Diff 机制进行了 性能优化，如：

• Block & PatchFlag：减少不必要的 Diff 计算
• Fragment & 多根节点：优化组件更新策略
• 优化长列表比对算法：提高 Diff 性能

本文将深入解析 Vue 3 的 Diff 机制，包括 Virtual DOM 结构、Diff 过程、PatchFlag 优化、源码解析，帮助你彻底理解 Vue 3 是如何做到高效更新视图的。

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2. Virtual DOM 结构解析

2.1 Vue 3 中的 VNode 结构

在 Vue 3 中，所有的 DOM 变更都是通过 VNode（虚拟节点） 进行的。一个 VNode 的数据结构如下：

interface VNode {
  type: string | Component; // 组件或标签类型
  props?: Record<string, any>; // 组件/标签属性
  children?: VNode[] | string; // 子节点
  el?: HTMLElement | null; // 真实 DOM 元素
  key?: string | number; // Diff 过程中唯一标识
  patchFlag?: number; // 标记动态节点
}

Vue 3 采用 VNode 树 来表示 UI 结构，例如以下模板：

<template>
  <div id="app">
    {{ title }}
    <p>{{ content }}</p>
  </div>
</template>

会被转换成如下 VNode 结构：

const vNode = {
  type: 'div',
  props: { id: 'app' },
  children: [
    { type: 'h1', children: title, patchFlag: 1 },
    { type: 'p', children: content, patchFlag: 1 }
  ]
};

其中，patchFlag: 1 表示该节点是 动态节点，后续 Diff 算法会 只对动态节点进行比对，从而提高性能。

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3. Vue 3 Diff 算法解析

3.1 Diff 过程

Vue 3 的 Diff 过程主要发生在 patch() 函数中，当组件更新时，Vue 3 会执行以下步骤：

1. 判断节点类型是否相同（即 oldVNode.type === newVNode.type）

   • 若不同，则直接移除旧节点，创建新节点
   • 若相同，则执行 Patch 过程

2. 静态提升优化

   • 如果 newVNode 是静态节点，直接复用，不进行比对

3. Patch 过程（核心 Diff 逻辑）

   • 若 children 发生变化，则进行 子节点 Diff 计算
   • 若 props 发生变化，则进行 属性比对
   • 若 key 发生变化，则进行 列表 Diff

Vue 3 的 patch() 逻辑如下：

function patch(n1, n2, container) {
  if (n1.type !== n2.type) {
    replaceNode(n1, n2, container); // 直接替换
  } else {
    if (n2.patchFlag & PatchFlags.TEXT) {
      updateText(n1, n2); // 只更新文本
    }
    if (n2.patchFlag & PatchFlags.PROPS) {
      updateProps(n1, n2); // 只更新属性
    }
    patchChildren(n1, n2, container); // 处理子节点 Diff
  }
}

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4. Vue 3 PatchFlag 机制

4.1 PatchFlag 是什么？

在 Vue 3 中，每个动态节点都会被标记一个 PatchFlag，用于优化 Diff 过程。PatchFlag 的作用是 告诉 Vue 只更新必要的部分，避免不必要的遍历和比对。

4.2 PatchFlag 类型

PatchFlag	含义	适用场景
TEXT	仅文本变更	<p>{{ msg }}</p>
PROPS	仅属性变更	<div :id="dynamicId"></div>
CLASS	仅 class 变更	<div :class="activeClass"></div>
STYLE	仅 style 变更	<div :style="dynamicStyle"></div>
FULL_PROPS	所有 props 变化	<button v-bind="attrs"></button>

Vue 3 在编译阶段会自动给节点 打上 PatchFlag，例如：

<template>
  <p>{{ msg }}</p>
</template>

在 Vue 3 编译后，会生成：

const vNode = {
  type: 'p',
  children: msg,
  patchFlag: PatchFlags.TEXT // 只更新文本
};

这样在 patch() 过程中，Vue 只会更新文本，而不会做无意义的属性或子节点比对。

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5. 长列表优化：双端 Diff 算法

Vue 3 采用 双端 Diff 算法（Longest Increasing Subsequence, LIS） 来优化列表更新。

5.1 传统 Diff 问题

假设有以下 v-for 列表：

<template>
  <ul>
    <li v-for="item in list" :key="item.id">{{ item.text }}</li>
  </ul>
</template>

如果 list 发生变化，比如交换两个元素：

this.list = [
  { id: 2, text: 'B' },
  { id: 1, text: 'A' }, // 位置变化
  { id: 3, text: 'C' }
];

Vue 2 会 删除所有节点重新创建，但 Vue 3 通过 LIS 算法，最优地计算 最少 DOM 变更，仅调整 需要变更的部分。

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6. Vue 3 Diff 源码解析

Vue 3 的 Diff 逻辑位于 patchChildren()，其中核心逻辑如下：

function patchChildren(oldVNode, newVNode, container) {
  const oldChildren = oldVNode.children;
  const newChildren = newVNode.children;

  if (oldChildren !== newChildren) {
    if (typeof newChildren === 'string') {
      updateText(container, newChildren);
    } else {
      diffArray(oldChildren, newChildren, container);
    }
  }
}

Vue 3 使用 diffArray() 进行 双端比较，高效处理 增删改 操作。

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7. 总结

Vue 3 的 Diff 机制相较于 Vue 2 进行了大量优化，使得性能大幅提升。核心优化点包括：

• PatchFlag 机制：跳过不必要的比对，只更新动态节点
• Block & Fragment：减少 DOM 操作，提高渲染效率
• 双端 Diff 算法：优化长列表比对，提高性能

通过这些优化，Vue 3 在 大规模数据更新、列表渲染、组件重用 等场景下表现更加优秀，同时减少了无意义的计算和 DOM 操作，让 Vue 3 的性能达到新的高度。