1. 介绍
什么是虚拟滚动？虚拟滚动就是通过js控制大列表中的dom创建与销毁，只创建可视区域dom，非可视区域的dom不创建。这样在渲染大列表中的数据时，只创建少数的dom，提高性能。
2. 分类
在虚拟滚动技术中，虚拟滚动可以分为定高虚拟滚动和非定高虚拟滚动。定高指的是每一个列表元素都是高度固定的，非定高指的是每一个列表元素的高度是动态变化的。定高虚拟滚动的实现比较容易，而且性能高；非定高虚拟滚动的失效稍微复杂，而且性能比定高虚拟滚动要差一些。无论是定高虚拟滚动还是非定高虚拟滚动，都是虚拟滚动技术的分类，对于大数据渲染都有很大的性能提升。
下面我们逐步分析两种虚拟滚动技术的实现，并且封装成常用的组件。选用技术栈是vue，改成react或angular也是十分方便的。
3. 定高虚拟滚动
3.1 封装思路
虚拟滚动的结构如下图：
虚拟滚动由图三部分组成，渲染容器container，渲染数据list和撑开滚动条的容器clientHeightRef。渲染容器就是我们需要渲染的区域，渲染数据就是可视区域的数据，撑开滚动条的容器代表所有数据渲染出来后的高度。
由于我们只渲染可视区域的数据，那么渲染容器的滚动条高度是不正确的，需要撑开滚动条的容器来撑开实际的高度。
html结构如下：
<div class="virtual-list">
<!-- 这里是用于撑开高度，出现滚动条用 -->
<div class="list-view-phantom" ref="clientHeightRef" :style="{ height: list.length*itemHeight + 'px' }"></div>
<ul v-if="list.length > 0" class="option-warp" ref="contentRef">
<li
:style="{ height: itemHeight + 'px' }"
class="option"
v-for="(item, index) in virtualRenderData"
:key="index"
>
{
{item}}
</li>
</ul>
</div>
每一条数据的高度是this.itemHeight=10,渲染容器的高度是this.containerHeight=300,那么一屏需要渲染的数据是count=Math.ceil(this.containerHeight / this.itemHeight)。
假设我们我们的需要的数据list如下：
const list = [
{id:1,name:1},
{id:2,name:3},
....
]
那么撑开滚动条的容器的高度是this.list.length*this.itemHeight。
我们给渲染容器加一个监听滚动的事件，主要是获取当前滚动的scrollTop，用来更新渲染可视区域的数据。如下，我们封装一个更新渲染可视区域的数据函数：
const update = function(scrollTop = 0){
this.$nextTick(() => {
// 获取当前可展示数量
const count = Math.ceil(this.containerHeight / this.itemHeight)
const start = Math.floor(scrollTop / this.itemHeight)
// 取得可见区域的结束数据索引
const end = start + count
// 计算出可见区域对应的数据，让 Vue.js 更新
this.virtualRenderData = this.list.slice(start, end)
})
}
当滚动条滚动的时候，我们需要从list中截取当前渲染容器刚刚好可以渲染的数据，达到像真的滚动的了一样。上面的滚动函数虽然已经更新了渲染可视区域的数据，但是当我们滚动的时候会发现内容块被滚动到了上面，再次滚动的时候直接就不见了。这是由于滚动条是由撑开滚动条的容器撑开的，渲染的内容高度只有容器的高度，所以它只会在顶部出现，滚动的时候自然就不会动，效果如下：
所以当我们滚动滚动的时候，还需要将渲染内容往对应的方向偏移。比如偏移的y方向距离就是scrollTop的距离，
this.$refs.contentRef.style.webkitTransform = `translate3d(0, ${
scrollTop * this.itemHeight}px, 0)`
这样就能达到滚动的时候，渲染内容始终保持在渲染容器的顶部，好像真的随着滚动条滚动而滚动。
但是实际上这样的效果是不好的，因为我们更新的颗粒度是按每一条数据来分的，而不是按scrollTop来进行的，所以渲染内容的偏移量也需要按照每一条数据的颗粒度来进行更新，代码如下：
const update = function(scrollTop = 0){
this.$nextTick(() => {
// 获取当前可展示数量
const count = Math.ceil(this.containerHeight / this.itemHeight)
const start = Math.floor(scrollTop / this.itemHeight)
// 取得可见区域的结束数据索引
const end = start + count
// 计算出可见区域对应的数据，让 Vue.js 更新
this.virtualRenderData = this.list.slice(start, end)
+ this.$refs.contentRef.style.webkitTransform = `translate3d(0, ${start * this.itemHeight}px, 0)`
})
}
上面的代码基本可以满足基本的使用，但是当我们滚动比较快的时候，渲染区域底部会出现瞬间留白，是因为dom没有及时的渲染，原因是我们只渲染刚刚好一屏的数据。
为了减少留白的出现，我们应该预渲染几条数据bufferCount，增加渲染缓存区间：
const update = function(scrollTop = 0){
this.$nextTick(() => {
// 获取当前可展示数量
const count = Math.ceil(this.containerHeight / this.itemHeight)
const start = Math.floor(scrollTop / this.itemHeight)
// 取得可见区域的结束数据索引
+ const end = start + count + bufferCount
// 计算出可见区域对应的数据，让 Vue.js 更新
this.virtualRenderData = this.list.slice(start, end)
this.$refs.contentRef.style.webkitTransform = `translate3d(0, ${start * this.itemHeight}px, 0)`
})
}
3.2 完整代码和演示地址
定高虚拟滚动演示地址：https://atdow.github.io/learning-conclusion/#/packages-examples/virtual-list
定高虚拟滚动代码地址：https://github.com/atdow/learning-conclusion/tree/master/src/packages/virtual-list
4. 非定高虚拟滚动
4.1 封装思路
看了上面的定高虚拟滚动，我们对虚拟滚动技术已经有了基本的了解。对于非定高虚拟滚动，需要解决的最大问题就是每一条需要渲染的数据的高度是不确定，这样我们就很难确定一屏需要渲染多少条数据。
为了确定一屏需要渲染多少条数据，我们需要假设每条需要渲染数据的高度为一个假设值estimatedItemHeight=40，定义一个用于存储每一条渲染数据高度的数组itemHeightCache=[]，定义一个用于存储每一条渲染数据距离顶部距离的数组itemTopCache=[]（用于提升性能用，后面会做解释），以及定义撑开滚动条滚动容器高度的变量scrollBarHeight。
假设我们我们的需要的数据list如下：
const list = [
{id:1,name:1},
{id:2,name:3},
....
]
我们先初始化itemHeightCache、itemTopCache和scrollBarHeight：
const estimatedTotalHeight = this.list.reduce((pre, current, index) => {
// 给每一项一个虚拟高度
this.itemHeightCache[index] = {
isEstimated: true, height: this.estimatedItemHeight }
// 给每一项距顶部的虚拟高度
this.itemTopCache[index] = index === 0 ? 0 : this.itemTopCache[index - 1] + this.estimatedItemHeight
return pre + this.estimatedItemHeight
}, 0)
// 列表总高
this.scrollBarHeight = estimatedTotalHeight
有了上面的初始化数据，我们就可以进行第一次假设渲染了：
// 更新数据函数
const update = function() {
const startIndex = this.getStartIndex()
// 如果是奇数开始，就取其前一位偶数
if (startIndex % 2 !== 0) {
this.startIndex = startIndex - 1
} else {
this.startIndex = startIndex
}
this.endIndex = this.getEndIndex()
this.visibleList = this.list.slice(this.startIndex, this.endIndex)
// 移动渲染区域
if (this.$refs.contentRef) {
this.$refs.contentRef.style.webkitTransform = `translate3d(0, ${
this.itemTopCache[this.startIndex]}px, 0)`
}
}
// 获取开始索引
cont getStartIndex = function() {
const scrollTop = this.scrollTop
// 每一项距顶部的距离
const arr = this.itemTopCache
let index = -1
let left = 0,
right = arr.length - 1,
mid = Math.floor((left + right) / 2)
// 判断 有可循环项时进入
while (right - left > 1) {
/*
二分法：拿每一次获得到的 距顶部距离 scrollTop 同 获得到的模拟每个列表据顶部的距离作比较。
arr[mid] 为虚拟列高度的中间项
不断while 循环，利用二分之一将数组分割，减小搜索范围
直到最终定位到 目标index 值
*/
// 目标数在左侧
if (scrollTop < arr[mid]) {
right = mid
mid = Math.floor((left + right) / 2)
} else if (scrollTop > arr[mid]) {
// 目标数在右侧
left = mid
mid = Math.floor((left + right) / 2)
} else {
index = mid
return index
}
}
index = left
return index
}
// 获取结束索引
const getEndIndex = function() {
const clientHeight = this.$refs.scrollbarRef?.clientHeight //渲染容器高度
let itemHeightTotal = 0
let endIndex = 0
for (let i = this.startIndex; i < this.dataList.length; i++) {
if (itemHeightTotal < clientHeight) {
itemHeightTotal += this.itemHeightCache[i].height
endIndex = i
} else {
break
}
}
endIndex = endIndex
return endIndex
}
update函数是用来更新需要渲染的数据的，核心逻辑就是获取截取数据的开始索引getStartIndex和结束索引getEndIndex以及移动被渲染数据容器。
当滚动条滚动的时候，我们就将scrollTop存起来，这个时候从itemTopCache中获取距离scrollTop最近的索引，就是我们需要截取数据的开始索引。因为itemTopCache存储的就是每一条数据距离顶部的距离，所以直接取就行了，这也是为什么我们要先存储itemTopCache。因为滚动的时候，我们都要从itemTopCache中使用二分法查找，不然就得从itemHeightCache中从头到尾一个一个遍历去对比查找，在数据量大的时候容易造成卡顿。
getEndIndex核心就是从itemHeightCache（存储每一条渲染数据高度的数组）中一条一条拿数据，从startIndex开始拿，一直拿到刚好填满渲染容器高度即可，就可以得到我们的截取数据的最后索引 （实际上这样是不够完美的，后面继续讲解）。
移动被渲染数据容器的技巧和上面定高虚拟滚动类似，这里不做太多解释。
在初始化完itemHeightCache、itemTopCache和scrollBarHeight后，我们就可以手动调一次update函数进行第一次渲染了（this.update()），使用的都是预设的假定值。
在说更新之前，我们需要先定义一下子组件，也就是每一条被渲染数据的容器。这样当数据被更新渲染之后(需要通知暴露index和height参数)，就可以得到真实的dom的高度，通知我们去更新itemHeightCache、itemTopCache和scrollBarHeight，更新逻辑如下：
const updateItemHeight = function({
index, height }) {
// 每次创建的时候都会抛出事件，因为没有处理异步的情况，所以必须每次高度变化都需要更新
// dom元素加载后得到实际高度 重新赋值回去
this.itemHeightCache[index] = {
isEstimated: false, height: height }
// 重新确定列表的实际总高度
this.scrollBarHeight = this.itemHeightCache.reduce((pre, current) => {
return pre + current.height
}, 0)
// 更新itemTopCache
const newItemTopCache = [0]
for (let i = 1, l = this.itemHeightCache.length; i < l; i++) {
// 虚拟每项距顶部高度 + 实际每项高度
newItemTopCache[i] = this.itemTopCache[i - 1] + this.itemHeightCache[i - 1].height
}
// 获得每一项距顶部的实际高度
this.itemTopCache = newItemTopCache
}
dom更新完之后，初始化预定值计算出来需要的渲染数据就真的被渲染了，我们这个时候就可以再次调用update函数再次更新数据，自动更新弥补到渲染真实一屏需要渲染的数据了。
const updateItemHeight = function({
index, height }) {
// 每次创建的时候都会抛出事件，因为没有处理异步的情况，所以必须每次高度变化都需要更新
// dom元素加载后得到实际高度 重新赋值回去
this.itemHeightCache[index] = {
isEstimated: false, height: height }
// 重新确定列表的实际总高度
this.scrollBarHeight = this.itemHeightCache.reduce((pre, current) => {
return pre + current.height
}, 0)
// 更新itemTopCache
const newItemTopCache = [0]
for (let i = 1, l = this.itemHeightCache.length; i < l; i++) {
// 虚拟每项距顶部高度 + 实际每项高度
newItemTopCache[i] = this.itemTopCache[i - 1] + this.itemHeightCache[i - 1].height
}
// 获得每一项距顶部的实际高度
this.itemTopCache = newItemTopCache
+ this.update() // 自动更新
}
当滚动的时候，存储scrollTop，手动调用update函数，将会自动更新，整个过程如下：
html结构如下：
<div class="virtual-list-dynamic-height" ref="scrollbarRef" @scroll="onScroll">
<div class="list-view-phantom" :style="{ height: scrollBarHeight + 'px' }"></div>
<!-- 列表总高 -->
<ul ref="contentRef">
<Item
v-for="item in visibleList"
:data="item.data"
:index="item.index"
:key="item.index"
@update-height="updateItemHeight"
>
{
{item}}
</Item>
</ul>
</div>
跟定高虚拟滚动不同点就是，需要定义子组件，同时传递给子组件index索引。visibleList需要定义为[{index:xxx,data:xxx}]的数据格式，将index给储存起来，这样在子组件更新的时候才能获取到index。
4.2 调优
在上面的代码中，基本可以实现基础的非定高虚拟滚动了，但是还是无法应对复杂的情况。
我们举一个极端的例子：当一条数据的真实高度是200，其他数据的真实高度高度是10，渲染容器的高度是300。在第一次假设渲染并且更新后我们的itemHeightCache、itemTopCache和scrollBarHeight后，我们将会得到这样的结果。渲染容器中渲染的是数据是第一条数据和剩下的9条数据，刚刚好渲染一屏数据，这样是没有任何问题的。
当滚动条滚动的时候，我们滚动了20px的距离，获取到的startIndex应该是0，因为距离顶部最近的数据是第一条数据，这个就会造成下部空白20px的区域。当滚动了80px的时候，获取到的startIndex也是0，原理同上，下部造成了空白区域将会是恐怖的80px。
为了解决空白局域，靠缓冲渲染bufferCount是不够的，就算bufferCount给了4，多四条数据也无法填充满空白区域。调大bufferCount容易造成性能问题，也不能确定bufferCount到底给多少才能合适。所以需要调整getEndIndex的逻辑，不再是从startIndex获取到刚好填充满渲染区域，而是从startIndex获取到刚好填充满渲染区域+statIndex的高度。这样无论startIndex的高度是多少，我们都能填充满整个渲染容器，因为空白区域最大高度就是startIndex的高度。同时我们在endIndex上加上bufferCount，就可以达到完美的效果。
// 获取结束索引
const getEndIndex = function() {
+ const whiteHeight = this.scrollTop - this.itemTopCache[this.startIndex] // 出现留白的高度
const clientHeight = this.$refs.scrollbarRef?.clientHeight //渲染容器高度
let itemHeightTotal = 0
let endIndex = 0
for (let i = this.startIndex; i < this.dataList.length; i++) {
+ if (itemHeightTotal < clientHeight+whiteHeight) {
itemHeightTotal += this.itemHeightCache[i].height
endIndex = i
} else {
break
}
}
+ endIndex = endIndex + bufferCount
return endIndex
}
3.3 完整代码和演示地址
非定高虚拟滚动演示地址：https://atdow.github.io/learning-conclusion/#/packages-examples/virtual-list-dynamic-height
非定高虚拟滚动代码地址：https://github.com/atdow/learning-conclusion/tree/master/src/packages/VirtualListDynamicHeight
4 总结
有了非定高虚拟滚动组件，不就是可以应对各种情况了，为什么还需要做定高虚拟滚动组件？
在上面的封装思路中，我们能清晰知道非定高虚拟滚动组件是用假定值进行渲染的，在真实渲染过后才会弥补更新，而定高虚拟滚动所有东西都是确定的。所以定高虚拟滚动的优势就是比非定高虚拟滚动性能高，缺点就是只能应对每一条渲染数据是固定的情况。
定高虚拟滚动：
- 优点：性能比非定高虚拟滚动高
- 缺点：只能应用于每一条渲染数据高度是固定的场景
非定高虚拟滚动：
- 优点：性能比定高虚拟滚动低
- 缺点：能应用于每一条渲染数据高度是动态的场景