Vuejs design and implementation - why virtual DOM is needed

foreword

After reading the first chapter, I asked myself two questions:

• What is the programming paradigm? What does it have to do with Vuejs?
• Why do you need a virtual DOM?

After reading the content, ask yourself questions, the purpose is to enable yourself to think better, because learning without thinking is just a waste of time, but there is no good gain.

programming paradigm

There are three programming paradigms:

• Imperative programming
• Declarative programming
• Functional programming

But view layer frameworks (such as: Vue.js) usually use paradigms divided into imperative and declarative . An excellent framework is implemented on the basis of choosing the correct paradigm, or even including the advantages of these two paradigms. of.

imperative framework

The characteristic of imperative framework is to focus on process, and jQuery , which was popular in the early years, is a typical imperative framework.

Let's illustrate what an imperative framework is by implementing a simple requirement.

Requirement description :

• Get the button element below
• set text content "show message" for it
• Add the corresponding click event to it, and after clicking the button, the corresponding prompt "hello world" will pop up

  <button id="btn"></button>
复制代码

Implementation requirements :

• Native JavaScript implementation version

  var btn = document.querySelector('#btn') // 获取对应元素
  btn.innerText = 'show message' // 设置文本内容
  btn.addEventListenner('click', () => { // 绑定点击事件
      alert('hello world')
  })
  复制代码

• jQuery implementation version

  $('#btn') // 获取对应元素
      .text('show message') // 设置文本内容
      .on('click', () => { // 绑定点击事件
        alert('hello world')
      })
  复制代码

可以看到，代码实现过程 和 需求描述 能够产生相互对应的关系，并且在代码实现中其实就是 "做事的过程"，即不论你使用什么语言去实现，都可以按照特定的描述去实现功能。

声明式框架

声明式框架 的特点就是 关注结果，例如 Vuejs 就是声明式框架。

同样的，下面是结合 Vuejs 实现上述的功能需求的示例：

<button id="btn" @click="() => { alert('hello world') }">show message</button>
复制代码

可以看出，代码实现过程 和 需求描述 并不是完全对应的，但是这段 Vuejs 的代码却能够实现需要的 结果。

换句话说，是 Vuejs 将 实现过程 进行了封装，那么也就意味着其内部实现一定是 命令式 的，但是暴露给使用者却是 声明式 的。

Vuejs 为什么选择声明式

声明式代码的性能不优于命令式代码的性能

前面有提到，Vuejs 对外是声明式的，但内部实现还是命令式的，即最终的本质还是回归到了命令式，所以从这一点来看声明式代码的性能确实不优于命令式代码的性能。

例如，现在我们需要将前面按钮的文本内容改变成 "hello vue3"

命令式代码

通过执行以下代码后，修改立即生效：

btn.textContent = 'hello vue3' // 直接修改
复制代码

声明式代码

// 更新前
<button id="btn" @click="() => { alert('hello world') }">show message</button>

// 更新后
<button id="btn" @click="() => { alert('hello world') }">hello vue3</button>
复制代码

对于 Vuejs 来说，执行上面的代码后，它还需要找到修改前后的差异，并只更新变化的地方，但是对于最终的更新还是通过下面的代码：

btn.textContent = 'hello vue3' // 直接修改
复制代码

假设 A 为直接修改的性能消耗，B 为找出差异的性能消耗，则：

• 命令式代码的更新性能消耗 = A
• 声明式代码的更新性能消耗 = B + A

即便是最理想的情况下（出差异的性能消耗为 0，即 B = 0），声明式代码才会和命令式代码的性能消耗相同，但也无法超越了。

选择声明式的原因

通过前面的内容得到的结论：在性能层面命令式代码相比于声明式代码是更好的选择。

那既然如此，为什么 Vuejs 还是选择了声明式的设计方案呢？

原因就在于 声明式代码的可维护性更强：

• 命令式代码 在开发过程中，使用者要关注实现目标的整个过程，其中包括：DOM 元素的创建、更新、删除等，即代码体量一大，需要关注的内容就越多
• 声明式代码 看上去更加直观，并且不需要关注具体的实现过程，因为这些具体实现都被封装在框架内部，即声明式代码的展示内容就是我们需要的 结果

在使用声明式提升可维护性的同时，虽然性能会有一定的损失，但是最好的结果就是：在保持可维护性的同时将性能损失最小化。

Vuejs 为什么需要虚拟 DOM

原因

前面提到 声明式代码的更新性能消耗 = 找出差异的性能消耗 + 直接修改的性能消耗，这就意味着只要可以实现 找出差异的性能消耗 的最小化，就可以在保证可维护性的同时，让 声明式代码 无限趋近于 命令式代码。

有了前面的理论基础，你同样可以得到一个结论：虚拟 DOM 的更新技术 理论上 不可能比原生 JavaScript 操作 DOM 更高。因为大部分情况之下，我们是 很难写出绝对优化的命令式代码，尤其是当应用程序的规模很大的时候，如果你为了写出这样的代码而耗费了巨大的精力，那么最后的投入/产出的比例其实并不高。

小结：虚拟 DOM 就是在保证使用声明式代码的同时，还能保证应用程式的性能下限，甚至是尽可能优化已达到命令式代码的消耗性能。

虚拟 DOM 的性能如何

上面提到的 原生 JavaScript 操作 DOM 性能更高，其中的 原生 JavaScript 操作 （如：createElement 等）并不包括 innerHTML ，因为它比较特殊。

虚拟 DOM 和 innerHTML 的性能比较

需求描述： 生成下如下的真实 DOM 结构：

<div>
 <span>hello world</span>
<div>
复制代码

实现需求：

以下都是伪代码实现

• innerHTML 版本实现：

  const html = `<div>
                  <span>hello world</span>
                <div>`
  document.body.innerHTML = html
  复制代码

• 虚拟 DOM 版本实现：

  const app = {
      type:'div', 
      children：[
         {
           type: 'span',
           children: 'hello world',
         }
      ]
  }
  document.createElement(xxx)
  document.body.append(xxx)
  复制代码

创建阶段

• innerHTML 创建页面的性能 = HTML 字符串拼接计算量 + innerHTML 的 DOM 计算量
• 虚拟 DOM 创建页面的性能 = 创建 JavaScript 对象计算量（虚拟 DOM） + 创建真实 DOM 计算量

从 JavaScript 层面运算（HTML 字符串拼接 和 创建 VNode 对象）上看，两者的差别并不大，因为都属于是 JS 的操作且都没有涉及 DOM。

从 DOM 层面运算（新建所有的 DOM 元素）上看，两者的差别也不大，因为在创建页面时，都需要创建所有的 DOM 元素。

更新阶段

• innerHTML 创建页面的性能 = HTML 字符串拼接计算量 + innerHTML 的 DOM 计算量
• 虚拟 DOM 创建页面的性能 = 创建 新 JavaScript 对象计算量（虚拟 DOM）+ Diff 计算量 + 必要的 DOM 更新计算量

从 JavaScript 层面运算（新的 HTML 字符串拼接 、 创建新的 虚拟 DOM 对象和 Diff 对比）上看，innerHTML 还是一样的计算量，但是 虚拟DOM 多出来了一个 Diff 计算量。

从 DOM 层面运算（新建所有的 DOM 元素）上看，innerHTML 是先创建新的 html 字符串，然后销毁所有旧的 DOM 元素，再全量创建新的元素；而 虚拟DOM 会创建新的 虚拟 DOM 对象，然后通过 Diff 对比 新旧虚拟 DOM，找到变化的元素并更新它。

性能因素：

• 虚拟 DOM 只与数据变化量相关
• innerHTML 与模板的大小相关

小结