Vue3 中的 patch 函数结合 diff 算法，通过比较新旧 vnode 序列，优化组件更新流程。diff 算法复用旧节点并最小化移动操作，利用最长递增子序列算法提升渲染性能，可以有效减少创建和销毁节点的开销。

在<code>Vue3中，组件的更新通过patch函数进行处理。

patch函数

源码位置：core/packages/runtime-core/src/renderer.ts at main · vuejs/core (github.com)

const patch: PatchFn = (

n1,

n2,

container,

anchor = null,

parentComponent = null,

parentSuspense = null,

namespace = undefined,

slotScopeIds = null,

optimized = __DEV__ && isHmrUpdating ? false : !!n2.dynamicChildren,

) => {

// 二者相同，不需要更新

if (n1 === n2) {

return

}

// vnode类型不同，直接卸载旧节点

if (n1 && !isSameVNodeType(n1, n2)) {

anchor = getNextHostNode(n1)

unmount(n1, parentComponent, parentSuspense, true)

n1 = null

}

// ......

const { type, ref, shapeFlag } = n2

switch (type) {

case Text:

// 处理文字节点

break

case Comment:

// 处理注释节点

break

case Static:

// 静态节点

break

case Fragment:

// Fragment节点

break

default:

if (shapeFlag & ShapeFlags.ELEMENT) {

// 处理普通DOM元素

} else if (shapeFlag & ShapeFlags.COMPONENT) {

// 处理组件

} else if (shapeFlag & ShapeFlags.TELEPORT) {

// 处理teleport

} else if (__FEATURE_SUSPENSE__ && shapeFlag & ShapeFlags.SUSPENSE) {

// 处理suspense

} else if (__DEV__) {

// 报错：vnode类型不在可识别范围内

warn('Invalid VNode type:', type, `(${typeof type})`)

}

}

}

patch函数用来挂载或者更新vnode。

patch的大致流程：

1. n1和n2如果相等，则表示无变化，直接退出；
2. n1和n2如果引用不同，则先检查其vnode类型，如果类型不同，则直接卸载n1，挂载n2；
3. 主流程：根据n1和n2的vnode类型，调用不同的process函数。

process

process函数的参数列表大致相同，都是要传入n1、n2和container等参数。patch函数主要起到一个分类讨论的功能。

这里只讨论普通元素类型和组件类型的vnode处理过程，因为这是Vue应用中最常见、覆盖范围最广的两种类型。

普通元素类型，即ShapeFlags.ELEMENT，在浏览器环境下就是指DOM类型。

普通元素vs组件

从组件树的角度来理解普通元素和组件元素的区别。

一个组件的<code>children可以是普通元素或组件元素。

<li>

叶子节点必须是普通元素，因为只有普通元素能够通过相关平台挂载到界面上。Vue会在编译时确定mount方法，以适应不同的平台。对于浏览器环境来说，普通元素是通过vnode来表示DOM节点，将vnode转换成实际DOM元素并插入到页面上的操作由vue3源码中的runtime-dom这个package实现。

叶子节点必须是普通元素，但是普通元素不一定是叶子节点，比如一个div标签内部可以包含其它组件。

• 叶子节点不可能是组件，因为组件必须被实现且被注册，其实现必须使用已注册的组件或者普通元素。并且组件是虚拟元素，并不能被实际挂载到指定平台上，只能递归地patch它的children，直到把普通元素都挂载到界面上。

在 Vue3 - patch 函数的源码中可以看到除了这两种类型，还有很多针对其它类型 vnode 的 process 函数，这些 process 函数主要做的只有两件事：挂载和更新。

对于旧vnode n1 和 新vnode n2：

• 当n1是null时，则表示挂载n2；
• 当n1不为null时，则表示n1更新为n2；

patchElement

patchElement 会对它的 children 也进行 patch，也就是调用 patchChildren 函数。

children 有三种情况：文本、数组、NULL。

diff算法

diff 算法用于将旧children的vnode数组更新为新children的vnode数组，它通过比较两个序列，尽可能地复用相同的vnode，以此来减少频繁创建vnode带来的开销。

事实上，diff 是在 patchKeyedChildren 中实现的，对于没有设置 key 的数组，patchChildren函数内部调用的是 patchUnkeyedChildren，函数实现大致如下：

<li>计算两个数组的长度的最小值 <code>commonLength；li>
1. 前 commonLength 个 vnode 直接 patch 更新，不会考虑移动到不同位置来复用；
2. 旧序列如果有剩余则unmount，新序列如果有多余则mount。

这种做法在大多数情况下都会需要创建 vnode，开销还是比较大的。因此为了提高渲染性能，使用渲染列表的时候要写上 key。

vue3 的 diff算法实现在patchKeyedChildren函数中，主要包含五个流程，其中第五个是最复杂的步骤：

<li>

两个序列从头部向尾部依次同步，直到不能匹配进入下个流程；

起始索引都是从0开始，用一个变量 <code>i 就可以了。



li>

1. 两个序列从尾部向头部依次同步，直到不能匹配进入下个流程；

   两个序列长度可能不一样，最后一个元素的索引不一样，因此需要两个变量 <code>e1 和 e2 来指向 ending index。

   

   li>

在上述两个流程之后：

<li>

如果旧序列遍历完了，而新序列还有剩余，则新序列剩余的vnode依次mount；

• <code>i>e1则表示旧序列遍历完了；li>
• i<=e2则表示新序列还有剩余；
• while(i<=e2){...; i++}把剩余的vnode都挂载。



li>

3. 如果新序列遍历完了，而旧序列还有剩余，则旧序列剩余的vnode依次unmount；

   • <code>i>e2表示新序列都遍历完了；li>
   • i<=e1表示旧序列还有剩余；
   • while(i<=e1){ unmount(...); i++ }将剩余的旧 vnode 都卸载。

   

   li>

4. 未知序列，尽可能地通过移动复用vnode，剩下的mount或者unmount。

   头部和尾部都同步了若干vnode，但是两个序列都还没有遍历完成，说明中间有一段序列是混乱的、难以匹配的。

   

   在步骤5中，有细分为多个子步骤：

   首先用<code>s1和s2表示旧新序列的起始索引：const s1 = s2 = i;

   5.1.遍历新序列，使用Map建立key到newIndex的映射：keyToNewIndexMap；

   使用Map的原因是PropertyKey这个类型是联合类型string | number | symbol，不能简单的用对象或数组表示。

   建立 key 到 index 的映射，是为了后续我们可以通过旧序列中的 key 来建立可复用情况下新旧节点之间的映射关系。

   // 这段代码不是源码，只保留主干。

   const keyToNewIndexMap: Map<PropertyKey, number> = new Map()

   for (i = s2; i <= e2; i++) {

   const nextChild = c2[i];// c2 即 children2

   if (nextChild.key != null)

   keyToNewIndexMap.set(nextChild.key, i)

   }

   }

   5.2. 遍历旧序列，使用一个newIndexToOldIndexMap数组建立新旧序列中可复用节点的位置对应关系。

   newIndexToOldIndexMap的作用：

   通过这个数组，我们可以知道一个新vnode可以由哪个旧vnode更新得到。在这个数组中，newIndex是以 0 开始的，而 oldIndex 是以 1 开始的，这是为了把 oldIndex==0 作为一个特殊标识，表示新节点在旧序列中不存在。当newIndexToOldIndexMap[k] = 0，则表示新序列中第 k 个vnode在旧序列中不存在，无法复用。

   

   newIndexToOldIndexMap的构建过程：

   遍历旧序列 <code>c1：

   for(let i=s1; i<=e1; i++){...}

   <li>

   使用 keyToNewIndexMap 查询 c1[i] 的 key：

   • 如果 key 为 undefined，则说明这个旧的 vnode 在新序列中不存在了，卸载这个旧 vnode；

   • 如果 key 为某个数字，则表明这个旧 vnode 在新序列中有 vnode 的 key 跟它一样，可以复用。使用 patch 函数将旧节点更新为新节点。

     这一步骤中记录新旧序列索引映射的代码是 newIndexToOldIndexMap[newIndex - s2] = i + 1。

     • 减去s2是因为序列包含 diff 算法步骤1同步的头节点；
     • i+1是因为这个数组记录的 oldIndex 是从 1 开始的。

   • 如果发现新序列中的节点都找到与之对应的旧节点了，那么 for 循环后续的旧节点都直接卸载。

   在这个步骤中，还通过一个 moved 变量来记录节点的相对位置是否被移动了：

   if (newIndex >= maxNewIndexSoFar) {

   maxNewIndexSoFar = newIndex

   } else {

   moved = true

   }

   如果当前新节点的索引 newIndex 大于或等于此前遍历到的最大新节点索引 maxNewIndexSoFar，那么当前节点在新列表中的顺序相对于旧列表来说是保持递增的。

   

   li>

​5.3 移动与挂载

​经过上面若干步骤，能复用的旧节点都通过 patch 将数据更新到新节点上了，不能复用的旧节点都被卸载了。

​而新节点如果没有在旧序列中出现，则挂载；如果在旧序列中出现了，

• 如果<code>moved为 false，则表示（已经执行复用操作的）新节点的顺序和在旧序列中的相对顺序是一致的，这种情况无需处理；

  li>

• 如果moved为 true，则表示相对顺序不一致，需要移动 vnode。

  为了减少移动次数，这里应用了最长递增子序列算法，计算了数组newIndexToOldIndexMap的最长递增子序列。

  从上图右边的子图中可以看出，递增子序列越长意味着相对顺序一致的子序列越长，那么需要移动的 vnode 就越少。

  思考版图大致如下：

  

  li>